趙海寧，劉帥，廖貴枝，雷龍龍

1.中國石化中原油田分公司 天然氣產(chǎn)銷廠 （河南 濮陽 457001）

2.中國石化河北建投天然氣有限公司 （河北 石家莊 050000）

燃氣發(fā)電機工作時只有旋轉(zhuǎn)運動，電調(diào)反應速度快，工作特別平穩(wěn)，其輸出電壓和頻率精度高、波動小，在突然增加或減少負載時，能保持機組非常穩(wěn)定。從冷態(tài)啟動成功到滿負載的時間僅為30 s，因此燃氣輪發(fā)電機組可以在任何環(huán)境溫度和氣候下保證啟動的成功率。由于燃氣發(fā)電機能快速啟動發(fā)電、輸出功率范圍廣、發(fā)電質(zhì)量好[1]的特性，被廣泛應用于天然氣輸氣場站中。

1 燃氣發(fā)電機運行中的不穩(wěn)定性分析

燃氣發(fā)電機是一種將燃料熱能轉(zhuǎn)換為電能輸出的動力裝置，燃氣發(fā)電機組包含發(fā)動機、發(fā)電機、控制器，穩(wěn)壓過濾裝置、氣液（汽液）分離裝置等。

由于場站來氣均為干氣，大致供氣流程為來氣—調(diào)壓—普通過濾—精密過濾—加熱—進入燃氣輪機入口[2]。如圖1 所示，供氣流程為：天然氣經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)壓后，通過濾芯的空氣經(jīng)汽化器按一定比例進入氣缸，電瓶給電源供電，啟動電子點火單元，通過火花塞高壓放電點燃氣缸內(nèi)的燃氣，混合氣體燃燒時體積膨脹，產(chǎn)生的能量推動活塞移動，再通過曲軸將活塞的上下移動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，同時飛輪作旋轉(zhuǎn)運動帶動發(fā)電機工作，實現(xiàn)發(fā)電機發(fā)電。

圖1 燃氣發(fā)電機工作流程

根據(jù)燃氣發(fā)電機的工作流程及其在實際生產(chǎn)應用，發(fā)現(xiàn)燃氣發(fā)電機有時存在啟動困難或無法自啟、供電頻率不穩(wěn)、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)、輸出電壓忽高忽低等不穩(wěn)定因素，從而導致后端的UPS 停機保護、場站氣液聯(lián)動閥失電關閥停輸?shù)劝踩a(chǎn)問題；有時輸出不穩(wěn)的電壓也會導致現(xiàn)場的儀器儀表、電動頭燒壞的安全隱患。燃氣發(fā)電機在運行過程中的不穩(wěn)定性分析見表1。

表1 燃氣發(fā)電機在運行過程中的不穩(wěn)定性分析

2 燃氣發(fā)電機運行可靠性保障措施

為有效保障場站的安全生產(chǎn)，提高發(fā)電機在生產(chǎn)運行中的可靠性，需采取有效的措施，解決這些不穩(wěn)定因素。

2.1 燃氣發(fā)電機啟動困難的保障措施

燃氣發(fā)電機啟動困難主要涉及油溫過低、天然氣進氣壓力不穩(wěn)、發(fā)電機電池、發(fā)電機怠速4個方面的問題，分析問題并提出具體措施，見表2。

2.2 供電頻率不穩(wěn)的保障措施

現(xiàn)行標準YD/T 1095—2008《通信用不間斷電源（UPS）》中給出UPS檢驗穩(wěn)壓精度的技術(shù)指標，見表3。因此對于燃氣發(fā)電機的輸出電壓、輸出負載、動態(tài)電壓的瞬變范圍有了更加明確的要求，并根據(jù)以上要求制定供電頻率不穩(wěn)的保障措施。

