瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)氣源波動(dòng)適應(yīng)性分析及改進(jìn)

徐凱峰 郭進(jìn)舉 李治朋 夏立敏 陳毅

摘要：為解決低濃度瓦斯氣源波動(dòng)造成的發(fā)動(dòng)機(jī)功率波動(dòng)、分閘、放炮、停機(jī)等故障，進(jìn)一步提高瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)氣源波動(dòng)適應(yīng)性，以某12缸低濃度瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)配套機(jī)組為研究對(duì)象，分析瓦斯氣源波動(dòng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響；增加故障降載功能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明：瓦斯中甲烷的體積分?jǐn)?shù)變化率低于0.1%/min時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率波動(dòng)不大，控制系統(tǒng)能夠通過閉環(huán)控制使發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)；瓦斯中甲烷的體積分?jǐn)?shù)變化率大于1%/s時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在額定功率的90%、50%工況時(shí)，功率波動(dòng)較大，試驗(yàn)過程中伴有放炮現(xiàn)象；在瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中增加故障降載功能及進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定后，當(dāng)氣源劇烈波動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)及時(shí)降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率、快速修正瓦斯流量，使發(fā)動(dòng)機(jī)安全平穩(wěn)度過瓦斯波動(dòng)期，增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)瓦斯氣源波動(dòng)適應(yīng)性。

關(guān)鍵詞：瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)；控制系統(tǒng)；標(biāo)定；適應(yīng)性；故障降載

中圖分類號(hào)：TK437文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1673-6397（2024）02-0072-06

引用格式：徐凱峰，郭進(jìn)舉，李治朋，等.瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)氣源波動(dòng)適應(yīng)性分析及改進(jìn)［J］.內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置，2024，41（2）：72-77.

XU Kaifeng，GUO Jinju，LI Zhipeng，et al.Adaptability analysis of gas source fluctuation in a gas engine and its improvement［J］.Internal Combustion Engine & Powerplant， 2024，41（2）：72-77.

0 引言

利用瓦斯發(fā)電的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組可以降低煤礦低濃度瓦斯直接排放導(dǎo)致的溫室效應(yīng)和環(huán)境污染，綜合利用低濃度瓦斯，具有較好的市場(chǎng)應(yīng)用前景，但受煤礦瓦斯氣抽采技術(shù)制約，瓦斯氣源波動(dòng)不可避免^[1]。目前瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)的控制一般采用空燃比閉環(huán)控制模式，控制系統(tǒng)通過設(shè)定空燃比和甲烷濃度對(duì)燃?xì)饬髁窟M(jìn)行調(diào)節(jié)，瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)在波動(dòng)的氣源條件下運(yùn)行時(shí)，設(shè)定的空燃比不能快速響應(yīng)，甲烷傳感器采集數(shù)據(jù)存在延時(shí)且有誤差，不能實(shí)時(shí)反饋瓦斯中實(shí)際甲烷濃度，容易造成發(fā)動(dòng)機(jī)功率波動(dòng)、分閘、放炮、停機(jī)等，嚴(yán)重影響瓦斯電站正常運(yùn)行，甚至導(dǎo)致設(shè)備損壞的嚴(yán)重事故及人身傷害。因此，控制瓦斯波動(dòng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程的影響，提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

本文中針對(duì)瓦斯氣源緩慢和劇烈波動(dòng)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定試驗(yàn)，分析氣源波動(dòng)時(shí)瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，針對(duì)性地對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化、標(biāo)定，解決發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中的分閘、放炮、停機(jī)等故障，使其恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行，提高瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)氣源波動(dòng)適應(yīng)性和可靠性。

1 系統(tǒng)配置

以某四沖程、增壓中冷瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，發(fā)動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)由大型發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊（large engine control module，LECM）控制器、人機(jī)界面、空氣調(diào)節(jié)閥、燃?xì)饪刂崎y、節(jié)氣門、點(diǎn)火線圈、火花塞、線束及各類傳感器組成，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制、空燃比控制、點(diǎn)火控制、爆震控制、發(fā)電管理等功能^[2]，控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并存儲(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、功率、機(jī)油溫度和壓力、進(jìn)氣溫度和壓力、排氣溫度、冷卻水溫度等運(yùn)行參數(shù)，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。甲烷濃度激光傳感器將管道燃?xì)庵械募淄闈舛刃盘?hào)發(fā)送給控制器，參與發(fā)動(dòng)機(jī)控制，甲烷傳感器的響應(yīng)時(shí)間小于50 s。

