HYSY161天然氣發(fā)電機(jī)組快速脫扣改造探索

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(中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司，天津 300457)

海上采油平臺的電站系統(tǒng)為平臺提供電力保障，以便平臺上的各種生產(chǎn)和生活設(shè)施能夠正常、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，該系統(tǒng)主要包括發(fā)電機(jī)組、電站控制系統(tǒng)、配電中心及各種用電負(fù)載，其中發(fā)電機(jī)組是海上采油平臺電站的核心設(shè)備。平臺所有的設(shè)備、系統(tǒng)和流程與平臺電站系統(tǒng)都有一定的關(guān)聯(lián)，它們的穩(wěn)定運(yùn)行直接影響到發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，也間接地影響到電站的穩(wěn)定，反之發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行保證了采油平臺的正常生產(chǎn)，因此發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行成為所有維修人員的重點(diǎn)研究對象，快速脫扣保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

1 問題的提出

海洋石油161平臺電力系統(tǒng)中，有3臺發(fā)電機(jī)組，其中2臺是1 350 kW 原油發(fā)電機(jī)組，1臺1 000 kW天然氣發(fā)電機(jī)組，目前平臺3臺發(fā)電機(jī)組均可通過PPU 模塊實(shí)現(xiàn)優(yōu)先脫扣的分級卸載功能。優(yōu)先脫扣定義為發(fā)電機(jī)組自身的一種保護(hù)，其基本設(shè)置為發(fā)電機(jī)組所帶載負(fù)荷達(dá)到發(fā)電機(jī)組自身容量92%時，延時5 s觸發(fā)一級卸載，發(fā)電機(jī)組所帶負(fù)荷達(dá)到發(fā)電機(jī)組自身容量96%時，延時8 s觸發(fā)二級卸載。快速脫扣既能對發(fā)電機(jī)組自身起到保護(hù)[1]，同時也能最大限度地保證平臺主要系統(tǒng)或設(shè)備的正常運(yùn)行。目前2臺原油發(fā)電機(jī)組均能實(shí)現(xiàn)快速脫扣，而天燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組不具備快速脫扣功能。

海洋石油161平臺電力系統(tǒng)中，由于3臺發(fā)電機(jī)組容量較小，根據(jù)平臺發(fā)電機(jī)組試驗(yàn)性能參數(shù)可以看出(具體見發(fā)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)記錄)，在正常生產(chǎn)條件下(發(fā)電機(jī)組2用1備)，任意1臺發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障停車，其負(fù)荷將全部突加在另1臺正常運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組上，正常運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組不能全部承載故障機(jī)組甩下的負(fù)荷時，平臺將出現(xiàn)全部都斷電現(xiàn)象，不但影響正常生產(chǎn)，還可能出現(xiàn)設(shè)備及人員的安全事故。

2 改造思路

當(dāng)2臺發(fā)電機(jī)組中的1臺因?yàn)楣收贤蝗魂P(guān)斷，為了避免所有的負(fù)荷突加到另外l臺發(fā)電機(jī)組上造成該發(fā)電機(jī)組也關(guān)斷，所采取的保護(hù)措施要能夠在其中1臺發(fā)電機(jī)關(guān)斷的瞬間發(fā)出指令，使電力系統(tǒng)能夠自動地卸掉一部分相對不重要系統(tǒng)的用電負(fù)荷;使另外l臺發(fā)電機(jī)組上的總負(fù)荷不超過它的最大承受能力，從而保證它能夠繼續(xù)正常工作;平臺相對重要的系統(tǒng)仍然能夠正常運(yùn)行[2]，為了達(dá)到這樣的目的采取的措施就是快速脫扣。

針對天然氣發(fā)電機(jī)組存在問題，在平臺電力系統(tǒng)中應(yīng)用快速脫扣功能，當(dāng)天然氣發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)緊急故障時，同時觸發(fā)快速脫扣，剩余負(fù)荷可全部突加在正常運(yùn)行的原油發(fā)電機(jī)組上(具體見發(fā)電機(jī)脫扣負(fù)荷分析表)，保障平臺重要負(fù)荷正常運(yùn)行。

3 改造方案

快速脫扣的指令信號主要來自下列故障：①并聯(lián)運(yùn)行時，任意1臺發(fā)電機(jī)組主開關(guān)因故障脫扣；②并聯(lián)運(yùn)行時，任意1臺發(fā)電機(jī)組的原動機(jī)出現(xiàn)故障的應(yīng)急停車。

