海上平台应急发电机励磁系统升级改造

周正权

（中海油能源发展装备技术有限公司 天津 300452）

1 引言

应急发电机是海上石油平台上必不可少的最重要设备之一，某平台原应急发电机励磁屏已经运行15年之久，其中的PLC以及励磁模块早已停产，生产厂家已无备件可供，直接威胁到应急发电机的紧急启动运行，所以升级改造励磁屏的工作势在必行。

2 改造原则

为了保持系统的一致性，选用原厂家新型号的替代模块，尽最大可能实现新老硬件无缝升级，保持原有接线方式基本不变。在保留原有设计功能基础上，新模块的性能更加先进，特别是对励磁模块和调速模块进行由模拟到数字的换代升级，留有数字通信接口，以便于将来接入到DCS系统，实现对应急发电机的远程监控，可大大提高了事故状态下应急电源的启动、切换速度，更进一步提升了平台供电系统的可靠运行。

3 改造内容

由于应急发电机随时可能启动，因此离线改造的时间需要尽量缩短，改造之前需要详细策划改造内容及方案，具体准备内容有：

（1）图纸更新及审核；

（2）改造所需配件、设备采购；

序号 模块名称 原型号 新型号1 PLC逻辑控制 AB SLC500 AB SLC5000 2 电压调节器 Basler SR/4 Basler DECS 250 3 自动同期 Basler 25 4 无功/功率因数控制器 Basler VCP250 5 低频率/过压保护 Basler UFVO 6 合闸闭锁继电器 Basler BE1-25 Basler ES-25 7 低电压继电器 Basler BE1-27G Basler ES-27 8 低频率继电器 Basler BE1-81U Basler ES-81 9调速器 Wood Ward 2301A Wood Ward 2301E

（3）新PLC编程、测试；DECS 250组态，模拟测试；新继电器整定、测试。

4 升级改造

4.1 拆除旧模块、安装新模块

4.1.1 原应急发电机励磁屏的隔离 为了确保改造过程中的安全施工、避免影响到运行中的电气设备，必须采取技术措施对应急发电机励磁盘进行隔离。

4.1.2 拆除旧PLC，安装新PLC 在拆除前，首先用万用表测量盘内所有端子是否带电，如果发现有端子带电，对照原柜图纸，隔离带电的线头并做记录、包扎处理。

由于新旧PLC的安装尺寸不一样大，新旧模块的位置有细微调整，一定要根据原有模块接线的长度来确定最终的PLC安装位置，根据升级后的图纸来重新接线，更新端子线头标识。

4.1.3 盘面开孔安装Basler DECS 250模块 根据Basler DECS 250框架尺寸在柜门上开孔，螺丝固定安装。

4.1.4 VAR调压电位器、SAR调速电位器分别更换为单刀双掷点动开关 由于模块升级为数字式，根据技术要求，手动调压、调速改为PWM方式。原有的柜门上位置更换为施耐德的单刀双掷点动开关。

4.1.5 拆除SR/4、VFC 250、25、UFOV模块

由于新的励磁升级模块DECS 250安装在柜门上，原有的旧模块上的线不够长，这就需要在原柜中安装端子进行过度，在安装好过度端子后，将以上4个模块上需要保留的的接线，通过过度端子转接到DECS 250模块上，在检查接线无误、无遗漏时，拆除原有的4个旧模块。