調(diào)整系統(tǒng)標(biāo)定能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整控制參數(shù)，選擇燃?xì)饪刂颇Ｊ剑拱l(fā)動(dòng)機(jī)在不同模式的控制參數(shù)下運(yùn)行，標(biāo)定系統(tǒng)同時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)，及時(shí)了解發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況。

為保證發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置多級(jí)保護(hù)功能。發(fā)動(dòng)機(jī)保護(hù)主要包括急停保護(hù)、超速、機(jī)油壓力低、高溫冷卻水溫度高、排溫高、進(jìn)氣溫度高等保護(hù)功能，配套機(jī)組具有過電流、差動(dòng)、過電壓、欠電壓等保護(hù)功能。試驗(yàn)過程中，安全保護(hù)系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障隱患時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，保障發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中不損壞^[3-5]。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定試驗(yàn)及分析

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定

運(yùn)行試驗(yàn)前對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，將控制器設(shè)定在開環(huán)控制模式，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)特性，在某功率運(yùn)行點(diǎn)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣壓力、轉(zhuǎn)速三維圖表，標(biāo)定空燃比和充氣效率，控制器根據(jù)實(shí)時(shí)甲烷體積分?jǐn)?shù)、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力、空燃比及充氣效率計(jì)算燃?xì)饬髁?，?shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)饪刂崎y的精準(zhǔn)控制，保證瓦斯進(jìn)氣量；由于瓦斯氣內(nèi)含有氧氣、氮?dú)獾瘸煞郑M(jìn)行空氣控制閥開度標(biāo)定，控制器根據(jù)設(shè)定的空氣控制閥開度控制空氣流量，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在一定空燃比狀態(tài)下運(yùn)行；標(biāo)定調(diào)整調(diào)速比例積分微分（proportional integral derivative，PID）系數(shù)^[6] ，將發(fā)動(dòng)機(jī)功率波動(dòng)控制在合理范圍。發(fā)動(dòng)機(jī)在該功率穩(wěn)定運(yùn)行后，標(biāo)定計(jì)算功率表格，使得LECM控制器的計(jì)算功率與實(shí)際功率一致、設(shè)定空燃比與實(shí)際空燃比一致，保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在最佳狀態(tài)^[7]。

標(biāo)定完成后，將控制器設(shè)定為空燃比閉環(huán)控制模式，控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的空燃比及實(shí)測(cè)空燃比進(jìn)行閉環(huán)修正，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在設(shè)定的最佳狀態(tài)^[8]。

2.2 試驗(yàn)方案

瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速，設(shè)定輸出功率P₀分別為額定功率P_en的30%、50%、90%，研究瓦斯氣源波動(dòng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的影響，試驗(yàn)工況條件如表2所示。

2.3 瓦斯氣源波動(dòng)分析

煤礦瓦斯的主要成分是甲烷，還有少量的乙烷、丙烷、丁烷、空氣及微量的惰性氣體，由于抽采工藝和氣源分布等原因，瓦斯內(nèi)甲烷體積分?jǐn)?shù)波動(dòng)和瓦斯供氣壓力波動(dòng)等氣源波動(dòng)不可控。

控制管道中供氣壓力不低于5 kPa，在瓦斯供氣壓力波動(dòng)情況下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析。供氣壓力波動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率出現(xiàn)波動(dòng)^[9]，可以通過控制系統(tǒng)自主調(diào)節(jié)后恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行。調(diào)節(jié)供氣壓力進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，測(cè)量功率和供氣壓力變化率α的關(guān)系，如表3所示。

瓦斯中甲烷體積分?jǐn)?shù)波動(dòng)包括長(zhǎng)期緩慢波動(dòng)和瞬時(shí)劇烈波動(dòng)，本文中針對(duì)這兩種情況分別對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)并熱機(jī)良好，機(jī)油溫度不低于60 ℃，控制系統(tǒng)在閉環(huán)控制模式下運(yùn)行，保證供氣壓力不低于5 kPa，設(shè)定輸出功率分別為額定功率的30%、50%、90%，瓦斯中甲烷體積分?jǐn)?shù)緩慢波動(dòng)、瞬時(shí)劇烈波動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出功率P_a如圖2所示。

