海上平臺電站自動甩負荷系統(tǒng)改造

蘇 廷

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津300459)

1 問題描述

某海上平臺電站由1臺額定功率為4750kW的發(fā)電機和 3臺額定功率為 3000kW 的發(fā)電機組成，4臺發(fā)電機通過3.3kV高壓盤向負載提供電力。根據(jù)運行經(jīng)驗，3000kW 發(fā)電機冬季最大穩(wěn)定輸出功率為 2300kW 左右，夏季最大為 2100kW 左右；4750kW 發(fā)電機最大穩(wěn)定輸出功率為 3800kW 左右，夏季最大為3600kW左右。

自區(qū)域油田群組網(wǎng)后，某平臺負荷進行了轉(zhuǎn)移，冬季最大負荷減少為 4500kW 左右，夏季最小負荷為4100kW左右。3臺3000kW發(fā)電機在兩用一備的情況下，滿足平臺最大負荷4500kW的要求。為有效利用發(fā)電機組，將 4750kW 發(fā)電機組拆除為其他油田使用后，該平臺電站的運行模式改為 3臺3000kW發(fā)電機兩用一備。

然而，在一年的時間內(nèi)，出現(xiàn)了 4次發(fā)電機故障關(guān)斷，其中3次自動甩負荷失效導致另一臺發(fā)電機過載停機而使平臺失電。通過對發(fā)電機關(guān)斷報警記錄分析，發(fā)現(xiàn)在發(fā)電機組故障關(guān)斷時，供電斷路器延時1s左右后才分閘，如圖1所示?？梢钥闯?，當發(fā)電機故障關(guān)斷時，時間為 47′14″，而斷路器 52G分閘時間為 49′02″，即發(fā)電機供電斷路器在發(fā)電機故障關(guān)斷1s后才能分閘，而自動甩負荷以供電斷路器的分閘狀態(tài)為觸發(fā)條件，所以當發(fā)電機機組故障關(guān)斷時，自動甩負荷系統(tǒng)不能及時卸載負荷。

圖1 發(fā)電機關(guān)斷報警記錄Fig.1 Alarm record of generator turn-off

進一步分析可知，當電網(wǎng)由 1臺 4750kW 機組及3臺3000kW機組成時，3臺發(fā)電機運行，1臺發(fā)電機故障時，負荷由其他 2臺發(fā)電機分擔，每臺機組分擔的負載較少，此時能夠抵抗 1s左右的負荷沖擊。而當4750kW機組拆除后，2臺發(fā)電機基本以最大帶載能力運行。若自動甩負荷延時動作，當 1臺發(fā)電機機組故障關(guān)斷時，負荷瞬間全部加到另一臺機組上，發(fā)電機機組不能承受其 2倍最大帶載能力的負荷，瞬間發(fā)電機 CTIT溫度即升高到關(guān)斷值，導致發(fā)電機機組關(guān)斷而使平臺失電[1]。

2 問題原因分析

針對上述問題，需要對所涉及的發(fā)電機控制系統(tǒng)、斷路器控制回路以及自動甩負荷系統(tǒng)進行排查確認。由于發(fā)電機運行穩(wěn)定，且出現(xiàn)故障時能夠及時故障關(guān)斷并發(fā)出故障停機信號，重點對自動甩負荷系統(tǒng)以及斷路器控制回路進行排查。

2.1 自動甩負荷系統(tǒng)

自動甩負荷系統(tǒng)的原理如圖2所示。

圖2 自動甩負荷系統(tǒng)原理圖Fig.2 Schematic diagram of automatic load rejection system

從每臺發(fā)電機的供電斷路器上各取一個常閉觸點輸入到控制回路中，當發(fā)電機正常帶載，即供電斷路器合閘時，常閉觸點斷開；當有發(fā)電機停機或關(guān)斷時，供電斷路器分閘，常閉觸點閉合。3臺發(fā)電機供電斷路器的觸點并聯(lián)，其中任意1臺發(fā)電機出現(xiàn)關(guān)斷時，都可以使控制回路中的關(guān)斷繼電器得電，從而對負荷進行卸載。

經(jīng)檢查，自動甩負荷系統(tǒng)各接線及元器件均正常。但從原理中可以看出，自動甩負荷系統(tǒng)動作是由斷路器的分閘信號觸發(fā)，而不是發(fā)電機自身的關(guān)斷信號。若發(fā)電機組故障關(guān)斷時，斷路器沒有分閘或延時分閘，則會導致自動甩負荷系統(tǒng)不卸載負荷或延時卸載負荷，從而導致剩余機組過載而停機。

2.2 斷路器分閘控制回路

圖3為發(fā)電機供電斷路器所有的分閘信號。

圖3 發(fā)電機斷路器分閘信號Fig.3 Generator breaker opening signal

從分閘信號中可以看出，主要有3個繼電器會觸發(fā)斷路器的分閘。DEX1繼電器主要檢測電壓、電流及功率等保護信號的觸發(fā)，經(jīng)檢查各元器件及接線均正常。ES1繼電器主要是平臺0級關(guān)斷以及400V配電盤的異常關(guān)斷信號，經(jīng)檢查正常。而 52OX1繼電器主要是發(fā)電機及并車系統(tǒng)過來的分閘信號，結(jié)合該部分圖紙進行詳細分析。

圖4 發(fā)電機斷路器分閘控制回路Fig.4 Opening control circuit of generator breaker

圖4中，52T線圈為斷路器52G的分閘線圈，發(fā)電機控制盤TCP處的LOCAL/REMOTE選擇開關(guān)控制 RX11繼電器線圈是否得電。當選擇開關(guān)在REMOTE位置時，RX11線圈得電，與發(fā)電機控制盤TCP的分閘信號串聯(lián)的RX11常閉觸點則斷開，發(fā)電機控制盤 TCP的分閘信號不能使 52OX1繼電器得電，無法實現(xiàn) 52TX1以及 52T的分閘線圈得電，從而無法實現(xiàn)分閘。這樣會導致出現(xiàn)2個問題：

