為了解決某海上平臺(tái)透平發(fā)電機(jī)組多次因直流回油泵電機(jī)(M6111)控制回路保險(xiǎn)管燒毀而致使整臺(tái)透平發(fā)電機(jī)組突然停機(jī)的問(wèn)題，以減少透平發(fā)電機(jī)組突然停機(jī)給油田帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，從問(wèn)題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并提出整改方案及進(jìn)行整改。最終通過(guò)對(duì)透平發(fā)電機(jī)直流回油泵控制系統(tǒng)優(yōu)化改造后，經(jīng)過(guò)近一年時(shí)間的檢測(cè)及監(jiān)測(cè)，該故障未曾再次出現(xiàn)。從而確保了油田電站的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也為其它油田解決類似問(wèn)題提供了借鑒。
海上平臺(tái)供電站
海上平臺(tái)透平發(fā)電機(jī)組的作用是為海上平臺(tái)電站系統(tǒng)提供電力供應(yīng)。某海上油田透平發(fā)電機(jī)組采用美國(guó)Solar T70燃?xì)廨啓C(jī)并利用廢棄的天然氣作為燃料進(jìn)行工作，額定輸出功率6.5MW。該透平發(fā)電機(jī)組每天發(fā)電量為120MWh，消耗廢棄天然氣4萬(wàn)方，折合每天可節(jié)約優(yōu)質(zhì)原油30方。保證透平發(fā)電機(jī)組的可靠運(yùn)行，既能保證油田電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行、提高油田產(chǎn)油量，同時(shí)又能起到降本增效的目的。
該透平發(fā)電機(jī)組自2010年投入運(yùn)行以來(lái)，經(jīng)常出現(xiàn)因直流回油泵電機(jī)(M6111)控制回路保險(xiǎn)管燒毀而造成整臺(tái)透平發(fā)電機(jī)組突然停機(jī)的現(xiàn)象，給油田供電設(shè)備的安全運(yùn)行和產(chǎn)量損失埋下了重大隱患。介此背景，對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行剖析，明確引起該故障的根本原因，從根源上解決該隱患。圖1為位于工藝MCC間的直流回油泵控制柜和位于透平橇內(nèi)的直流回油泵電機(jī)。
直流回油泵
直流回油泵的作用是當(dāng)透平發(fā)電機(jī)組非正常停機(jī)后，給機(jī)組提供潤(rùn)滑冷卻，防止轉(zhuǎn)動(dòng)部件抱死。例如，因全船失電或其它各種原因而導(dǎo)致正常運(yùn)行的透平機(jī)組突然停機(jī)后，需要直流回油泵給機(jī)組提供潤(rùn)滑冷卻。此時(shí)若直流回油泵不能正常工作，透平機(jī)組將存在轉(zhuǎn)動(dòng)部件抱死的風(fēng)險(xiǎn)隱患，對(duì)透平機(jī)組及電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行都將存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。
透平機(jī)組停機(jī)原因分析。通過(guò)對(duì)透平故障報(bào)警信息查詢及邏輯分析，確定問(wèn)題為透平回油泵控制系統(tǒng)故障而導(dǎo)致透平機(jī)組停機(jī)。在透平程序邏輯中設(shè)定了，每24小時(shí)系統(tǒng)會(huì)對(duì)直流回油泵進(jìn)行啟動(dòng)檢測(cè)一次，此時(shí)檢測(cè)泵的出口壓力，當(dāng)壓力高于設(shè)定值時(shí)檢測(cè)就可以通過(guò)，允許機(jī)組正常運(yùn)行，否則就會(huì)觸發(fā)機(jī)組關(guān)停。之前發(fā)生的多次故障均是由于控制系統(tǒng)中的保險(xiǎn)管燒毀后導(dǎo)致直流回油泵電機(jī)不能正常運(yùn)行，此時(shí)透平系統(tǒng)檢測(cè)直流回油泵的出口壓力因?yàn)檫_(dá)不到設(shè)定值，從而觸發(fā)透平機(jī)組立即關(guān)停。
