海洋石油平臺(tái)透平發(fā)電機(jī)組調(diào)試技術(shù)探討

邢運(yùn)亮，王亞楠，王澤龍，王凱坡，呂志強(qiáng)

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

0 引言

海洋石油平臺(tái)上的生產(chǎn)設(shè)備絕大多數(shù)是由電力驅(qū)動(dòng)的，而平臺(tái)上的電力供給通常會(huì)選擇透平發(fā)電機(jī)組（也叫燃?xì)廨啓C(jī)）[1-2]，其一般支持柴油、天然氣雙燃料模式。作為海洋平臺(tái)的“動(dòng)力心臟”，透平發(fā)電機(jī)組設(shè)備結(jié)構(gòu)龐大，內(nèi)部組成復(fù)雜，涉及外部系統(tǒng)較多，因此在機(jī)組試運(yùn)行前需完成施工完整性檢查工作、起機(jī)前的預(yù)調(diào)試工作和設(shè)備試運(yùn)行前的調(diào)試工作等[3-5]。

目前國(guó)內(nèi)技術(shù)人員多針對(duì)透平發(fā)電機(jī)組的安裝及調(diào)試過(guò)程方法開展技術(shù)研究[6-8]，側(cè)重于透平發(fā)電機(jī)組安裝、調(diào)試流程與管理的技術(shù)總結(jié)，本文為研究透平發(fā)電機(jī)組調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的各類技術(shù)問(wèn)題，依托國(guó)內(nèi)某項(xiàng)目中心平臺(tái)透平發(fā)電機(jī)組調(diào)試，側(cè)重從機(jī)組調(diào)試期間的不同階段易發(fā)生的各類典型問(wèn)題出發(fā)，對(duì)問(wèn)題原因深入分析，繼而總結(jié)出對(duì)應(yīng)各類問(wèn)題常采用的解決思路和解決方法，保障海洋石油平臺(tái)供電系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，旨在為今后透平發(fā)電機(jī)組的調(diào)試及故障診斷提供技術(shù)參考和指導(dǎo)。

1 透平發(fā)電機(jī)組調(diào)試

1.1 機(jī)組自身設(shè)備組成

透平發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)構(gòu)成龐大，自身設(shè)備組成較為復(fù)雜，包含透平主機(jī)、發(fā)電機(jī)、壓氣機(jī)、本地控制盤、遠(yuǎn)程控制盤、變頻柜以及大量輔機(jī)設(shè)備，其中包括啟動(dòng)馬達(dá)、柴油增壓泵、滑油泵、預(yù)潤(rùn)滑泵、后潤(rùn)滑泵、機(jī)罩進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)、機(jī)罩排風(fēng)風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)、風(fēng)閘等設(shè)備[9-11]，機(jī)組自身設(shè)備如圖1～2所示。

圖1 機(jī)組外觀示意圖

1.2 機(jī)組調(diào)試涉及的外部設(shè)備組成

透平發(fā)電機(jī)組調(diào)試包含點(diǎn)火、發(fā)電和負(fù)載測(cè)試階段，這期間會(huì)涉及較多的外部關(guān)聯(lián)設(shè)備，例如應(yīng)急發(fā)電機(jī)、低壓盤、UPS、變壓器、空氣壓縮機(jī)、儀表氣罐、滑油冷卻撬、消防氣瓶撬、柴油日用罐、柴油泵、中壓盤、繼電保護(hù)裝置、臨時(shí)降壓變壓器、臨時(shí)負(fù)載站等，這些外部設(shè)備與機(jī)組本身的邏輯關(guān)系如圖3所示。

圖3 機(jī)組調(diào)試涉及的外部設(shè)備邏輯關(guān)系

圖2 機(jī)組機(jī)撬內(nèi)部示意圖

2 設(shè)備調(diào)試期間的常見問(wèn)題及處理方法

透平發(fā)電機(jī)組調(diào)試工作量較大，工藝流程復(fù)雜，在不同調(diào)試環(huán)節(jié)均易出現(xiàn)各類技術(shù)問(wèn)題，因此依托海上平臺(tái)項(xiàng)目調(diào)試，對(duì)機(jī)組設(shè)備在系統(tǒng)完整性檢查階段、透平發(fā)電機(jī)組點(diǎn)火階段、勵(lì)磁建立額定電壓階段、送電至中壓盤及中壓盤帶載階段發(fā)生的典型問(wèn)題進(jìn)行分析梳理，并提出相應(yīng)的解決方案。

