江俊達(dá) 楊崇明(中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司,廣東深圳518000)
某海上DPP 平臺(tái)孤島電網(wǎng)由3 臺(tái)3300KW 主發(fā)電機(jī)(簡(jiǎn)稱小機(jī))和2 臺(tái)5500KW 發(fā)電機(jī)(簡(jiǎn)稱大機(jī))組成。正常生產(chǎn)時(shí)平臺(tái)電網(wǎng)總負(fù)荷為8000KW,3 臺(tái)小機(jī)和1 大機(jī)并列運(yùn)行方式,小機(jī)組帶載1700KW,大機(jī)組帶載2700KW,是典型的不同功率不同型號(hào)發(fā)電機(jī)組構(gòu)成的孤島電網(wǎng),當(dāng)大機(jī)發(fā)生故障時(shí),3臺(tái)小機(jī)需要相互配合共同承擔(dān)負(fù)載沖擊。由于大小機(jī)組機(jī)械性能不同,會(huì)出現(xiàn)響應(yīng)快的小機(jī)帶載率突升,超過額定值,使發(fā)電機(jī)超載,導(dǎo)致再次觸發(fā)優(yōu)先脫扣甩載,致使電網(wǎng)崩潰平臺(tái)全面失電。經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),近五年來由于單臺(tái)大機(jī)故障造電網(wǎng)沖擊,致使平臺(tái)整體失電的概率為36%。
為此該油田嘗試將發(fā)電機(jī)動(dòng)力端關(guān)鍵監(jiān)測(cè)信號(hào)納入電網(wǎng)管理系統(tǒng),參與電網(wǎng)邏輯判斷,實(shí)現(xiàn)備用機(jī)組的自啟動(dòng)及并網(wǎng)。通過備用機(jī)的及時(shí)預(yù)判并網(wǎng),保證電網(wǎng)有充足容量,避免電網(wǎng)帶載率的突升突降,徹底解決大機(jī)故障造成的平臺(tái)失電問題。本技術(shù)實(shí)施時(shí),部分控制器件需實(shí)施改造,實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)功能;需改變傳統(tǒng)手動(dòng)并網(wǎng)操作模式,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)并網(wǎng)功能;相應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)需基于對(duì)柴油機(jī)運(yùn)行性能了解的基礎(chǔ)上綜合選取,保證電源管理系統(tǒng)可獲得準(zhǔn)確的觸發(fā)信號(hào),并經(jīng)控制邏輯運(yùn)算做出精準(zhǔn)預(yù)判,初步實(shí)現(xiàn)智能化電網(wǎng)功能。
為實(shí)現(xiàn)上述功能,需要進(jìn)行以下三部分改造。一是改造柴油機(jī)部分控制器件,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制,達(dá)到柴油機(jī)自啟動(dòng)功能;二是對(duì)電網(wǎng)中壓柜進(jìn)行改造,使手動(dòng)并網(wǎng)操作模式,具備自動(dòng)并網(wǎng)功能;三是基于對(duì)柴油機(jī)運(yùn)行性能了解的基礎(chǔ)上,對(duì)整體電網(wǎng)控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化提升,保證電源管理系統(tǒng)可做出正確預(yù)判,實(shí)現(xiàn)智能化電網(wǎng)管理功能。
現(xiàn)場(chǎng)梳理柴油機(jī)順序啟動(dòng)邏輯,涉及到的控制器件包括壓力開關(guān)、執(zhí)行器、手動(dòng)切換閥等,改用智能化儀器儀表或具備遠(yuǎn)程操作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)替代。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制系統(tǒng)之間的信息交換,同時(shí)增加柴油機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)控制邏輯,由主機(jī)PLC 程序直接將啟動(dòng)信號(hào)輸出給柴油機(jī)相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成順序啟動(dòng)。
在確認(rèn)開關(guān)柜各項(xiàng)輸入信號(hào)無(wú)異常的基礎(chǔ)上,采用數(shù)字執(zhí)行模塊監(jiān)控主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速720轉(zhuǎn)/分,電壓達(dá)到4160V額定電壓,勵(lì)磁電流達(dá)到額定電流60A。且系統(tǒng)無(wú)接地故障及逆功率報(bào)警。上述信號(hào)滿足要求后,允許電源管理系統(tǒng)發(fā)自動(dòng)同期信號(hào)(65S長(zhǎng)脈沖信號(hào)),并在同步模塊“SYNC/LOAD”控制下,實(shí)現(xiàn)安全并網(wǎng)。