經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制柜內(nèi)保險(xiǎn)管燒毀這一故障現(xiàn)象的分析及對(duì)直流回油泵啟動(dòng)時(shí)回路電流的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在直流回油泵啟動(dòng)的瞬間啟動(dòng)電流高達(dá)56A，而控制回路保險(xiǎn)管的額定電流只有7A。在超過(guò)7倍的電流沖擊下，保險(xiǎn)的壽命急劇下降。而透平系統(tǒng)在每天10點(diǎn)的自檢過(guò)程中，直流回油泵會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)一次。當(dāng)保險(xiǎn)管燒毀后，直流回油泵就無(wú)法正常運(yùn)行，導(dǎo)致泵的出口壓力不能提高到系統(tǒng)的設(shè)定值，系統(tǒng)就會(huì)判定直流回油泵啟動(dòng)失敗。為防止在全船失電等特殊情況下無(wú)法對(duì)機(jī)組進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻而損壞機(jī)組，透平控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)保護(hù)停機(jī)。
故障整改優(yōu)化方案
針對(duì)故障研究人員設(shè)計(jì)三套優(yōu)化整改方案。方案一新增加一套直流回油泵及控制系統(tǒng)。當(dāng)現(xiàn)有直流回油泵故障時(shí)，立即啟動(dòng)新增的直流回油泵。避免透平發(fā)電機(jī)組因直流回油泵控制回路故障造成的非正常停機(jī)。方案二將原有直流回油泵控制回路改為雙電源供電。當(dāng)一路電源保險(xiǎn)管燒毀時(shí)，另一路電源立即投入運(yùn)行。避免透平發(fā)電機(jī)組的非正常停機(jī)。
方案一基本能夠降低50%的避免此現(xiàn)象的發(fā)生。但成本相對(duì)較高一些，需要再增加一套直流回油泵及電機(jī)控制柜，且問(wèn)題根源未得以解決，僅僅單純提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。方案二成本相對(duì)較低，只需兩個(gè)接觸器和兩個(gè)保險(xiǎn)管即可但大概只能夠避免75％此類現(xiàn)象的發(fā)生。通過(guò)對(duì)比，感覺(jué)以上兩個(gè)方案都不夠十分完美，無(wú)法在根源上解決此類故障。
方案三將直流電機(jī)的控制方式由直接啟動(dòng)方式改為串電阻減壓?jiǎn)?dòng)方式。通過(guò)查找資料及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，直流回油泵運(yùn)行電流為3.5A左右，而啟動(dòng)電流高達(dá)56A。資料顯示直流電機(jī)應(yīng)把啟動(dòng)電流限制在額定電流的4-6倍以內(nèi)為好。聯(lián)想到自透平機(jī)組投入運(yùn)行以來(lái)直流供油泵電機(jī)（M6020）從未出現(xiàn)控制回路保險(xiǎn)管燒毀的故障現(xiàn)象。到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)兩臺(tái)直流電機(jī)控制柜進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)：直流供油泵電機(jī)（M6020）采用串電阻限流啟動(dòng)方式啟動(dòng)，啟動(dòng)電流非常小，因此從未出現(xiàn)控制回路保險(xiǎn)管燒毀的現(xiàn)象；而直流回油泵電機(jī)（M6111）采用直接啟動(dòng)方式啟動(dòng)，啟動(dòng)電流非常大，頻繁出現(xiàn)保險(xiǎn)管燒毀現(xiàn)象。方案三能夠徹底避免因啟動(dòng)電流過(guò)大而燒保險(xiǎn)現(xiàn)象的發(fā)生，而且成本相對(duì)較低，只需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，增加一個(gè)合適大小的啟動(dòng)電阻和一個(gè)時(shí)間繼電器即可。綜上所述，采用方案三最為可取，不但使用備件少、改造成本低，而且能夠從根源上徹底解決該故障的發(fā)生。
直流電機(jī)的特性
直流電機(jī)電樞回路電阻和電感都較小，而轉(zhuǎn)子具有一定的機(jī)械慣性，因此當(dāng)直流電機(jī)接通電源后，起動(dòng)的開(kāi)始階段電樞轉(zhuǎn)速以及相應(yīng)的反電動(dòng)勢(shì)很小，起動(dòng)電流很大。最大可達(dá)額定電流的15～20倍。較大的啟動(dòng)電流會(huì)使電網(wǎng)受到擾動(dòng)、機(jī)組受到機(jī)械沖擊、換向器產(chǎn)生火花。通常，直流電機(jī)啟動(dòng)方法分為直接起動(dòng)、電樞回路串電阻 、降壓起動(dòng)。