2.1 系統(tǒng)完整性檢查階段

在進(jìn)行系統(tǒng)完整性檢查階段，曾發(fā)現(xiàn)下列問(wèn)題：（1）中壓盤廠家供貨疏忽導(dǎo)致電壓互感器（PT）型號(hào)錯(cuò)誤，變比不正確；（2）透平發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)出線與中壓盤斷路器進(jìn)線，發(fā)電機(jī)處沒(méi)有色標(biāo)，導(dǎo)致施工人員接線未按照相序逐個(gè)對(duì)應(yīng)，致使相序出錯(cuò)；（3）中壓盤預(yù)留的接線空間不足，在滿足中壓電纜打彎及距離盤柜側(cè)板安全距離等要求下，施工人員的接線工作開展困難，工期影響較大，而且容錯(cuò)率較差，一旦需要修改主電纜接線，施工愈發(fā)困難；（4）中壓纜外觀良好，中壓纜對(duì)地高壓絕緣測(cè)試中顯示絕緣低；（5）撬外潤(rùn)滑油管線串油清洗，油品潔凈度遲遲不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，導(dǎo)致機(jī)組調(diào)試工期被壓縮甚至被迫將調(diào)試工作延期至海上進(jìn)行。

故障原因分析及問(wèn)題處理方法：（1）更換正確型號(hào)電壓互感器（PT）；（2）更改U、V、W 三相接線，問(wèn)題解決；（3）提前籌劃準(zhǔn)備該項(xiàng)工作，確保中壓電纜接線工作提早開展，一次正確，避免后續(xù)發(fā)生修改；（4）海上平臺(tái)電制為三相三線制，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接接地電阻柜，最后檢查發(fā)現(xiàn)中性點(diǎn)接地電阻柜中接地線絕緣有問(wèn)題；（5）提前籌劃，盡早開展此項(xiàng)工作，并配置合適串油撬資源和施工人員。

2.2 透平發(fā)電機(jī)組點(diǎn)火階段

在主機(jī)點(diǎn)火時(shí)，曾發(fā)生過(guò)下列問(wèn)題：（1）壓氣機(jī)同一位置兩臺(tái)儀表氣壓力（PCD）監(jiān)測(cè)傳感器顯示不一致，控制屏發(fā)出壓差高報(bào)警，隨后透平由于升速期間加速度不足發(fā)出關(guān)斷命令停機(jī)；（2）在透平運(yùn)行中，撬外柴油泵供電抽屜故障產(chǎn)生跳閘，為開關(guān)過(guò)流保護(hù)導(dǎo)致跳閘，導(dǎo)致柴油泵停泵，供油壓力低觸發(fā)透平報(bào)警停機(jī)；（3）軟起動(dòng)變頻器故障，無(wú)法起動(dòng)馬達(dá)。

故障原因分析及處理方法：（1）由于儀表氣壓力（PCD）作為透平燃燒的助燃空氣，參與透平燃油供應(yīng)量計(jì)算，當(dāng)PCD壓力異常時(shí)燃油增壓泵輸出接近閾值后無(wú)法繼續(xù)提升，標(biāo)準(zhǔn)燃?xì)馔钙睫D(zhuǎn)速（NGP）加速度過(guò)低導(dǎo)致故障停機(jī)，最終更換備用壓力監(jiān)測(cè)傳感器卡件，故障解除；（2）排查發(fā)現(xiàn)是抽屜故障，更換供電抽屜，問(wèn)題解決；（3）排查發(fā)現(xiàn)是天氣潮濕和變頻器機(jī)柜清潔不到位，導(dǎo)致卡件故障報(bào)錯(cuò)，對(duì)機(jī)柜進(jìn)行吹掃和徹底清潔后，故障解決。

2.3 透平發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁建立額定電壓階段

在透平主機(jī)發(fā)電時(shí)，曾發(fā)生過(guò)下列問(wèn)題：發(fā)電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，建立感應(yīng)電壓，輸出電壓達(dá)到3 000 V 左右時(shí)，失磁保護(hù)動(dòng)作，勵(lì)磁失敗。

故障原因分析及處理方法：發(fā)電機(jī)中央控制模塊（CGCM）按照正時(shí)序檢測(cè)各項(xiàng)電壓，當(dāng)主線相序錯(cuò)誤時(shí)，電壓檢測(cè)120°位置電壓與電流方向相反，除0點(diǎn)位置外，120°與240°位置無(wú)法檢測(cè)到電壓，發(fā)電機(jī)中央控制模塊（CGCM）檢測(cè)逆相序，觸發(fā)失磁保護(hù)動(dòng)作，勵(lì)磁失敗，更改相序后問(wèn)題解決；發(fā)電機(jī)試驗(yàn)過(guò)程原理如圖4所示。

圖4 發(fā)電機(jī)試驗(yàn)過(guò)程原理

2.4 透平發(fā)電機(jī)組送電至中壓盤及中壓盤帶載階段

在透平主機(jī)建立好額定電壓，海上平臺(tái)通常為10.5 kV，送電至中壓盤時(shí)，曾發(fā)生過(guò)下列問(wèn)題：（1）中壓盤繼電保護(hù)裝置差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致中壓盤斷路器跳閘，電無(wú)法送至中壓盤母排；（2）中壓盤繼電保護(hù)裝置逆功率保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致中壓盤斷路器跳閘，電無(wú)法送至中壓盤母排；（3）中壓盤繼電保護(hù)裝置負(fù)序過(guò)負(fù)荷報(bào)警。