鑒于以上情況，平臺電力系統(tǒng)中應(yīng)用快速脫扣功能。目前海洋石油161平臺2臺原油發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障停車(滑油壓力低、冷卻水溫度高、軸瓦溫度高、緊急停車等)時，均能提前1 s或同時發(fā)出脫扣指令；而天然氣發(fā)電機(jī)組不具備快速脫扣功能,根據(jù)與濟(jì)南柴油機(jī)股份有限公司(以下簡稱濟(jì)柴)及低壓盤廠家的溝通，濟(jì)柴現(xiàn)場的“云飛”主機(jī)原動機(jī)控制系統(tǒng)中的停機(jī)繼電器有一組常開、常閉備用干觸點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場情況，特制定以下改造方案。

經(jīng)過與濟(jì)柴廠家工程師溝通，機(jī)旁停車按鈕為正常停車按鈕，在正常停車時，發(fā)電機(jī)組已經(jīng)在空載狀態(tài)下停車，此時ACB01 已經(jīng)提前斷開；在保證原廠家設(shè)計不變的條件下，利用圖1所示停車?yán)^電器KA1(有一組備用觸點(diǎn))作為天然氣發(fā)電機(jī)組原動機(jī)故障停車?yán)^電器，規(guī)避機(jī)旁停車按鈕SB6正常操作帶來的影響，進(jìn)行改造。

圖1 發(fā)動機(jī)監(jiān)控儀電氣原理

在MCC 間天然氣發(fā)電機(jī)組主進(jìn)線柜(ACB01)內(nèi)增加1個中間繼電器(快速脫扣繼電器KA02)和1個時間繼電器(KT)，利用上圖停車?yán)^電器KA1的備用觸點(diǎn)控制快速脫扣繼電器KA02，來實(shí)現(xiàn)快速脫扣。由于MCC間天然氣發(fā)電機(jī)組主控盤上也有一個遠(yuǎn)控急停按鈕S3-1，可把急停按鈕S3-1并入停車?yán)^電器KA1的備用觸點(diǎn)，保證遠(yuǎn)控急停按鈕S3-1操作也可觸發(fā)快速脫扣；經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際調(diào)研，該急停按鈕S3-1只有兩組常閉觸點(diǎn)，目前無常開觸點(diǎn)可用，故可將此按鈕重新選型，更換為帶一組常開觸點(diǎn)和2組常閉觸點(diǎn)的急停按鈕。見圖2。

利用天然氣發(fā)電機(jī)組主進(jìn)線斷路器ACB01的一組常開輔助觸點(diǎn)，串入時間繼電器KT的回路，再由時間繼電器KT的常開觸點(diǎn)串入脫扣繼電器KA02的回路，保證在發(fā)電機(jī)組檢修試車(不并網(wǎng))時，不觸發(fā)快速脫扣。

為了避免發(fā)電機(jī)在超速、差動保護(hù)動作等條件下，主進(jìn)線斷路器ACB01 同時(先于)停車?yán)^電器動作，無法實(shí)現(xiàn)發(fā)快速脫扣，增加時間繼電器KT，在主進(jìn)線斷路器ACB01動作后，延時2～5 s，繼電器KT常開觸點(diǎn)再斷開。具體原理見圖3。

圖2 控制模塊回路

圖3 快速脫扣電氣原理

圖3所示為天然氣發(fā)電機(jī)組主進(jìn)線柜ACB01內(nèi)的原二級卸載繼電器控制回路，海洋石油161平臺的快速脫扣清單就是二級卸載清單。

上述改造方法保持天然氣發(fā)電機(jī)組內(nèi)部原設(shè)計、邏輯不變，施工簡單，費(fèi)用較低，便于維護(hù)。

4 使用效果

天然氣發(fā)電機(jī)組自安裝調(diào)試運(yùn)行后，其運(yùn)行狀態(tài)一直不是很穩(wěn)定，海上石油161平臺也出現(xiàn)過因天然氣發(fā)電機(jī)組故障停機(jī)導(dǎo)致全船失電現(xiàn)象的發(fā)生，自改造后，快速脫扣的功能避免了此類現(xiàn)象的再次發(fā)生[3]。天然氣發(fā)電機(jī)組故障停機(jī)后，快速脫扣功能即時觸發(fā)，二級卸載后電網(wǎng)上的負(fù)荷不會太大，從而保證了原油機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免出現(xiàn)生產(chǎn)關(guān)停和安全事故的發(fā)生，并加快了電站的恢復(fù)速度，確保平臺相對重要系統(tǒng)的用電負(fù)荷。

[1] 張艷霞，姜惠蘭．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制[M]．北京：科學(xué)出版社，2010．

[2] 張 帆．電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中需要注意的問題[J]．技術(shù)與市場，2011,(9):243-244.

[3] 中國船級社．鋼質(zhì)海船入級規(guī)范第四分冊[S]．北京：人民交通出版社，2009.