葡北水源自动化改造工程方案(全部改造)二○一三年六月二十八日吐哈石油供水供电处西部水电运行部1.概述葡北水源水井位于葡北联合站（变电站）以西南区域分散布置，4口水井所产水均汇于3号水井房，相互间最远约1.2KM，是葡北油田、玉果油田及神泉油田（含神泉油田、葡5葡10区块、胜南区块）的生产和生活供水水源地，同时兼顾雁木西油田生活用水。主要设备设施包括4口水井，无储水罐，日供水能力5000立方，现有水自动化通过无线方式汇聚在葡北35KV变电站内，经过15Km光纤传输至神泉变电站主控室，是吐哈油田最早实现水自动化的水源，目前已经运行11周年，该站现无常驻运行人员，实行水电合一运行模式，岗位主要工作内容：每天对水井的设备设施进行一次现场检查，神泉监控中心实时监控监控葡北水源运行状态。本岗位承担供水任务较重，在白天经常出现神泉拉水点、神泉、葡10、葡北及玉果同时要求供水的局面，水井相距较远，起停操作多，若要兼顾削峰填谷等节能降耗任务，需在晚上开井、停井，现运行自动化系统经过11年的运行，一些设备问题逐步显现，运行维护的工作量不断增加。 图 1葡北水源水井位置示意图为提升岗位运行管理水平，降低劳动强度，解决供水维修岗位人员不足的现状，采取葡北水站自动化改造（分批改造），运用成熟的供水自动化运行方式，从而实现自动采集水井的数据并实施远程控制，是改变目前现状的有效途径。2.改造的必要性2.1 项目提出的背景2001年年底我处先后在中心变、生产点变、丘陵变、温米变、鄯善变、哈密变、神泉变、葡北变实现了无人值守，积累了丰富的自动化技术知识。2002年，葡北水站就成功实现了供水自动化，在神泉变电所实现远程监控；2008年成功实现丘东水源自动化改造，数据上传至生产点泵房及处调度中心，至今系统运行较平稳；2011年又实现了雁木西水源和第一水源的自动化改造，为实现供水自动化奠定了良好的技术基础，其实现途径增多，技术模式逐步丰富。供水自动化技术与变电站自动化相比较，采集的数据量小，控制的数据量也小，相对比较简单，改造的工艺和存在的风险都比较小。经过近几年的发展，供水自动化技术更趋成熟。从技术和维护使用人员的技术素质方面实现供水自动化是可靠的。2.2 国内外同类项目的应用情况2.2.1 系统工作原理本技术方案是针对葡北35KV变电站和葡北水源自动化系统工程中的自动化部分而设计的数据采集系统。葡北水源自动化系统工程包括 4套类似单井RTU系统——实际采用南瑞继保RCS-9700变电站综合自动化系统的3套RCS－9703C型测控装置，1套RCS－9708C型测控装置，无缝融入葡北35KV变电站RCS-9700变电站综合自动化系统中，实现水和电自动化的完美结合。RCS-9700系列测控装置是为将测控功能分散实现而设计开发的，在设计的过程中充分考虑了装置恶劣的运行条件。装置具有良好的电磁兼容性能，抗电磁干扰能力强，功耗低，工作温度范围宽。RCS-9700系列测控装置综合考虑变电站对数据采集、处理的要求，以计算机技术实现数据采集、控制、信号等功能。该装置完全按照分布式系统的设计要求，在信息源点安装小型的高可靠性的单元测控装置，采用工业测控网络与安装于控制室的中心设备相连，实现全变电站的监控。该系列装置除完成常规的数据采集外，还可以实现丰富的测量、记录、监视、控制功能，取代了其它常规的专门测量仪表。因此，这种系统充分满足各种电压等级的变电站对实现综合自动化和无人值班的要求。装置在设计的过程中充分考虑了运行的安全性，控制系统中的各种闭锁、开放控制电路的设置，高可靠性连接元件的选用，通信技术的应用，新型大接点容量继电器的使用，出口继电器校验，保证了装置能更安全可靠地运行。2.2.2 国内外应用情况随着自动化技术的发展，供水自动化技术在国内外得到了广泛应用，早在1996年大港实施供水自动化，到2006年已经全面实现供水自动化，技术成熟，系统稳定可靠，对保证整个油田范围内的用水需求的稳定供应，及早发现管网故障，减少水资源浪费起到了重要的作用。同时也是实现降低电耗，减员增效所依赖的途径之一，大大节省了人力、物力、财力，经济效益十分可观。此方案提及的水自动化和电网自动化合一的思路，在2011年的雁木西水源自动化改造中应经得到成功的应用，且关键设备均采购于实力雄厚的厂家，后期技术支持保障能力强，这一主张不仅技术可靠，完全能够满足实际需要，而且能节约大量资金投入，避免双重投资，打了破行业技术壁垒，确保了水自动化和电网自动化的高度融合。3. 项目的内容及目标3.1 项目的主要内容1、葡北水源的4口水井实现自动化管理（对4口水井改造，并入变电站自动化中）；2、实现葡北水源就地自动化控制（本地手动控制和远动控制）；3、将葡北水源的水井数据传送到葡北35KV变电站、神泉110KV变电站监控中心，乃至处调度室，实现远程监控。