场站运行中燃气发电机的可靠性保障措施探讨

2020-10-09赵海宁刘帅廖贵枝雷龙龙

石油工业技术监督 2020年6期

赵海宁，刘帅，廖贵枝，雷龙龙

1.中国石化中原油田分公司天然气产销厂（河南濮阳 457001）

2.中国石化河北建投天然气有限公司（河北石家庄 050000）

燃气发电机工作时只有旋转运动，电调反应速度快，工作特别平稳，其输出电压和频率精度高、波动小，在突然增加或减少负载时，能保持机组非常稳定。从冷态启动成功到满负载的时间仅为30 s，因此燃气轮发电机组可以在任何环境温度和气候下保证启动的成功率。由于燃气发电机能快速启动发电、输出功率范围广、发电质量好[1]的特性，被广泛应用于天然气输气场站中。

1 燃气发电机运行中的不稳定性分析

燃气发电机是一种将燃料热能转换为电能输出的动力装置，燃气发电机组包含发动机、发电机、控制器，稳压过滤装置、气液（汽液）分离装置等。

由于场站来气均为干气，大致供气流程为来气—调压—普通过滤—精密过滤—加热—进入燃气轮机入口[2]。如图1 所示，供气流程为：天然气经调压阀调压后，通过滤芯的空气经汽化器按一定比例进入气缸，电瓶给电源供电，启动电子点火单元，通过火花塞高压放电点燃气缸内的燃气，混合气体燃烧时体积膨胀，产生的能量推动活塞移动，再通过曲轴将活塞的上下移动转变为旋转运动，同时飞轮作旋转运动带动发电机工作，实现发电机发电。

图1 燃气发电机工作流程

根据燃气发电机的工作流程及其在实际生产应用，发现燃气发电机有时存在启动困难或无法自启、供电频率不稳、转速不稳、输出电压忽高忽低等不稳定因素，从而导致后端的UPS 停机保护、场站气液联动阀失电关阀停输等安全生产问题；有时输出不稳的电压也会导致现场的仪器仪表、电动头烧坏的安全隐患。燃气发电机在运行过程中的不稳定性分析见表1。

表1 燃气发电机在运行过程中的不稳定性分析

2 燃气发电机运行可靠性保障措施

为有效保障场站的安全生产，提高发电机在生产运行中的可靠性，需采取有效的措施，解决这些不稳定因素。

2.1 燃气发电机启动困难的保障措施

燃气发电机启动困难主要涉及油温过低、天然气进气压力不稳、发电机电池、发电机怠速4个方面的问题，分析问题并提出具体措施，见表2。

2.2 供电频率不稳的保障措施

现行标准YD/T 1095—2008《通信用不间断电源（UPS）》中给出UPS检验稳压精度的技术指标，见表3。因此对于燃气发电机的输出电压、输出负载、动态电压的瞬变范围有了更加明确的要求，并根据以上要求制定供电频率不稳的保障措施。

表2 燃气发电机启动困难保障措施

表3 UPS检验稳压精度的技术指标

1）首先排查发电机各进气管是否漏气，并对混合器的紧固螺钉与进气管的连接处进行排查，查看是否存在松动并进行加固。二是根据现场发电机的运行频率，调整怠速调节螺钉位置，向里紧为增加燃气进量，向外旋则为减少进量。三是检查怠速调节弹簧是否损坏，发现损坏及时更换。四是停掉临时用电的大功率电器等设备，避免负载较大间接性供电，带来附带的波动。

2）增加稳压器调控电源电压。稳压器由调压电路、控制电路及伺服电机等组成。当输入电压或负载变化时，控制电路进行取样、比较、放大，然后驱动伺服电机转动，使调压器碳刷的位置改变，通过自动调整线圈匝数比，保持输出电压的稳定。稳压器把低压125～165 V 或高压250～270 V 的电压稳定在200～230 V，当输入电压高于255～275 V 或低于125～160 V 时，能自动切断电源，在断电后又突然来电时，可延时5～8 min 启动输出电源，避免因为电压过高使电器受到损伤。

2.3 燃气发电机无法自启的应对措施

依据SY/T 0080—2008《油气田柴油机发电站设计规范》对发电机的基本要求，指出应急备用发电机组应有自动启动、自动加减负载、自动停机等多种自动控制功能。因此部分天然气场站根据实际需要增加燃气发电机的自启功能。

增加自启功能主要涉及到两方面：一是在低压配电柜中加装ATS 设备，主要用在紧急供电系统，将负载电路从一个电源自动换接至另一个（备用）电源的开关电器。二是在除“机柜间、值班室、通信机房”等重要负荷外的负荷前，加装欠压脱扣开关。

当市电正常时，发电机作为备用；当市电故障或者无法给场站供电时，站控电脑SCADA系统产生报警信号，由低压配电柜内双电源切换控制器发出启动发电机信号，并对发电机组的电压及频率进行检测，待发电机组启动成功，经延时后将负载自动转向发电机组供电回路[5]，同时欠压脱扣开关自动跳闸，保障重要负荷不受影响，从而保障场站安全生产。