海上設(shè)施燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)逆功率分析與處理

賀啟昌，杜圣道

（中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518000）

1 T130型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)工作原理及特點(diǎn)

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)是海上設(shè)施的心臟，為整個(gè)設(shè)施提供電能，是平臺(tái)的關(guān)鍵設(shè)備之一，是海上設(shè)施正常運(yùn)轉(zhuǎn)的保障！燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)的主體結(jié)構(gòu)一般可分為：燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組、減速齒輪箱、聯(lián)軸器和發(fā)電機(jī)四個(gè)部分，如圖1所示。

圖1 為某設(shè)施燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組成圖

與傳統(tǒng)柴油機(jī)的奧拓循環(huán)相比，燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組采用布雷頓循環(huán)，具體分為壓縮、燃燒、膨脹、排氣四個(gè)過(guò)程，如圖2所示。布雷頓循環(huán)的四個(gè)過(guò)程在燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組內(nèi)同時(shí)發(fā)生，比普通柴油機(jī)效率高，具有相同體積情況下輸出功率更大等優(yōu)點(diǎn)。

圖2 為燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組采用的布雷頓循環(huán)與柴油機(jī)的奧拓循環(huán)

2 燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)逆功率現(xiàn)象

2020年12月某設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)兩臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)并網(wǎng)帶載，總負(fù)載為6100KW左右，燃?xì)廨啓C(jī)A 機(jī)正常帶載運(yùn)行，有功功率為 3082KW，所有參數(shù)正常。在19時(shí)43分燃?xì)廨啓C(jī)A 機(jī)出現(xiàn)逆功率現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)人員立即嘗試手動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)組有功功率，但其有功功率沒(méi)有任何變化，隨后手動(dòng)斷開(kāi) A 機(jī)發(fā)電機(jī)斷路器，一段時(shí)間后燃?xì)廨啓C(jī)自動(dòng)停機(jī)。

眾所周知，正常情況下發(fā)電機(jī)的功率方向應(yīng)該由發(fā)電機(jī)流向系統(tǒng)方向。但在某種情況下，如燃?xì)廨啓C(jī)失去原動(dòng)力，而發(fā)電機(jī)的開(kāi)關(guān)斷路器又未能及時(shí)跳閘，發(fā)電機(jī)將向系統(tǒng)吸收有功功率，即發(fā)電機(jī)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)運(yùn)行，稱(chēng)為逆功率。而發(fā)電機(jī)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)帶動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)旋轉(zhuǎn)，燃?xì)廨啓C(jī)葉片在無(wú)動(dòng)力源情況下高速旋轉(zhuǎn)會(huì)引起葉片震動(dòng)，導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)的損壞事故，所以要盡可能避免燃?xì)廨啓C(jī)出現(xiàn)逆功率故障和機(jī)組逆功率運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。

3 燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)逆功率故障分析

故障出現(xiàn)后，維修人員第一時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組狀況，經(jīng)初步檢查發(fā)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組本體無(wú)明顯異常，燃?xì)廨啓C(jī)后潤(rùn)滑正常，控制系統(tǒng)提示低頻報(bào)警，經(jīng)查驗(yàn)程序發(fā)現(xiàn)當(dāng)發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置檢測(cè)到頻率低于48HZ時(shí)，將觸發(fā)20秒倒計(jì)時(shí)的低頻率停機(jī)信號(hào)。維修人員綜合分析燃?xì)廨啓C(jī)停機(jī)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象后（如圖3所示），認(rèn)為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)逆功率的原因可能有：1、燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)聯(lián)軸器故障；2、燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組故障或其他原因?qū)е略瓌?dòng)力不足或超速；3、發(fā)電機(jī)有功功率負(fù)荷分配回路故障；4、電力系統(tǒng)異常波動(dòng)；5、發(fā)電機(jī)故障；

圖3 為燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組逆功率時(shí)系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)

3.1 燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)聯(lián)軸器故障

維修人員拆除燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)軸器護(hù)罩后，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器的剪切螺栓已全部斷裂，部分螺栓根部和部分墊片有明顯的磨損痕跡，每個(gè)螺栓的斷裂面都非常不規(guī)則。初步判斷是因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)剪切螺栓斷裂，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)逆功率，但仍要排查其他原因并查找剪切螺栓斷裂的根本原因。

3.2 燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組故障或其他原因?qū)е略瓌?dòng)力不足或超速

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)本體進(jìn)行全面檢查，同時(shí)對(duì)燃?xì)庀到y(tǒng)的一二次燃?xì)忾y進(jìn)行模擬測(cè)試和試壓測(cè)試，均未見(jiàn)異常。結(jié)合燃?xì)廨啓C(jī)逆功率記錄的數(shù)據(jù)可以看出（如圖3所示），發(fā)電機(jī)發(fā)生逆功率時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速略有增加，經(jīng)核實(shí)燃料氣化驗(yàn)數(shù)據(jù)得知燃?xì)廨啓C(jī)燃料氣各項(xiàng)組分均比較穩(wěn)定：C1和C2占比68%左右，C3和C4占比12%左右，燃料氣加熱溫度也維持在64℃，均未見(jiàn)異常，如圖4所示。所以可以排除燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力不足的因素。