綜合選取現(xiàn)場(chǎng)柴油機(jī)控制信號(hào),在線機(jī)組出現(xiàn)異常時(shí)(達(dá)到預(yù)設(shè)故障觸發(fā)條件),電源管理模塊預(yù)先觸發(fā)備機(jī),并按照一次觸發(fā),二次觸發(fā),后備觸發(fā)三種模式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)并網(wǎng)。
一次觸發(fā)指在線主機(jī)異常時(shí),觸發(fā)第一臺(tái)備用機(jī)。觸發(fā)條件考慮以下柴油機(jī)故障信號(hào):
二次啟動(dòng)觸發(fā)指當(dāng)?shù)谝慌_(tái)觸發(fā)失敗后,啟動(dòng)第二臺(tái)備用機(jī)。電源管理系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)指令10s 后如果柴油機(jī)組速度<300RPM視為啟動(dòng)失敗,如果電網(wǎng)此刻還有備用機(jī)組,則立即觸發(fā)啟動(dòng)第二臺(tái);
后備觸發(fā)條件指當(dāng)一次、二次觸發(fā)皆失效時(shí),即改變觸發(fā)信號(hào)源,轉(zhuǎn)為以電網(wǎng)帶載率為主判斷信號(hào),電網(wǎng)總帶載率超過觸發(fā)值(>75%),則任意啟動(dòng)一臺(tái)機(jī)組。
負(fù)載率計(jì)算公式為:當(dāng)前電網(wǎng)帶載率=在線機(jī)組總出力/在線機(jī)組總額定。
現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施中考慮平臺(tái)5 臺(tái)主機(jī)任意運(yùn)行工況組合(0 用5備、1用4備、2用3備、3用2備、4用1備、5用0備),智能識(shí)別每一臺(tái)機(jī)組工作狀態(tài),并基于當(dāng)前狀態(tài)智能判斷。
控制邏輯設(shè)計(jì)時(shí)機(jī)組被分為5個(gè)狀態(tài),包括:手動(dòng)、故障、準(zhǔn)備、怠速、在線。備用機(jī)組達(dá)到以下條件時(shí)啟機(jī),參見圖1:
(1)發(fā)電機(jī)在自動(dòng)控制位模式(通過手動(dòng)開關(guān)確認(rèn));
(2)柴油機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)正常,具備啟動(dòng)條件;
(3)從觸發(fā)啟動(dòng)信號(hào)起至柴油機(jī)點(diǎn)火轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到300 轉(zhuǎn)/分,時(shí)間不超過10秒。
發(fā)電機(jī)機(jī)組達(dá)到以下條件時(shí)并網(wǎng):
(1)該機(jī)組在自動(dòng)控制位模式(通過手動(dòng)開關(guān)確認(rèn));
(2)該機(jī)組達(dá)到額定轉(zhuǎn)速720轉(zhuǎn)/分,達(dá)到空載狀態(tài),后延時(shí)30S;
(3)中壓柜保護(hù)裝置系統(tǒng)判斷無(wú)接地故障及逆功率報(bào)警信號(hào)等;
(4)數(shù)字執(zhí)行模塊監(jiān)控主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速720 轉(zhuǎn)/分,電壓達(dá)到4160V額定電壓,勵(lì)磁電流達(dá)到額定電流60A;
(5)如果有兩臺(tái)機(jī)組在怠速狀態(tài),選擇怠速時(shí)間長(zhǎng)的發(fā)電機(jī)優(yōu)先并網(wǎng)。
圖1 智能化設(shè)計(jì)邏輯圖統(tǒng)計(jì)
改造完成后,利用平臺(tái)停產(chǎn)大修的機(jī)會(huì)對(duì)各項(xiàng)功能進(jìn)行了兩個(gè)階段測(cè)試,功能完好達(dá)到預(yù)期效果:
第一階段:備用柴油機(jī)機(jī)組自啟動(dòng)功能測(cè)試,模擬在線機(jī)組滑油壓力低,觸發(fā)預(yù)判信號(hào),備用機(jī)組啟動(dòng)成功,各項(xiàng)參數(shù)正常。
第二階段:電網(wǎng)沖擊試驗(yàn),備用機(jī)啟動(dòng)后自動(dòng)并網(wǎng)運(yùn)行,同時(shí)故障機(jī)退出運(yùn)行,負(fù)載分配均衡,沒有出現(xiàn)突增突降的情況。
該平臺(tái)對(duì)孤島電網(wǎng)智能化改造,實(shí)現(xiàn)了孤島電站機(jī)組任意運(yùn)行組合,投切使用靈活,能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)備用機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)-并車運(yùn)行,響應(yīng)速度快,進(jìn)一步提升了孤島電站電網(wǎng)穩(wěn)定性,為平臺(tái)日常生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的保障。同時(shí)由于優(yōu)化了發(fā)電機(jī)負(fù)荷率、減少意外停電和故障維修頻率,在燃油和主機(jī)大修方面節(jié)省費(fèi)用方面效果明顯。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),因提高了電網(wǎng)可靠性,減少一臺(tái)主機(jī)運(yùn)行,帶載率從60%提高至73%,運(yùn)維費(fèi)用、燃油費(fèi)用也得到大幅節(jié)約。