HYSY161天然氣發電機組快速脫扣改造探索

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(中海油能源發展采油服務公司，天津 300457)

海上采油平臺的電站系統為平臺提供電力保障，以便平臺上的各種生產和生活設施能夠正常、穩定運轉，該系統主要包括發電機組、電站控制系統、配電中心及各種用電負載，其中發電機組是海上采油平臺電站的核心設備。平臺所有的設備、系統和流程與平臺電站系統都有一定的關聯，它們的穩定運行直接影響到發電機組的穩定運行，也間接地影響到電站的穩定，反之發電機組的穩定運行保證了采油平臺的正常生產，因此發電機組的穩定運行成為所有維修人員的重點研究對象，快速脫扣保護系統應運而生。

1 問題的提出

海洋石油161平臺電力系統中，有3臺發電機組，其中2臺是1 350 kW 原油發電機組，1臺1 000 kW天然氣發電機組，目前平臺3臺發電機組均可通過PPU 模塊實現優先脫扣的分級卸載功能。優先脫扣定義為發電機組自身的一種保護，其基本設置為發電機組所帶載負荷達到發電機組自身容量92%時，延時5 s觸發一級卸載，發電機組所帶負荷達到發電機組自身容量96%時，延時8 s觸發二級卸載。快速脫扣既能對發電機組自身起到保護[1]，同時也能最大限度地保證平臺主要系統或設備的正常運行。目前2臺原油發電機組均能實現快速脫扣，而天燃氣發電機組不具備快速脫扣功能。

海洋石油161平臺電力系統中，由于3臺發電機組容量較小，根據平臺發電機組試驗性能參數可以看出(具體見發電機組實驗記錄)，在正常生產條件下(發電機組2用1備)，任意1臺發電機組出現故障停車，其負荷將全部突加在另1臺正常運行的發電機組上，正常運行的發電機組不能全部承載故障機組甩下的負荷時，平臺將出現全部都斷電現象，不但影響正常生產，還可能出現設備及人員的安全事故。

2 改造思路

當2臺發電機組中的1臺因為故障突然關斷，為了避免所有的負荷突加到另外l臺發電機組上造成該發電機組也關斷，所采取的保護措施要能夠在其中1臺發電機關斷的瞬間發出指令，使電力系統能夠自動地卸掉一部分相對不重要系統的用電負荷;使另外l臺發電機組上的總負荷不超過它的最大承受能力，從而保證它能夠繼續正常工作;平臺相對重要的系統仍然能夠正常運行[2]，為了達到這樣的目的采取的措施就是快速脫扣。

針對天然氣發電機組存在問題，在平臺電力系統中應用快速脫扣功能，當天然氣發電機組出現緊急故障時，同時觸發快速脫扣，剩余負荷可全部突加在正常運行的原油發電機組上(具體見發電機脫扣負荷分析表)，保障平臺重要負荷正常運行。

3 改造方案

快速脫扣的指令信號主要來自下列故障：①并聯運行時，任意1臺發電機組主開關因故障脫扣；②并聯運行時，任意1臺發電機組的原動機出現故障的應急停車。

鑒于以上情況，平臺電力系統中應用快速脫扣功能。目前海洋石油161平臺2臺原油發電機組出現故障停車(滑油壓力低、冷卻水溫度高、軸瓦溫度高、緊急停車等)時，均能提前1 s或同時發出脫扣指令；而天然氣發電機組不具備快速脫扣功能,根據與濟南柴油機股份有限公司(以下簡稱濟柴)及低壓盤廠家的溝通，濟柴現場的“云飛”主機原動機控制系統中的停機繼電器有一組常開、常閉備用干觸點，根據現場情況，特制定以下改造方案。

經過與濟柴廠家工程師溝通，機旁停車按鈕為正常停車按鈕，在正常停車時，發電機組已經在空載狀態下停車，此時ACB01 已經提前斷開；在保證原廠家設計不變的條件下，利用圖1所示停車繼電器KA1(有一組備用觸點)作為天然氣發電機組原動機故障停車繼電器，規避機旁停車按鈕SB6正常操作帶來的影響，進行改造。

圖1 發動機監控儀電氣原理

在MCC 間天然氣發電機組主進線柜(ACB01)內增加1個中間繼電器(快速脫扣繼電器KA02)和1個時間繼電器(KT)，利用上圖停車繼電器KA1的備用觸點控制快速脫扣繼電器KA02，來實現快速脫扣。由于MCC間天然氣發電機組主控盤上也有一個遠控急停按鈕S3-1，可把急停按鈕S3-1并入停車繼電器KA1的備用觸點，保證遠控急停按鈕S3-1操作也可觸發快速脫扣；經過現場實際調研，該急停按鈕S3-1只有兩組常閉觸點，目前無常開觸點可用，故可將此按鈕重新選型，更換為帶一組常開觸點和2組常閉觸點的急停按鈕。見圖2。

利用天然氣發電機組主進線斷路器ACB01的一組常開輔助觸點，串入時間繼電器KT的回路，再由時間繼電器KT的常開觸點串入脫扣繼電器KA02的回路，保證在發電機組檢修試車(不并網)時，不觸發快速脫扣。

為了避免發電機在超速、差動保護動作等條件下，主進線斷路器ACB01 同時(先于)停車繼電器動作，無法實現發快速脫扣，增加時間繼電器KT，在主進線斷路器ACB01動作后，延時2～5 s，繼電器KT常開觸點再斷開。具體原理見圖3。

圖2 控制模塊回路

圖3 快速脫扣電氣原理

圖3所示為天然氣發電機組主進線柜ACB01內的原二級卸載繼電器控制回路，海洋石油161平臺的快速脫扣清單就是二級卸載清單。

上述改造方法保持天然氣發電機組內部原設計、邏輯不變，施工簡單，費用較低，便于維護。

4 使用效果

天然氣發電機組自安裝調試運行后，其運行狀態一直不是很穩定，海上石油161平臺也出現過因天然氣發電機組故障停機導致全船失電現象的發生，自改造后，快速脫扣的功能避免了此類現象的再次發生[3]。天然氣發電機組故障停機后，快速脫扣功能即時觸發，二級卸載后電網上的負荷不會太大，從而保證了原油機組的正常運轉，避免出現生產關停和安全事故的發生，并加快了電站的恢復速度，確保平臺相對重要系統的用電負荷。

[1] 張艷霞，姜惠蘭．電力系統保護與控制[M]．北京：科學出版社，2010．

[2] 張 帆．電力系統運行過程中需要注意的問題[J]．技術與市場，2011,(9):243-244.

[3] 中國船級社．鋼質海船入級規范第四分冊[S]．北京：人民交通出版社，2009.