海上平臺(tái)電站自動(dòng)甩負(fù)荷系統(tǒng)改造

蘇 廷

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司 天津300459)

1 問(wèn)題描述

某海上平臺(tái)電站由1臺(tái)額定功率為4750kW的發(fā)電機(jī)和 3臺(tái)額定功率為 3000kW 的發(fā)電機(jī)組成，4臺(tái)發(fā)電機(jī)通過(guò)3.3kV高壓盤(pán)向負(fù)載提供電力。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，3000kW 發(fā)電機(jī)冬季最大穩(wěn)定輸出功率為 2300kW 左右，夏季最大為 2100kW 左右；4750kW 發(fā)電機(jī)最大穩(wěn)定輸出功率為 3800kW 左右，夏季最大為3600kW左右。

自區(qū)域油田群組網(wǎng)后，某平臺(tái)負(fù)荷進(jìn)行了轉(zhuǎn)移，冬季最大負(fù)荷減少為 4500kW 左右，夏季最小負(fù)荷為4100kW左右。3臺(tái)3000kW發(fā)電機(jī)在兩用一備的情況下，滿足平臺(tái)最大負(fù)荷4500kW的要求。為有效利用發(fā)電機(jī)組，將 4750kW 發(fā)電機(jī)組拆除為其他油田使用后，該平臺(tái)電站的運(yùn)行模式改為 3臺(tái)3000kW發(fā)電機(jī)兩用一備。

然而，在一年的時(shí)間內(nèi)，出現(xiàn)了 4次發(fā)電機(jī)故障關(guān)斷，其中3次自動(dòng)甩負(fù)荷失效導(dǎo)致另一臺(tái)發(fā)電機(jī)過(guò)載停機(jī)而使平臺(tái)失電。通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)關(guān)斷報(bào)警記錄分析，發(fā)現(xiàn)在發(fā)電機(jī)組故障關(guān)斷時(shí)，供電斷路器延時(shí)1s左右后才分閘，如圖1所示。可以看出，當(dāng)發(fā)電機(jī)故障關(guān)斷時(shí)，時(shí)間為 47′14″，而斷路器 52G分閘時(shí)間為 49′02″，即發(fā)電機(jī)供電斷路器在發(fā)電機(jī)故障關(guān)斷1s后才能分閘，而自動(dòng)甩負(fù)荷以供電斷路器的分閘狀態(tài)為觸發(fā)條件，所以當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)組故障關(guān)斷時(shí)，自動(dòng)甩負(fù)荷系統(tǒng)不能及時(shí)卸載負(fù)荷。

圖1 發(fā)電機(jī)關(guān)斷報(bào)警記錄Fig.1 Alarm record of generator turn-off

進(jìn)一步分析可知，當(dāng)電網(wǎng)由 1臺(tái) 4750kW 機(jī)組及3臺(tái)3000kW機(jī)組成時(shí)，3臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，1臺(tái)發(fā)電機(jī)故障時(shí)，負(fù)荷由其他 2臺(tái)發(fā)電機(jī)分擔(dān)，每臺(tái)機(jī)組分擔(dān)的負(fù)載較少，此時(shí)能夠抵抗 1s左右的負(fù)荷沖擊。而當(dāng)4750kW機(jī)組拆除后，2臺(tái)發(fā)電機(jī)基本以最大帶載能力運(yùn)行。若自動(dòng)甩負(fù)荷延時(shí)動(dòng)作，當(dāng) 1臺(tái)發(fā)電機(jī)機(jī)組故障關(guān)斷時(shí)，負(fù)荷瞬間全部加到另一臺(tái)機(jī)組上，發(fā)電機(jī)機(jī)組不能承受其 2倍最大帶載能力的負(fù)荷，瞬間發(fā)電機(jī) CTIT溫度即升高到關(guān)斷值，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)機(jī)組關(guān)斷而使平臺(tái)失電[1]。

2 問(wèn)題原因分析

針對(duì)上述問(wèn)題，需要對(duì)所涉及的發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)、斷路器控制回路以及自動(dòng)甩負(fù)荷系統(tǒng)進(jìn)行排查確認(rèn)。由于發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，且出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)故障關(guān)斷并發(fā)出故障停機(jī)信號(hào)，重點(diǎn)對(duì)自動(dòng)甩負(fù)荷系統(tǒng)以及斷路器控制回路進(jìn)行排查。

2.1 自動(dòng)甩負(fù)荷系統(tǒng)

自動(dòng)甩負(fù)荷系統(tǒng)的原理如圖2所示。

圖2 自動(dòng)甩負(fù)荷系統(tǒng)原理圖Fig.2 Schematic diagram of automatic load rejection system