①發(fā)電機組故障關(guān)斷時，斷路器不能立即分閘使發(fā)電機與電網(wǎng)脫離，發(fā)電機仍與電網(wǎng)相連。發(fā)電機斷路器的分閘由配電盤的電氣保護繼電器來實現(xiàn)，存在分閘延時情況。若配電盤的繼電保護失效，可能對發(fā)電機機組造成嚴重損壞。

②自動甩負荷系統(tǒng)以發(fā)電機斷路器的分閘狀態(tài)作為甩負荷的觸發(fā)條件。機組故障時斷路器不能立即分閘，造成自動甩負荷不能立即動作卸載，負荷全部轉(zhuǎn)移到正常發(fā)電機，導致發(fā)電機過載而高溫停機。

從以上分析可知，由于發(fā)電機正常運行時處于REMOTE模式，發(fā)生故障關(guān)斷時發(fā)電機TCP盤到斷路器的分閘信號不能使斷路器分閘，此時發(fā)電機供電斷路器的分閘由斷路器的保護繼電器檢測到電壓、電流異常后延時執(zhí)行。這是發(fā)電機斷路器在機組故障關(guān)斷后延時分閘的原因，也是導致自動甩負荷不能及時卸載的原因。

因此，需對現(xiàn)有發(fā)電機斷路器分閘控制回路和自動甩負荷控制回路進行改造，保證在發(fā)電機故障關(guān)斷時斷路器同步分閘，同時對負荷進行卸載，以降低對另一臺機組的沖擊，防止發(fā)生平臺失電的事故。

3 改造方案

3.1 斷路器分閘控制回路改造

在REMOTE模式時，發(fā)電機控制盤TCP的分閘信號因為 RX11繼電器常閉觸點的斷開而無法使分閘線圈得電，因此將此常閉觸點短接，如圖5所示。

這樣，當選擇開關(guān)到 REMOTE模式時，發(fā)電機TCP的分閘信號能夠立即使分閘線圈 52T得電，從而使斷路器分閘。

從安全理念來說，設(shè)備的啟動控制可以由選擇開關(guān)選擇在 LOCAL或者REMOTE位置，但停止不應(yīng)該受選擇開關(guān)的控制。因此，將 RX11的常閉觸點短接后，提高了斷路器的分閘安全等級。發(fā)電機斷路器在發(fā)電機機組故障，或配電盤保護繼電器檢測電壓、電流等電氣參數(shù)不正常時，都能夠立即使斷路器分閘，以保證發(fā)電機機組的安全穩(wěn)定。同時，能夠使自動甩負荷系統(tǒng)在發(fā)電機機組故障關(guān)斷時立即動作，降低電網(wǎng)負荷，保證剩余機組的穩(wěn)定運行，從而保證電站的穩(wěn)定[2]。

圖5 發(fā)電機斷路器分閘控制回路改造后圖紙Fig.5 Drawing of opening control circuit of generator breaker after modification

3.2 自動甩負荷系統(tǒng)改造

自動甩負荷系統(tǒng)以發(fā)電機供電斷路器的分閘狀態(tài)為觸發(fā)條件，為保證發(fā)電機機組故障關(guān)斷與負荷卸載的同步，將發(fā)電機組 TCP的關(guān)斷信號也作為甩負荷的觸發(fā)條件，與斷路器分閘信號并聯(lián)，系統(tǒng)改造后如圖6所示。

圖6 自動甩負荷系統(tǒng)改造后圖紙Fig.6 Drawings after modification of automatic load rejection system

這樣，當發(fā)電機機組出現(xiàn)故障時，TCP盤內(nèi)的分閘信號立即觸發(fā)自動甩負荷動作，使機組故障關(guān)斷與負荷卸載同步進行，提高自動甩負荷系統(tǒng)的可靠性。

4 效果及結(jié)論

改造完成后，發(fā)生了一次發(fā)電機關(guān)斷故障，自動甩負荷系統(tǒng)及時將負荷卸載，沒有出現(xiàn)平臺失電事故。查詢故障記錄可知，在發(fā)電機發(fā)出故障關(guān)斷信號的同時，斷路器同時分閘，沒有出現(xiàn)延時分閘現(xiàn)象，證明自動甩負荷系統(tǒng)改造成功，如圖7。

圖7 改造后發(fā)電機關(guān)斷報警記錄Fig.7 Alarm record of generator turn-off after reform

發(fā)電機的供電斷路器在機組故障時不能及時將斷路器分閘，導致自動甩負荷系統(tǒng)不能及時動作，嚴重影響平臺電網(wǎng)的穩(wěn)定。本文通過對斷路器分閘控制回路以及自動甩負荷系統(tǒng)進行分析研究，查找出故障的原因，即發(fā)電機正常處于 REMOTE的模式下，發(fā)電機控制盤 TCP過來的分閘信號因為選擇繼電器的常閉觸點的斷開而不能使分閘線圈得電，在發(fā)電機機組故障時，不能立即分斷斷路器使發(fā)電機與電網(wǎng)脫離，同時不能使自動甩負荷立即動作，影響了發(fā)電機機組及電網(wǎng)的穩(wěn)定。通過對發(fā)電機供電斷路器分閘控制回路及自動甩負荷觸發(fā)條件進行改造，有效解決了斷路器延時分閘以及自動甩負荷系統(tǒng)延時卸載的問題，保證了平臺電網(wǎng)的穩(wěn)定。