由圖2a）可知：瓦斯中甲烷的體積分?jǐn)?shù)長(zhǎng)期緩慢波動(dòng)，變化率低于0.1%/min時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在各工況點(diǎn)的功率波動(dòng)不大，控制系統(tǒng)能夠通過閉環(huán)控制使發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。

由圖2b）可知：瓦斯中甲烷的體積分?jǐn)?shù)瞬時(shí)劇烈波動(dòng)，變化率大于1%/s時(shí)，設(shè)定功率為額定功率的90%工況運(yùn)行時(shí)，實(shí)際輸出功率波動(dòng)較大，運(yùn)行5 s左右發(fā)動(dòng)機(jī)突然分閘、停機(jī)，試驗(yàn)過程中伴有放炮現(xiàn)象^[8]；設(shè)定功率為為額定功率的50%工況運(yùn)行時(shí)，實(shí)際輸出功率波動(dòng)較大，運(yùn)行15 s左右后發(fā)動(dòng)機(jī)分閘、停機(jī)，試驗(yàn)過程中沒有出現(xiàn)放炮現(xiàn)象；設(shè)定功率為額定功率的30%工況運(yùn)行時(shí)，初期實(shí)際輸出功率波動(dòng)較大，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，通過控制系統(tǒng)自主調(diào)節(jié)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行趨于穩(wěn)定，持續(xù)運(yùn)行。

綜上可知，發(fā)動(dòng)機(jī)低功率時(shí)抗瓦斯氣源瞬時(shí)劇烈波動(dòng)性能較強(qiáng)，中高功率時(shí)抗瓦斯氣源瞬時(shí)劇烈波動(dòng)性能較弱。

3 控制系統(tǒng)優(yōu)化與驗(yàn)證

3.1 原理分析

基于速度密度法進(jìn)行燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)饪刂?，從而控制燃?xì)饬髁亢涂諝饬髁浚咚棺鳛槿細(xì)鈺r(shí)，需要根據(jù)甲烷的體積分?jǐn)?shù)對(duì)燃?xì)饬髁窟M(jìn)行修正，甲烷傳感器將檢測(cè)到的燃?xì)鈨?nèi)甲烷體積分?jǐn)?shù)發(fā)送給控制器，由控制器對(duì)燃?xì)饬髁窟M(jìn)行修正計(jì)算，進(jìn)而控制燃?xì)饪刂崎y，使得發(fā)動(dòng)機(jī)在合適的空燃比狀態(tài)下運(yùn)行^[10-11]。

空氣體積流量

q_V，air=q_V，gasλ_stλ_des，（1）

式中：q_V，gas為天然氣的體積流量，L/s；λ_st為理論空燃比；λ_des為設(shè)定空氣系數(shù)。

混合氣體積流量

q_V，mix=q_V，gas＋q_V，air=nVp_mapT₀η/（k₁k_tp₀T_map），（2）

式中：n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；V為發(fā)動(dòng)機(jī)排量，L；p_map為進(jìn)氣壓力，kPa；T₀為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體熱力學(xué)溫度，T₀=273 K；η為充氣效率；k₁為調(diào)節(jié)因數(shù)，本文中為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，k₁=2；k_t為時(shí)間因數(shù)，k_t=60；p₀為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的大氣壓力，p₀=101.3 kPa；T_map為進(jìn)氣熱力學(xué)溫度，K。

瓦斯體積流量

q_V，gas1=q_V，gas/φ=nVp_mapT₀η/[（1+λ_stλ_des）k₁k_tp₀T_map]。（3）

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以閉環(huán)模式穩(wěn)定運(yùn)行在某功率時(shí)，根據(jù)式（3），瓦斯氣源不變時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)需要的瓦斯流量基本不變，進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度、空燃比基本保持不變。一旦瓦斯氣源中甲烷的體積分?jǐn)?shù)波動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)在該功率下運(yùn)行時(shí)的需求瓦斯流量變化，如果此時(shí)能夠快速修正，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，否則發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣壓力波動(dòng)，導(dǎo)致功率波動(dòng)^[12]。