3.1 功能要求宗旨：利用高新技术设备，应用计算机技术、测控技术、通讯及网络连接技术，自动采集生产运行参数，综合分析、处理实时数据，优化调度监控供水系统，提高生产管理水平，降低运行费用和运行人员劳动强度，确保供水系统可靠运行。1、水井：4口水井需要采集线电压Uab、Ubc、Uca，相电压Ua、Ub、Uc，三相电流（Ia、Ib、Ic）、零序电流、有功功率P、无功功率Q、视在功率S、系统频率f、单相有功功率、单相无功功率、单相视在功率、单相功率因数、单井流量、单井压力、阀门状态、潜水泵电机开启/运行状态、电源开关信号、红外线防盗（闯入）信号，泵的遥控启停。2、供水系统集中信号监控点：a、葡北35KV变电站主控室就地监测、控制；b、神泉110KV变电站监控中心监控；c、处调度中心远程监测。3、能够正确采集、转发状态量，在没有状态量发生变化时，监控中心不得出现状态量变化的误码信号，状态量正确动作率为100%。在复位时能够记忆输入遥信的状态，重新启动时若没有遥信变位，在主控中心监视画面上不得有遥信变位显示。4、软硬件设计合理，避免出现遥信堵塞现象，当多路遥信同时变位时，在上传遥信报警时，不能丢失遥信。5、更换电动开关阀门，遥控阀门时，阀门启动、加速、停止设计合理，避免出现拒控、电机堵转等现象，损坏设备。6、通信状况良好，数据传送实时性好，全部数据刷新一遍时间不超过20S，变位遥信刷新不超过1000ms。规约解释透彻（提供详细的规约解释文本），遥控成功率100%。7、全部设备可在-30℃——70℃温度范围连续运行。8、软件功能：1）实时动态显示整个水工艺流程的总貌图。2）实时显示运行工况，动态显示设备的状态和各种参数值，并有操作帮助功能，指导操作人员完成操作任务。3）实时监测各子站有关开关状态：如电机开/停、控制柜、变频器、泵运行状态、有人闯入等信息，并显示各设备开/停时间。4）开关变位自动更新画面，处理报警信号，实现语音，自动记录报警点的相应参数。5）测控终端门磁（或红外）报警提示有人闯入时、遥信变为时、遥测越限时，可通过文字、颜色、语音、动画在监控中心直观地反映出来。6）优先选择与用户现场启动柜、阀门、水表、变送器等设备改造结合紧密地技术方案。7）系统具有开放性。9、技术条件环境温度：-30—— 70℃；湿度：0——90%无冷凝；无爆炸危险、空气中无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体及导电尘埃。4. 技术方案4.1 基本原则?葡北水源自动化改造按无人值守考虑相关的硬件设施。?本方案未含水井房视频监控技术方案但可方便增加。?神泉110KV变电站作为监控中心。?水井至变电站通信采用光缆通信（以太网通信），同时借用变电站通信网络资源。?阀门选型要考虑其可靠性。4.2 通信链路部分通信链路部分（光缆通信链路） 图 2葡北水井至变电站间通信链路葡北水井至变电站间的光缆走向如图2所示，从葡北35KV变电站至水井线07号杆间敷设24芯光纤，其余均采用6芯光缆沿10kV水井线敷设（变电站至水井线07号杆长度为0.5KM，其它为2KM），采用自承式光缆。其间的光缆长度共计2.5kM。分别将10M/100M以太网从葡北35KV变电站延伸至各水井房，以便通信。4.3 系统功能4.3.1 控制方式 图 3水井接入的两层直联模式就地控制级（现地监控单元）设于近设备端，操作人员可以通过控制终端的按钮等设备，实现对设备的控制。在进行现地控制时，远方/现地开关置于“现地”位置，此时监控中心的自动控制命令被闭锁，保证了控制的安全性，但在监控中心仍然可以采集并查询现地信息。 图 4水井接入的集控中心模式采用两层直联模式接入水井，可少去通讯前置机，在满足水自动化功能的前提下，减少了资源量的投入，其类型明显优于集控中心模式。4.3.2 采集及控制功能终端站功能水井：需要采集各井线电压Uab、Ubc、Uca、三相电流（Ia、Ib、Ic）、零序电流、有功功率P、无功功率Q、视在功率S、单相有功功率、单相无功功率、单相视在功率、单相功率因数、系统频率f、单井流量、单井压力、阀门状态、潜水泵电机开启/运行状态、电源开关信号、红外线防盗（闯入）信号，泵的遥控启停。数据采集变量统计表名称地点数量备注瞬时流量4口水井64口水井流量加去神泉、葡北管线流量。管线压力4口水井64口水井压力加去神泉、葡北管线压力。三相电流、三相电压、功率、频率等4口水井48可增选泵的电机开关状态（启或停）、红外探测器报警信号等4口水井100可选电机控制4口水井20可增选，含泵启、泵停、阀开、阀关等泵的工作状态、故障报警4口水井50可增选接收远程监控中心发送的命令，实现对水泵的启动及停止等动作，并将执行结果及时反馈到远程监控中心；根据设计要求，数据输入接口可以方便地进行扩展。4.4主要设备选型4.4.1 综合测控选型针对葡北水源4口水源井的电机选用的综合测控装置能够完成泵电机及启动柜的数据采集和远程监控。