場(chǎng)站運(yùn)行中燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的可靠性保障措施探討

趙海寧，劉帥，廖貴枝，雷龍龍

1.中國(guó)石化中原油田分公司 天然氣產(chǎn)銷廠 （河南 濮陽(yáng) 457001）

2.中國(guó)石化河北建投天然氣有限公司 （河北 石家莊 050000）

燃?xì)獍l(fā)電機(jī)工作時(shí)只有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，電調(diào)反應(yīng)速度快，工作特別平穩(wěn)，其輸出電壓和頻率精度高、波動(dòng)小，在突然增加或減少負(fù)載時(shí)，能保持機(jī)組非常穩(wěn)定。從冷態(tài)啟動(dòng)成功到滿負(fù)載的時(shí)間僅為30 s，因此燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組可以在任何環(huán)境溫度和氣候下保證啟動(dòng)的成功率。由于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)能快速啟動(dòng)發(fā)電、輸出功率范圍廣、發(fā)電質(zhì)量好[1]的特性，被廣泛應(yīng)用于天然氣輸氣場(chǎng)站中。

1 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)運(yùn)行中的不穩(wěn)定性分析

燃?xì)獍l(fā)電機(jī)是一種將燃料熱能轉(zhuǎn)換為電能輸出的動(dòng)力裝置，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組包含發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制器，穩(wěn)壓過(guò)濾裝置、氣液（汽液）分離裝置等。

由于場(chǎng)站來(lái)氣均為干氣，大致供氣流程為來(lái)氣—調(diào)壓—普通過(guò)濾—精密過(guò)濾—加熱—進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)入口[2]。如圖1 所示，供氣流程為：天然氣經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)壓后，通過(guò)濾芯的空氣經(jīng)汽化器按一定比例進(jìn)入氣缸，電瓶給電源供電，啟動(dòng)電子點(diǎn)火單元，通過(guò)火花塞高壓放電點(diǎn)燃?xì)飧變?nèi)的燃?xì)?，混合氣體燃燒時(shí)體積膨脹，產(chǎn)生的能量推動(dòng)活塞移動(dòng)，再通過(guò)曲軸將活塞的上下移動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)飛輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

圖1 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)工作流程

根據(jù)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的工作流程及其在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)有時(shí)存在啟動(dòng)困難或無(wú)法自啟、供電頻率不穩(wěn)、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)、輸出電壓忽高忽低等不穩(wěn)定因素，從而導(dǎo)致后端的UPS 停機(jī)保護(hù)、場(chǎng)站氣液聯(lián)動(dòng)閥失電關(guān)閥停輸?shù)劝踩a(chǎn)問(wèn)題；有時(shí)輸出不穩(wěn)的電壓也會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)的儀器儀表、電動(dòng)頭燒壞的安全隱患。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的不穩(wěn)定性分析見(jiàn)表1。

表1 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的不穩(wěn)定性分析

2 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)運(yùn)行可靠性保障措施

為有效保障場(chǎng)站的安全生產(chǎn)，提高發(fā)電機(jī)在生產(chǎn)運(yùn)行中的可靠性，需采取有效的措施，解決這些不穩(wěn)定因素。

2.1 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)啟動(dòng)困難的保障措施

燃?xì)獍l(fā)電機(jī)啟動(dòng)困難主要涉及油溫過(guò)低、天然氣進(jìn)氣壓力不穩(wěn)、發(fā)電機(jī)電池、發(fā)電機(jī)怠速4個(gè)方面的問(wèn)題，分析問(wèn)題并提出具體措施，見(jiàn)表2。

2.2 供電頻率不穩(wěn)的保障措施

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)YD/T 1095—2008《通信用不間斷電源（UPS）》中給出UPS檢驗(yàn)穩(wěn)壓精度的技術(shù)指標(biāo)，見(jiàn)表3。因此對(duì)于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的輸出電壓、輸出負(fù)載、動(dòng)態(tài)電壓的瞬變范圍有了更加明確的要求，并根據(jù)以上要求制定供電頻率不穩(wěn)的保障措施。

表2 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)啟動(dòng)困難保障措施

表3 UPS檢驗(yàn)穩(wěn)壓精度的技術(shù)指標(biāo)

1）首先排查發(fā)電機(jī)各進(jìn)氣管是否漏氣，并對(duì)混合器的緊固螺釘與進(jìn)氣管的連接處進(jìn)行排查，查看是否存在松動(dòng)并進(jìn)行加固。二是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行頻率，調(diào)整怠速調(diào)節(jié)螺釘位置，向里緊為增加燃?xì)膺M(jìn)量，向外旋則為減少進(jìn)量。三是檢查怠速調(diào)節(jié)彈簧是否損壞，發(fā)現(xiàn)損壞及時(shí)更換。四是停掉臨時(shí)用電的大功率電器等設(shè)備，避免負(fù)載較大間接性供電，帶來(lái)附帶的波動(dòng)。