從每臺(tái)發(fā)電機(jī)的供電斷路器上各取一個(gè)常閉觸點(diǎn)輸入到控制回路中，當(dāng)發(fā)電機(jī)正常帶載，即供電斷路器合閘時(shí)，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)；當(dāng)有發(fā)電機(jī)停機(jī)或關(guān)斷時(shí)，供電斷路器分閘，常閉觸點(diǎn)閉合。3臺(tái)發(fā)電機(jī)供電斷路器的觸點(diǎn)并聯(lián)，其中任意1臺(tái)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)關(guān)斷時(shí)，都可以使控制回路中的關(guān)斷繼電器得電，從而對(duì)負(fù)荷進(jìn)行卸載。

經(jīng)檢查，自動(dòng)甩負(fù)荷系統(tǒng)各接線及元器件均正常。但從原理中可以看出，自動(dòng)甩負(fù)荷系統(tǒng)動(dòng)作是由斷路器的分閘信號(hào)觸發(fā)，而不是發(fā)電機(jī)自身的關(guān)斷信號(hào)。若發(fā)電機(jī)組故障關(guān)斷時(shí)，斷路器沒(méi)有分閘或延時(shí)分閘，則會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)甩負(fù)荷系統(tǒng)不卸載負(fù)荷或延時(shí)卸載負(fù)荷，從而導(dǎo)致剩余機(jī)組過(guò)載而停機(jī)。

2.2 斷路器分閘控制回路

圖3為發(fā)電機(jī)供電斷路器所有的分閘信號(hào)。

圖3 發(fā)電機(jī)斷路器分閘信號(hào)Fig.3 Generator breaker opening signal

從分閘信號(hào)中可以看出，主要有3個(gè)繼電器會(huì)觸發(fā)斷路器的分閘。DEX1繼電器主要檢測(cè)電壓、電流及功率等保護(hù)信號(hào)的觸發(fā)，經(jīng)檢查各元器件及接線均正常。ES1繼電器主要是平臺(tái)0級(jí)關(guān)斷以及400V配電盤(pán)的異常關(guān)斷信號(hào)，經(jīng)檢查正常。而 52OX1繼電器主要是發(fā)電機(jī)及并車(chē)系統(tǒng)過(guò)來(lái)的分閘信號(hào)，結(jié)合該部分圖紙進(jìn)行詳細(xì)分析。

圖4 發(fā)電機(jī)斷路器分閘控制回路Fig.4 Opening control circuit of generator breaker

圖4中，52T線圈為斷路器52G的分閘線圈，發(fā)電機(jī)控制盤(pán)TCP處的LOCAL/REMOTE選擇開(kāi)關(guān)控制 RX11繼電器線圈是否得電。當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)在REMOTE位置時(shí)，RX11線圈得電，與發(fā)電機(jī)控制盤(pán)TCP的分閘信號(hào)串聯(lián)的RX11常閉觸點(diǎn)則斷開(kāi)，發(fā)電機(jī)控制盤(pán) TCP的分閘信號(hào)不能使 52OX1繼電器得電，無(wú)法實(shí)現(xiàn) 52TX1以及 52T的分閘線圈得電，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)分閘。這樣會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)2個(gè)問(wèn)題：

①發(fā)電機(jī)組故障關(guān)斷時(shí)，斷路器不能立即分閘使發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)脫離，發(fā)電機(jī)仍與電網(wǎng)相連。發(fā)電機(jī)斷路器的分閘由配電盤(pán)的電氣保護(hù)繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)，存在分閘延時(shí)情況。若配電盤(pán)的繼電保護(hù)失效，可能對(duì)發(fā)電機(jī)機(jī)組造成嚴(yán)重?fù)p壞。

②自動(dòng)甩負(fù)荷系統(tǒng)以發(fā)電機(jī)斷路器的分閘狀態(tài)作為甩負(fù)荷的觸發(fā)條件。機(jī)組故障時(shí)斷路器不能立即分閘，造成自動(dòng)甩負(fù)荷不能立即動(dòng)作卸載，負(fù)荷全部轉(zhuǎn)移到正常發(fā)電機(jī)，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過(guò)載而高溫停機(jī)。

從以上分析可知，由于發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)處于REMOTE模式，發(fā)生故障關(guān)斷時(shí)發(fā)電機(jī)TCP盤(pán)到斷路器的分閘信號(hào)不能使斷路器分閘，此時(shí)發(fā)電機(jī)供電斷路器的分閘由斷路器的保護(hù)繼電器檢測(cè)到電壓、電流異常后延時(shí)執(zhí)行。這是發(fā)電機(jī)斷路器在機(jī)組故障關(guān)斷后延時(shí)分閘的原因，也是導(dǎo)致自動(dòng)甩負(fù)荷不能及時(shí)卸載的原因。

因此，需對(duì)現(xiàn)有發(fā)電機(jī)斷路器分閘控制回路和自動(dòng)甩負(fù)荷控制回路進(jìn)行改造，保證在發(fā)電機(jī)故障關(guān)斷時(shí)斷路器同步分閘，同時(shí)對(duì)負(fù)荷進(jìn)行卸載，以降低對(duì)另一臺(tái)機(jī)組的沖擊，防止發(fā)生平臺(tái)失電的事故。