表2 燃氣發(fā)電機啟動困難保障措施

表3 UPS檢驗穩(wěn)壓精度的技術(shù)指標

1）首先排查發(fā)電機各進氣管是否漏氣，并對混合器的緊固螺釘與進氣管的連接處進行排查，查看是否存在松動并進行加固。二是根據(jù)現(xiàn)場發(fā)電機的運行頻率，調(diào)整怠速調(diào)節(jié)螺釘位置，向里緊為增加燃氣進量，向外旋則為減少進量。三是檢查怠速調(diào)節(jié)彈簧是否損壞，發(fā)現(xiàn)損壞及時更換。四是停掉臨時用電的大功率電器等設備，避免負載較大間接性供電，帶來附帶的波動。

2）增加穩(wěn)壓器調(diào)控電源電壓。穩(wěn)壓器由調(diào)壓電路、控制電路及伺服電機等組成。當輸入電壓或負載變化時，控制電路進行取樣、比較、放大，然后驅(qū)動伺服電機轉(zhuǎn)動，使調(diào)壓器碳刷的位置改變，通過自動調(diào)整線圈匝數(shù)比，保持輸出電壓的穩(wěn)定。穩(wěn)壓器把低壓125～165 V 或高壓250～270 V 的電壓穩(wěn)定在200～230 V，當輸入電壓高于255～275 V 或低于125～160 V 時，能自動切斷電源，在斷電后又突然來電時，可延時5～8 min 啟動輸出電源，避免因為電壓過高使電器受到損傷。

2.3 燃氣發(fā)電機無法自啟的應對措施

依據(jù)SY/T 0080—2008《油氣田柴油機發(fā)電站設計規(guī)范》對發(fā)電機的基本要求，指出應急備用發(fā)電機組應有自動啟動、自動加減負載、自動停機等多種自動控制功能。因此部分天然氣場站根據(jù)實際需要增加燃氣發(fā)電機的自啟功能。

增加自啟功能主要涉及到兩方面：一是在低壓配電柜中加裝ATS 設備，主要用在緊急供電系統(tǒng)，將負載電路從一個電源自動換接至另一個（備用）電源的開關電器。二是在除“機柜間、值班室、通信機房”等重要負荷外的負荷前，加裝欠壓脫扣開關。

當市電正常時，發(fā)電機作為備用；當市電故障或者無法給場站供電時，站控電腦SCADA系統(tǒng)產(chǎn)生報警信號，由低壓配電柜內(nèi)雙電源切換控制器發(fā)出啟動發(fā)電機信號，并對發(fā)電機組的電壓及頻率進行檢測，待發(fā)電機組啟動成功，經(jīng)延時后將負載自動轉(zhuǎn)向發(fā)電機組供電回路[5]，同時欠壓脫扣開關自動跳閘，保障重要負荷不受影響，從而保障場站安全生產(chǎn)。

3 結(jié)論

1）針對燃氣發(fā)電機存在啟動困難的問題，采取“增加伴熱帶、精細調(diào)整天然氣進氣管線調(diào)壓閥、調(diào)整可燃混合氣的濃度、調(diào)整怠速調(diào)節(jié)螺絲到合適的位置以達到恰當配比來啟動燃氣發(fā)電機、檢查蓄電池電壓是否合格、檢查搭鐵接觸是否靈敏準確”等有效措施，解決了燃氣發(fā)電機啟動困難的問題。

2）針對燃氣發(fā)電機供電頻率不穩(wěn)的問題，可采取“排查發(fā)電機各進氣管是否漏氣、檢查混合器的緊固螺釘與進氣管的連接處、調(diào)整怠速調(diào)節(jié)螺釘位置、檢查怠速調(diào)節(jié)彈簧是否損壞、增加穩(wěn)壓器調(diào)控電源電壓”等措施，有效解決了發(fā)電機頻率不穩(wěn)的問題。

3）加裝ATS 轉(zhuǎn)換開關及欠壓脫扣開關來改變?nèi)細獍l(fā)電機的啟動控制邏輯，在場站的實際應用中，實現(xiàn)了燃氣發(fā)電機在停電后的自啟功能，有效提高了燃氣發(fā)電機應急保障設備的作用。