4.1.6 负载分配模块2301A更换为2301E 在拆除旧的2301A（9907-175）模块后，新的2301E模块安装在原工位，并按照新图纸接线。

4.1.7 BE1-27、25、81U继电器更换为ES-27、25、81功能相同的新继电器原工位安装，新旧继电器的端子定义也是相同的，直接比对接线即可。

至此，盘内新旧模块更换完毕，对照新图纸，对盘内的所有接线做最后的仔细的检查，在确认接线无误后，进行下一阶段的静态调试。

4.2 静态调试

为了保障改造后系统完整性，先按照DECS 250励磁模块---2301E调速模块---PLC的顺序，分步进行静态调试，然后对励磁柜整体联合静态测试。

（1）用模拟断路器来模拟ODA EG-7011发电机断路器，并用模拟断路器上的24V电源作为励磁盘中的24V电源；

（2）用继电保护测试仪模拟发电机（或BUS）的三相电压、三相电流；

（3）用13欧姆/500W的功率电阻模拟发电机的励磁线圈；

（4）将示波器观察调速信号PWM的波形；

（5）手动同期试验测试，检查同步表、同步指示灯、手动同期合闸功能正常；

（6）自动同期并网测试，检查DECS-250输出的到2301E的调差信号跟踪正常，2301E输出的调速信号跟踪正常，自动同期并网合闸功能正常；

（7）发电机自动启动测试，模拟ODA MCC母线失压，检查发电机启动信号正常发出；

（8）检查远方紧急关停发电机信号动作正常；

（9）AVR自动调压功能测试，改变发电机电压，检查励磁电流输出跟踪正常；

（10）手动调压功能测试，检查手动调压时，励磁电流输出跟踪正常；

（11）手动调频功能测试，检查手动调频时，调速信号输出跟踪正常；

（12）自动调频功能测试，检查自动调频时，调速信号跟踪正常；

（13）负载分配功能测试，改变发电机的电流，检查调速信号跟踪正常。

4.3 动态调试

在完成静态调试以后，就进入关键的动态调试环节。动态调试前需仔细分析调试步骤、调试内容，确保调试安全和升级改造后励磁系统功能完整。动态调试的基本步骤如下：

（1）在检查确定具备动态调试条件以后，先解除隔离措施，恢复接线，发电机PT电压线先不接，EG-7011断路器拉到试验位置，检查励磁盘中传动断路器合、跳闸正常；

（2）在励磁盘中断开BUS PT三相电压，模拟ODA MCC母线失压，应急发电机能够自动启动；

（3）应急发电机自启动后，检查怠速、额定速度运转正常，手动调速时转速变化平稳，检查发电机本体与2301E显示的转速是否一致；

（4）就地启、停发电机一次，检查就地启、停动作正常；

（5）远方启、停发电机一次，检查远方启、停动作正常；

（6）准备一台400V/100V的单相变压器，变压器高压侧经10A空开接入到发电机机端AC相，低压侧通过临时电缆接入到励磁柜中发电机PT的AC相端子，将DECS250设置成单相电压输入模式；

（7）启动发电机，进行额定转速下的空载试验，检查发电机的建压、手动调压、空载励磁电流正常；

（8）进行DECS250励磁电压调节PID参数自动调节试验，获取最优PID参数并保存固化到DECS250装置中；

（9）在发电机机端检查相序正确。以上试验完成后，应急发电机具备了负荷测试，拆除临时发电机的动力电缆，恢复应急发电机的所有接线；

（10）启动发电机，在EG-7011断路器柜中测试发电机PT的相序正确，并于应急发电机改造前测试的相序一致；

（11）将EG-7011断路器摇到工作位置；

（12）在励磁柜，用手动同期将应急发电机并入电网，检查发电机电流、电压、励磁电压正常，并网时系统电压基本无波动，必要时可以用AVO公司的多功能电参数测试仪，录取并网过程中的电压电流数据；

（13）缓慢手动增加柴油机转速，随着转速的增加，发电机的有功功率、无功功率、电流同步增加，应急发电机负荷从0～500KW调节平稳，并在500KW下运行15分钟；

（14）在500KW负载试验完毕后，继续600、750KW带载测试，每个阶段运行15分钟；

（15）根据运行状况，再决定是否继续进行提高负荷测试，最高测试负载不超过80%额定发电功率，即1200KW。

（16）负载测试完毕后，缓慢降低发电功率到“0”，解列应急发电机；

（17）再进行自动并网试验，检查并网瞬间系统电压基本无波动；

（18）解列应急发电机，评估以上测试过程中DECS250励磁调节器、2301E负载分配及速度控制器、PLC、柴油机、发电机运行情况是否达到了预期的结果；

（19）励磁盘改造验收通过后，应急发电机投入到备用。

5 结语

励磁系统升级改造看似简单，但由于不允许改造出现失误，在进行类似改造之前，一定要对系统组成、各模块功能及参数进行详细摸底，绘制相应的图纸及技术说明，并按照计划分步、仔细操作实施。此类改造的成功应用，可在保障应急发电机功能完备的前提下节约企业成本，具有相当的经济效益。