氣源波動(dòng)時(shí)，由于甲烷傳感器采集的信號(hào)存在延遲，易引起控制系統(tǒng)對(duì)瓦斯流量修正不及時(shí)，造成發(fā)動(dòng)機(jī)功率波動(dòng)、分閘、停機(jī)等故障。功率越高，需要修正的瓦斯流量就越多，也是中高功率時(shí)抗瓦斯氣源瞬時(shí)劇烈波動(dòng)性能弱的原因^[13-14]。

3.2 控制系統(tǒng)優(yōu)化

基于前文分析結(jié)果對(duì)控制策略進(jìn)行優(yōu)化，增加故障降載功能，在瓦斯氣源瞬時(shí)劇烈波動(dòng)時(shí)，主動(dòng)降低功率，降低控制系統(tǒng)需要修正的瓦斯流量，使發(fā)動(dòng)機(jī)通過控制系統(tǒng)快速修正到穩(wěn)定運(yùn)行，增強(qiáng)瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)氣源波動(dòng)適應(yīng)性。故障降載模型如圖3所示，圖中，t₁、t₂、t₃為功能塊有效后的持續(xù)時(shí)間，當(dāng)持續(xù)時(shí)間大于t₁、t₂、t₃后功能塊輸出。

發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)行后，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際功率超出設(shè)定的功能啟用功率（降載功能啟用時(shí)的功率）且持續(xù)時(shí)間超過t₁后，控制系統(tǒng)啟用故障降載功能。

瓦斯氣源發(fā)生劇烈波動(dòng)時(shí)，如果閉環(huán)控制系統(tǒng)無法修正，發(fā)動(dòng)機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)行，功率出現(xiàn)波動(dòng)，此時(shí)控制系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)功率、設(shè)定功率計(jì)算的差與設(shè)定的功率-波動(dòng)曲線中的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)比較，當(dāng)波動(dòng)超出功率-波動(dòng)曲線對(duì)應(yīng)結(jié)果且持續(xù)時(shí)間大于t₂，經(jīng)延時(shí)模塊延時(shí)t₃后，降載功能觸發(fā)。

控制系統(tǒng)按照預(yù)設(shè)的降載斜坡、降載數(shù)值進(jìn)行降低功率，保證發(fā)動(dòng)機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。降載斜坡指故障降載觸發(fā)后，降低功率的斜率，標(biāo)定值過高，發(fā)動(dòng)機(jī)因?yàn)檫M(jìn)氣腔內(nèi)多余的燃?xì)庠斐煞排?；?biāo)定值過低，發(fā)動(dòng)機(jī)可能在降載過程中分閘、停機(jī)，無法起到保護(hù)作用。降載數(shù)值指故障降載觸發(fā)后降低的功率，標(biāo)定值過高，降低發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率；標(biāo)定值過低，發(fā)動(dòng)機(jī)功率沒有降低到穩(wěn)定工作區(qū)間，不能起到保護(hù)作用。故障降載功能還預(yù)留轉(zhuǎn)速過高、排氣溫度過高等其他易造成機(jī)械損壞的降載保護(hù)功能。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際功率超出設(shè)定的功能啟用功率且持續(xù)時(shí)間超過t₁，控制系統(tǒng)接收到其他降載指令后，同樣執(zhí)行故障降載操作。

3.3 參數(shù)標(biāo)定及驗(yàn)證

功率-波動(dòng)功率表格、降載數(shù)值、降載斜坡、功能啟用功率、時(shí)間等參數(shù)均影響故障降載功能的應(yīng)用，需要根據(jù)運(yùn)行情況對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。

功率-波動(dòng)功率表格影響故障降載功能的開啟，如果標(biāo)定過高，無法起到降載保護(hù)效果；如果標(biāo)定過低，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁降載，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。

標(biāo)定降載參數(shù)時(shí)，應(yīng)該設(shè)定初始降載參數(shù)基準(zhǔn)并使基準(zhǔn)留有較大的裕量，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在氣源瞬時(shí)劇烈波動(dòng)時(shí)不發(fā)生故障；瓦斯氣源瞬時(shí)劇烈波動(dòng)時(shí)，觀察瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)變化并記錄；修改降載參數(shù)，減小降載、增大波動(dòng)、加大降載斜坡等參數(shù)后，觀察瓦斯氣源瞬時(shí)劇烈波動(dòng)時(shí)運(yùn)行參數(shù)的變化；經(jīng)多次試驗(yàn)，找到各參數(shù)的臨界結(jié)果；在留有10%裕量的基礎(chǔ)上，設(shè)定功率-波動(dòng)功率變化表格、降載數(shù)、降載斜坡等參數(shù)，為保證故障降載功能的快速響應(yīng)性，t₁、t₂、t₃均設(shè)置為0。