2）增加穩(wěn)壓器調(diào)控電源電壓。穩(wěn)壓器由調(diào)壓電路、控制電路及伺服電機(jī)等組成。當(dāng)輸入電壓或負(fù)載變化時(shí)，控制電路進(jìn)行取樣、比較、放大，然后驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使調(diào)壓器碳刷的位置改變，通過(guò)自動(dòng)調(diào)整線圈匝數(shù)比，保持輸出電壓的穩(wěn)定。穩(wěn)壓器把低壓125～165 V 或高壓250～270 V 的電壓穩(wěn)定在200～230 V，當(dāng)輸入電壓高于255～275 V 或低于125～160 V 時(shí)，能自動(dòng)切斷電源，在斷電后又突然來(lái)電時(shí)，可延時(shí)5～8 min 啟動(dòng)輸出電源，避免因?yàn)殡妷哼^(guò)高使電器受到損傷。

2.3 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)無(wú)法自啟的應(yīng)對(duì)措施

依據(jù)SY/T 0080—2008《油氣田柴油機(jī)發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)發(fā)電機(jī)的基本要求，指出應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)組應(yīng)有自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)加減負(fù)載、自動(dòng)停機(jī)等多種自動(dòng)控制功能。因此部分天然氣場(chǎng)站根據(jù)實(shí)際需要增加燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的自啟功能。

增加自啟功能主要涉及到兩方面：一是在低壓配電柜中加裝ATS 設(shè)備，主要用在緊急供電系統(tǒng)，將負(fù)載電路從一個(gè)電源自動(dòng)換接至另一個(gè)（備用）電源的開(kāi)關(guān)電器。二是在除“機(jī)柜間、值班室、通信機(jī)房”等重要負(fù)荷外的負(fù)荷前，加裝欠壓脫扣開(kāi)關(guān)。

當(dāng)市電正常時(shí)，發(fā)電機(jī)作為備用；當(dāng)市電故障或者無(wú)法給場(chǎng)站供電時(shí)，站控電腦SCADA系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，由低壓配電柜內(nèi)雙電源切換控制器發(fā)出啟動(dòng)發(fā)電機(jī)信號(hào)，并對(duì)發(fā)電機(jī)組的電壓及頻率進(jìn)行檢測(cè)，待發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)成功，經(jīng)延時(shí)后將負(fù)載自動(dòng)轉(zhuǎn)向發(fā)電機(jī)組供電回路[5]，同時(shí)欠壓脫扣開(kāi)關(guān)自動(dòng)跳閘，保障重要負(fù)荷不受影響，從而保障場(chǎng)站安全生產(chǎn)。

3 結(jié)論

1）針對(duì)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)存在啟動(dòng)困難的問(wèn)題，采取“增加伴熱帶、精細(xì)調(diào)整天然氣進(jìn)氣管線調(diào)壓閥、調(diào)整可燃混合氣的濃度、調(diào)整怠速調(diào)節(jié)螺絲到合適的位置以達(dá)到恰當(dāng)配比來(lái)啟動(dòng)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)、檢查蓄電池電壓是否合格、檢查搭鐵接觸是否靈敏準(zhǔn)確”等有效措施，解決了燃?xì)獍l(fā)電機(jī)啟動(dòng)困難的問(wèn)題。

2）針對(duì)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)供電頻率不穩(wěn)的問(wèn)題，可采取“排查發(fā)電機(jī)各進(jìn)氣管是否漏氣、檢查混合器的緊固螺釘與進(jìn)氣管的連接處、調(diào)整怠速調(diào)節(jié)螺釘位置、檢查怠速調(diào)節(jié)彈簧是否損壞、增加穩(wěn)壓器調(diào)控電源電壓”等措施，有效解決了發(fā)電機(jī)頻率不穩(wěn)的問(wèn)題。

3）加裝ATS 轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及欠壓脫扣開(kāi)關(guān)來(lái)改變?nèi)細(xì)獍l(fā)電機(jī)的啟動(dòng)控制邏輯，在場(chǎng)站的實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)了燃?xì)獍l(fā)電機(jī)在停電后的自啟功能，有效提高了燃?xì)獍l(fā)電機(jī)應(yīng)急保障設(shè)備的作用。