采用哪種啟動(dòng)方法要看實(shí)際應(yīng)用的場(chǎng)合，直接起動(dòng)的特點(diǎn)是啟動(dòng)速度快、使用設(shè)備簡(jiǎn)單，但沖擊電流較大，要考慮電機(jī)和電源能否承受得住較大的沖擊；電樞回路串電阻啟動(dòng)的特點(diǎn)是設(shè)備成本低，沖擊電流小，當(dāng)轉(zhuǎn)速增加后慢慢切除電阻；降壓起動(dòng)的特點(diǎn)是電樞電壓慢慢升高，但調(diào)壓設(shè)備成本比較高。
優(yōu)化改造后的調(diào)試
該油田透平發(fā)電機(jī)組的直流回油泵原控制方式為直接啟動(dòng)控制方式，在啟動(dòng)時(shí)無(wú)任何降壓輔助方式，使得啟動(dòng)時(shí)的瞬間電流非常大，造成控制回路保險(xiǎn)管經(jīng)常燒毀的故障。綜合現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載的實(shí)際情況進(jìn)行考慮，判斷出該系統(tǒng)的控制方式存在設(shè)計(jì)缺陷，未能充分考慮現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載的實(shí)際情況并根據(jù)直流電機(jī)的啟動(dòng)特性進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。針對(duì)以上分析，我們最終選擇將直流回油泵電機(jī)的控制方式由直接啟動(dòng)方式改為串電阻減壓?jiǎn)?dòng)方式。按照如上電路圖進(jìn)行安裝改造后，對(duì)控制回路進(jìn)行檢測(cè)。直流回油泵啟動(dòng)電流由原來(lái)的56安培，下降到26-28安培，啟動(dòng)電流下降明顯。在之后的透平自檢過(guò)程中，再未出現(xiàn)過(guò)因啟動(dòng)電流過(guò)大將保險(xiǎn)管燒毀而使透平機(jī)組停機(jī)的情況，使得該問(wèn)題得到很好的解決，改造達(dá)到了預(yù)期的效果。
以前，每次出現(xiàn)此故障時(shí)，我們都將重點(diǎn)放在對(duì)直流電機(jī)本體進(jìn)行檢查，懷疑直流電機(jī)本身有卡阻等問(wèn)題造成保險(xiǎn)管燒毀，最終也未查出結(jié)果，最后只好更換上相同型號(hào)新的保險(xiǎn)管，讓透平機(jī)組繼續(xù)工作。多年以來(lái)一直重復(fù)著這樣的過(guò)程，而從未懷疑過(guò)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺陷問(wèn)題。因此，我們不應(yīng)過(guò)于迷信生產(chǎn)廠家的設(shè)計(jì)，應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際并結(jié)合設(shè)備特性來(lái)具體問(wèn)題具體分析，得出符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的最優(yōu)方案，不斷完善我們的設(shè)備狀態(tài)，確保設(shè)備安全運(yùn)行。
通過(guò)這次對(duì)平臺(tái)透平發(fā)電機(jī)組的直流回油泵控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造后，經(jīng)過(guò)近一年時(shí)間的檢測(cè)及監(jiān)測(cè)，該故障未曾再次出現(xiàn)。同時(shí)，由于啟動(dòng)電流的降低，還能減小對(duì)直流回油泵的沖擊，及對(duì)饋電開(kāi)關(guān)及配電線路的壽命損耗。控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性得以提高，透平機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行得到了保障。透平發(fā)電機(jī)使用至今再未發(fā)生因直流回油泵電機(jī)(M6111)控制回路保險(xiǎn)管燒毀而停機(jī)的事故，從而從根源上解決了該隱患并確保了油田電站的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也為其它油田解決類似問(wèn)題提供了借鑒。
微信公眾號(hào)
微信視頻號(hào)
京公網(wǎng)安備11010502053156號(hào)