圖4 為燃?xì)廨啓C(jī)燃料氣化驗(yàn)數(shù)據(jù)

若機(jī)組因?yàn)槌俣鴮?dǎo)致聯(lián)軸器螺栓斷裂，在超速的同時(shí)有功功率應(yīng)該會(huì)增加。然而從燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)：燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速增加的同時(shí)有功功率突變?yōu)樨?fù)值，且斷開(kāi)發(fā)電機(jī)斷路器后燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速仍維持在100%轉(zhuǎn)速，所以可以排除燃?xì)廨啓C(jī)超速的因素。

3.3 發(fā)電機(jī)功率分配模塊故障

由于故障時(shí)兩臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，若發(fā)電機(jī)功率分配模塊故障，也可能導(dǎo)致逆功率現(xiàn)象。經(jīng)檢查現(xiàn)場(chǎng)未發(fā)現(xiàn)功率分配模塊接線異常，同時(shí)從燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部記錄的數(shù)據(jù)可以看出：在剪切螺栓斷裂后有功功率立即轉(zhuǎn)為負(fù)值，無(wú)功功率增加，說(shuō)明發(fā)電機(jī)功率分配模塊無(wú)異常。另外將該數(shù)據(jù)發(fā)給廠家工程師后，廠家工程師認(rèn)為功率分配模塊無(wú)異常。所以可以排除發(fā)電機(jī)功率分配模塊故障的因素。

3.4 電力系統(tǒng)異常波動(dòng)

經(jīng)核對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電力管理系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)沒(méi)有設(shè)備啟動(dòng)，整個(gè)電力系統(tǒng)負(fù)荷維持在6200KW左右。同時(shí)經(jīng)查閱燃?xì)廨啓C(jī)開(kāi)關(guān)柜綜合保護(hù)裝置數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)：綜合保護(hù)裝置記錄的數(shù)據(jù)中查到了三次逆功率保護(hù)觸發(fā)計(jì)時(shí)的記錄，持續(xù)時(shí)間分別為170mS、135 mS和60 mS（與燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)時(shí)間一致），但未達(dá)到綜合保護(hù)裝置計(jì)時(shí)器的1500ms。綜合以上情況可以排除電力系統(tǒng)異常波動(dòng)的因素。

3.5 發(fā)電機(jī)故障

通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)的數(shù)據(jù)可以看出（如圖3所示），發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電壓在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速維持相對(duì)穩(wěn)定情況下均無(wú)異常，且在剪切螺栓斷裂后勵(lì)磁電壓隨發(fā)電機(jī)功率變化出現(xiàn)波動(dòng)，說(shuō)明發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)異常。另外測(cè)量后發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子線圈阻值基本相等，說(shuō)明發(fā)電機(jī)處于正常狀態(tài)。

4 剪切螺栓斷裂原因核實(shí)

經(jīng)重新對(duì)中檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)中值均滿足廠家要求，但發(fā)現(xiàn)齒輪箱與發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器的軸間距為 814.85mm，而廠家提供的機(jī)械安裝圖紙要求其間距為 810.77±0.38mm，兩者相差4mm，至此基本鎖定燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)逆功率的原因：齒輪箱與發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器的軸間距偏大，剪切螺栓承受額外應(yīng)力導(dǎo)致其無(wú)法承受預(yù)定扭矩而斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失去動(dòng)力而產(chǎn)生逆功率。隨后維修人員按照廠家安裝圖紙調(diào)整齒輪箱與發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器的軸間距，并對(duì)機(jī)組重新檢查確認(rèn)后測(cè)試未發(fā)現(xiàn)異常，且機(jī)組運(yùn)行一年來(lái)均未出現(xiàn)此故障。另外現(xiàn)場(chǎng)人員結(jié)合實(shí)際情況總結(jié)了后續(xù)如何避免此類(lèi)故障：1、設(shè)施拖航前或其他類(lèi)似大型作業(yè)時(shí)應(yīng)考慮脫開(kāi)大型機(jī)組聯(lián)軸器，防止因拖航過(guò)程中搖擺或結(jié)構(gòu)受力而導(dǎo)致機(jī)組位移；2、建議設(shè)施工藝流程變化后重新檢查大型機(jī)組對(duì)中情況；3、大型機(jī)組應(yīng)定期檢查機(jī)組位移情況。

5 結(jié)論

現(xiàn)場(chǎng)人員通過(guò)系統(tǒng)分析自主解決了燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)逆功率故障，并經(jīng)過(guò)1年多的運(yùn)行測(cè)試，故障現(xiàn)象完全消除，本次故障排除和總結(jié)提高了員工思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，提升 了現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵設(shè)備可靠性，增強(qiáng)了員工的工作信心和責(zé)任心，為解決其他燃?xì)廨啓C(jī)故障問(wèn)題提供了參考。