3 改造方案

3.1 斷路器分閘控制回路改造

在REMOTE模式時(shí)，發(fā)電機(jī)控制盤(pán)TCP的分閘信號(hào)因?yàn)?RX11繼電器常閉觸點(diǎn)的斷開(kāi)而無(wú)法使分閘線圈得電，因此將此常閉觸點(diǎn)短接，如圖5所示。

這樣，當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)到 REMOTE模式時(shí)，發(fā)電機(jī)TCP的分閘信號(hào)能夠立即使分閘線圈 52T得電，從而使斷路器分閘。

從安全理念來(lái)說(shuō)，設(shè)備的啟動(dòng)控制可以由選擇開(kāi)關(guān)選擇在 LOCAL或者REMOTE位置，但停止不應(yīng)該受選擇開(kāi)關(guān)的控制。因此，將 RX11的常閉觸點(diǎn)短接后，提高了斷路器的分閘安全等級(jí)。發(fā)電機(jī)斷路器在發(fā)電機(jī)機(jī)組故障，或配電盤(pán)保護(hù)繼電器檢測(cè)電壓、電流等電氣參數(shù)不正常時(shí)，都能夠立即使斷路器分閘，以保證發(fā)電機(jī)機(jī)組的安全穩(wěn)定。同時(shí)，能夠使自動(dòng)甩負(fù)荷系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)機(jī)組故障關(guān)斷時(shí)立即動(dòng)作，降低電網(wǎng)負(fù)荷，保證剩余機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，從而保證電站的穩(wěn)定[2]。

圖5 發(fā)電機(jī)斷路器分閘控制回路改造后圖紙F(tuán)ig.5 Drawing of opening control circuit of generator breaker after modification

3.2 自動(dòng)甩負(fù)荷系統(tǒng)改造

自動(dòng)甩負(fù)荷系統(tǒng)以發(fā)電機(jī)供電斷路器的分閘狀態(tài)為觸發(fā)條件，為保證發(fā)電機(jī)機(jī)組故障關(guān)斷與負(fù)荷卸載的同步，將發(fā)電機(jī)組 TCP的關(guān)斷信號(hào)也作為甩負(fù)荷的觸發(fā)條件，與斷路器分閘信號(hào)并聯(lián)，系統(tǒng)改造后如圖6所示。

圖6 自動(dòng)甩負(fù)荷系統(tǒng)改造后圖紙F(tuán)ig.6 Drawings after modification of automatic load rejection system

這樣，當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)，TCP盤(pán)內(nèi)的分閘信號(hào)立即觸發(fā)自動(dòng)甩負(fù)荷動(dòng)作，使機(jī)組故障關(guān)斷與負(fù)荷卸載同步進(jìn)行，提高自動(dòng)甩負(fù)荷系統(tǒng)的可靠性。

4 效果及結(jié)論

改造完成后，發(fā)生了一次發(fā)電機(jī)關(guān)斷故障，自動(dòng)甩負(fù)荷系統(tǒng)及時(shí)將負(fù)荷卸載，沒(méi)有出現(xiàn)平臺(tái)失電事故。查詢(xún)故障記錄可知，在發(fā)電機(jī)發(fā)出故障關(guān)斷信號(hào)的同時(shí)，斷路器同時(shí)分閘，沒(méi)有出現(xiàn)延時(shí)分閘現(xiàn)象，證明自動(dòng)甩負(fù)荷系統(tǒng)改造成功，如圖7。

圖7 改造后發(fā)電機(jī)關(guān)斷報(bào)警記錄Fig.7 Alarm record of generator turn-off after reform

發(fā)電機(jī)的供電斷路器在機(jī)組故障時(shí)不能及時(shí)將斷路器分閘，導(dǎo)致自動(dòng)甩負(fù)荷系統(tǒng)不能及時(shí)動(dòng)作，嚴(yán)重影響平臺(tái)電網(wǎng)的穩(wěn)定。本文通過(guò)對(duì)斷路器分閘控制回路以及自動(dòng)甩負(fù)荷系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，查找出故障的原因，即發(fā)電機(jī)正常處于 REMOTE的模式下，發(fā)電機(jī)控制盤(pán) TCP過(guò)來(lái)的分閘信號(hào)因?yàn)檫x擇繼電器的常閉觸點(diǎn)的斷開(kāi)而不能使分閘線圈得電，在發(fā)電機(jī)機(jī)組故障時(shí)，不能立即分?jǐn)鄶嗦菲魇拱l(fā)電機(jī)與電網(wǎng)脫離，同時(shí)不能使自動(dòng)甩負(fù)荷立即動(dòng)作，影響了發(fā)電機(jī)機(jī)組及電網(wǎng)的穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)供電斷路器分閘控制回路及自動(dòng)甩負(fù)荷觸發(fā)條件進(jìn)行改造，有效解決了斷路器延時(shí)分閘以及自動(dòng)甩負(fù)荷系統(tǒng)延時(shí)卸載的問(wèn)題，保證了平臺(tái)電網(wǎng)的穩(wěn)定。