故障原因分析及處理方法：（1）首先檢查一下繼電保護(hù)裝置中差動(dòng)電流運(yùn)算為加運(yùn)算還是減運(yùn)算，如果是加運(yùn)算，要確保發(fā)電機(jī)出口、中壓盤斷路器進(jìn)口差動(dòng)電流互感器（CT）流入繼電保護(hù)裝置的電流矢量相反，同樣如果是減運(yùn)算，則要求電流矢量相同，其次，要確保差動(dòng)CT檢測(cè)的是同一根電纜，從這兩個(gè)方向去查找故障原因，一般問(wèn)題會(huì)迎刃而解；（2）檢查保護(hù)CT的正負(fù)極性是否采集正確，有無(wú)取反的情況，其次，如果中壓盤廠家將差動(dòng)CT 作為保護(hù)CT 取值，須確認(rèn)其他保護(hù)動(dòng)作的極性需求是否與發(fā)電機(jī)綜保設(shè)定方向一致，如不一致須進(jìn)行重新修改，使繼電保護(hù)裝置各項(xiàng)功能相位、相角、極性一致；（3）檢查保護(hù)CT 的A、B、C 三相采集是否正確對(duì)應(yīng)，如果其中任意兩相取反則會(huì)導(dǎo)致負(fù)序。

3 調(diào)試注意事項(xiàng)

（1）透平發(fā)電機(jī)組調(diào)試屬于大型設(shè)備調(diào)試，在其調(diào)試前要完成所有其前置條件的設(shè)備調(diào)試，例如應(yīng)急機(jī)、應(yīng)急盤、正常盤、UPS盤、空壓機(jī)、中壓盤、繼電保護(hù)裝置校驗(yàn)等，并且在起機(jī)前要確保透平發(fā)電機(jī)組所有輔機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試完成，安保功能測(cè)試完成，與中壓盤信號(hào)測(cè)試完成[12-13]。

（2）設(shè)備調(diào)試過(guò)程中，由于該系統(tǒng)龐大，涉及多個(gè)廠家界面，同時(shí)會(huì)有排除現(xiàn)場(chǎng)故障的工作，因此在調(diào)試前，需要提前動(dòng)員透平發(fā)電機(jī)組調(diào)試廠家，中壓盤調(diào)試廠家，繼電保護(hù)裝置廠家，低壓盤柜調(diào)試廠家等到場(chǎng)配合調(diào)試，各司其職，發(fā)現(xiàn)故障快速解決，密切配合，才能確保透平發(fā)電機(jī)組調(diào)試的工作能夠順利完成。

（3）透平發(fā)電機(jī)組通常會(huì)作為整個(gè)海洋平臺(tái)陸地調(diào)試的主線，主機(jī)調(diào)試負(fù)載試驗(yàn)涉及的干電阻數(shù)量較多，海上幾乎很難有足夠位置去擺放。而且海上整個(gè)項(xiàng)目聯(lián)調(diào)工期有限，一般不允許把透平發(fā)電機(jī)組調(diào)試放至海上進(jìn)行，因此所有設(shè)備調(diào)試都是為了確保陸地透平發(fā)電機(jī)組的調(diào)試能夠盡快開展，這就要求提前做好調(diào)試實(shí)施計(jì)劃[14-15]的編制，評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)度節(jié)點(diǎn)落后需及時(shí)進(jìn)行趕工調(diào)整。

（4）透平發(fā)電機(jī)組調(diào)試過(guò)程中所涉及的柴油屬于易燃品，而且發(fā)電時(shí)又涉及高壓，安全風(fēng)險(xiǎn)較大，要制定嚴(yán)格的風(fēng)險(xiǎn)分析方法及風(fēng)險(xiǎn)管控措施，保證調(diào)試過(guò)程中的安全。

4 結(jié)束語(yǔ)

透平發(fā)電機(jī)組調(diào)試作為整個(gè)設(shè)備移交給用戶方前的最后一步工作，直接關(guān)系著整個(gè)海上平臺(tái)能否順利投產(chǎn)。本文通過(guò)對(duì)設(shè)備調(diào)試不同階段易發(fā)生的典型問(wèn)題進(jìn)行梳理分析，并提出相應(yīng)的解決處理方法，形成主要結(jié)論如下：（1）透平發(fā)電機(jī)組調(diào)試階段產(chǎn)生較多電氣專業(yè)問(wèn)題，電纜接線要提前開展，接線相序務(wù)必核對(duì)，盤柜吹掃清潔徹底；（2）透平發(fā)電機(jī)組調(diào)試涉及燃油輸送和帶電作業(yè)，安全管控標(biāo)準(zhǔn)務(wù)必嚴(yán)格；（3）設(shè)備調(diào)試涉及多個(gè)廠家界面，故障排查需要多方配合解決，調(diào)試計(jì)劃需動(dòng)態(tài)跟蹤，保證調(diào)試主線進(jìn)展順利。綜上，以期對(duì)未來(lái)海上石油平臺(tái)透平發(fā)電機(jī)組調(diào)試、后期運(yùn)行維護(hù)提供技術(shù)參考。