控制系統(tǒng)故障降載參數(shù)標(biāo)定完成后，瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行運(yùn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，以額定功率的90%為運(yùn)行工況，開展瓦斯氣源劇烈波動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，與未開啟故障降載功能對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知：控制系統(tǒng)標(biāo)定故障降載參數(shù)、開啟故障降載功能后，瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)在氣源劇烈波動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)通過快速及時(shí)降低功率，快速修正瓦斯流量使發(fā)動(dòng)機(jī)在低功率區(qū)持續(xù)運(yùn)行；待氣源穩(wěn)定后，逐步提升功率至高功率區(qū)運(yùn)行。

控制系統(tǒng)標(biāo)定故障降載參數(shù)、開啟故障降載功能，增強(qiáng)了瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)氣源波動(dòng)適應(yīng)性，節(jié)約了發(fā)動(dòng)機(jī)重新準(zhǔn)備起動(dòng)到運(yùn)行的時(shí)間和工作量，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率，避免發(fā)動(dòng)機(jī)因突然分閘、停機(jī)造成的機(jī)械損傷及人身傷害。

4 結(jié)束語

1）通過對(duì)某瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)標(biāo)定，使發(fā)動(dòng)機(jī)在各工況下穩(wěn)定運(yùn)行后，進(jìn)行瓦斯氣源波動(dòng)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，瓦斯氣源瞬時(shí)劇烈波動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在中高功率工況運(yùn)行時(shí)，無法通過控制系統(tǒng)閉環(huán)調(diào)整快速修正瓦斯流量，出現(xiàn)分閘、放炮、停機(jī)等故障。

2）增加故障降載功能對(duì)控制系統(tǒng)優(yōu)化，通過在瓦斯波動(dòng)引起功率波動(dòng)超出設(shè)定閾值后，主動(dòng)降低功率，減小控制系統(tǒng)需要修正的瓦斯流量，使瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)能夠安全平穩(wěn)地度過瓦斯波動(dòng)期，增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)瓦斯氣源波動(dòng)適應(yīng)性。

3）控制系統(tǒng)功能優(yōu)化后進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)定、試驗(yàn)驗(yàn)證，瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)能夠適應(yīng)瓦斯瞬時(shí)劇烈波動(dòng)，未出現(xiàn)原有故障，優(yōu)化方案有效；該優(yōu)化方案簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，可應(yīng)用于其他型號(hào)瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。

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Adaptability analysis of gas source fluctuation in

a gas engine and its improvement

XU Kaifeng， GUO Jinju， LI Zhipeng， XIA Limin， CHEN Yi

CNPC Jichai Power Company Limited， Jinan 250306， China

Abstract：In order to enhance the adaptability of gas source fluctuations in a gas engine， reduce engine load fluctuation， tripping， blasting， shutdown and other faults caused by fluctuation in low concentration gas sources， a 12 cylinder low concentration gas engine matching unit is selected as the research object. The impact of gas source fluctuation on engine operation is analyzed and studied， and the control system function is optimized by adding fault load reduction function and experimental verification is carried out. The results show that when the change rate of methane volume fraction in gas is less than 0.1%/min， the engine power fluctuation is not significant and the control system can restore the engine to a stable state through closed-loop control; when the change rate of methane volume fraction in gas is greater than 1%/s， the engine operates at 90% and 50% of the rated power， resulting in significant power fluctuations and accompanied by blasting during the test process. After adding fault load reduction function and parameter calibration in the gas engine control system， when the gas source fluctuates violently，the control system promptly reduces the engine power and quickly corrects the gas flow rate，which enable the engine to safely and smoothly pass through the gas fluctuation period and enhance the adaptability of the engine to gas source fluctuation.

Keywords：gas engine; control system; calibration; adaptability; fault load reduction

（責(zé)任編輯：劉麗君）