根据功能要求的接口容量必须能够满足采集及控制功能中所列采集和控制的数据量，并有适当的冗余。优先采用新技术新工艺，模块化结构，部分功能出现故障不影响整体稳定运行。4.4.2 数据采集监控部分数据采集测量：数据采集监控部分——数据采集，测量：测量功能：三相(或三路)电压、三相(或三路)电流、三相(或三路)有功功率、三相(或三路)无功功率、三相总有功功率、三相总无功功率、频率、功率因数、零序电流等，数据刷新速度快，电压、电流、功率精度0.5%以上 ，电压测量范围0-100V/220V/380V，电流测量范围0-5A/1A，20倍过载，电压电流经内部小互感器隔离输入。8路直流模拟量隔离输入(4-20mA或0-5V)，可接各种变送器输出，比如流量、温度或压力变送器输出。控制：具有三相异步电动机多种控制功能：10路开关量继电器隔离输出(触点容量250VAC 5A、250VDC 5A)，可以实现对电机的启停控制、保护动作及告警等。控制：具有三相异步电动机多种控制功能：10路开关量继电器隔离输出(触点容量250VAC 5A、30VDC 5A)，可以实现对电机的启停控制、保护动作及告警等。其他：50路开关量光电隔离输入，可兼作脉冲输入，带SOE(事件记录)功能，可以检测三相电动机的启停状态、脉冲电度表的输出脉冲累计。工作温度：-30℃到70℃。4.4.3 上位系统软件：利用变电站监控软件，全中文界面，易于掌握和维护。4.4.4 电动开关阀、压力变送器电动阀、压力及流量设备统计表（全部改造）安装地点设备、材料名称数量（台）备注水井电动阀6开关阀4台、调节阀2台压力变送器64-20mA输出，含去神泉、葡北管线压力。流量计64-20mA输出，脉冲输出，MODBUS协议。软件4.4.4 投资估算葡北水源供水自动化投资估算表（减去8芯光缆，电动阀和电磁流量计后）序号物资名称规 格单位数量单 价总 价执行标准生产厂家1综合测控装置RCS-9703C套32500075000DL/T 1075-2007南瑞继保,含交直流转换模块，400VAC电压采集变压器。2综合测控装置RCS-9708C套12500025000DL/T 1075-2007南瑞继保,含交直流转换模块，400VAC电压采集变压器。3控制柜台4500020000DL/T 1075-2007墙壁固定，分别安装RCS-9703C、RCS-9708C，及配套端子，就地/远动转换开关，启动，停止按钮等。须考虑井房空间，并现场核实。424芯自承式光缆ADSS-AT-32B1-200M千米0.4178007120GB/T13993.4-2002中天科技5光缆配线架48芯（和ADSS配套）只1800800YD/T778-2006中天科技6光缆终端盒16芯（和ADSS配套）只4200800YD/T778-2006中天科技7光缆接续盒48芯（和ADSS配套）只1500500YD/T778-2006均为中天科技ADSS光缆，1根48芯光缆入，3根8芯光缆出，10米电杆安装。8余缆架套1300300YD/T778-2006中天科技，10米电杆安装。9悬垂金具AC-20KN套252606500DL/T 697-1999 中天科技，含预绞丝等全套附件，与ADSS-AT-8B1-100M配套使用。10耐张金具AN-20KN套4524010800DL/T 697-1999 中天科技，含预绞丝等全套附件，与ADSS-AT-8B1-100M配套使用。11抱箍φ190 含线夹和螺栓套7028019600YD 264-1981 中天科技，含光缆引下金具10个，与ADSS-AT-8B1-100M配套使用。12抱箍φ220 含线夹和螺栓套2280560YD 264-1981 中天科技与ADSS-AT-8B1-200M配套使用。13光缆塔用耐张紧固件套2100200YD 264-1981 含光缆引下金具10个，与ADSS-AT-8B1-200M配套使用。14光纤收发器HSK1100S-25KNFC口只83202560Q/12XJ4423-2003HTB15尾纤5米单模FC口根541005400YD/T1893-1997AMP16交换机3COM 8口只42801120Q/ZB 3915-20053COM17压力变送器MPM484台6310018600麦克传感器18合计：　　　　194860（元）　应用情况采用此方案，可以节省监控计算机，电机综合控制RTU，Modbus-TCP/IP 转换器，RTU控制柜等一大批设备及材料，以及专用监控软件组态王，上位组态软件狗 256点（开发运行）购置等大笔费用投入——共约23.8457万元。该方式已经在雁木西水源自动化工作中得到成功应用。经过初步测算，总费用约需19.486万元，其经济性明显优于传统方案，具有较好的操作性，兼顾了技术的先进性和费用节约。