為了解決某海上平臺透平發(fā)電機組多次因直流回油泵電機(M6111)控制回路保險管燒毀而致使整臺透平發(fā)電機組突然停機的問題，以減少透平發(fā)電機組突然停機給油田帶來的經(jīng)濟損失，從問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并提出整改方案及進(jìn)行整改。最終通過對透平發(fā)電機直流回油泵控制系統(tǒng)優(yōu)化改造后，經(jīng)過近一年時間的檢測及監(jiān)測，該故障未曾再次出現(xiàn)。從而確保了油田電站的穩(wěn)定運行，同時也為其它油田解決類似問題提供了借鑒。
海上平臺供電站
海上平臺透平發(fā)電機組的作用是為海上平臺電站系統(tǒng)提供電力供應(yīng)。某海上油田透平發(fā)電機組采用美國Solar T70燃?xì)廨啓C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)電機組每天發(fā)電量為120MWh，消耗廢棄天然氣4萬方，折合每天可節(jié)約優(yōu)質(zhì)原油30方。保證透平發(fā)電機組的可靠運行，既能保證油田電網(wǎng)的穩(wěn)定運行、提高油田產(chǎn)油量，同時又能起到降本增效的目的。
該透平發(fā)電機組自2010年投入運行以來，經(jīng)常出現(xiàn)因直流回油泵電機(M6111)控制回路保險管燒毀而造成整臺透平發(fā)電機組突然停機的現(xiàn)象，給油田供電設(shè)備的安全運行和產(chǎn)量損失埋下了重大隱患。介此背景，對該問題進(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。
直流回油泵
直流回油泵的作用是當(dāng)透平發(fā)電機組非正常停機后，給機組提供潤滑冷卻，防止轉(zhuǎn)動部件抱死。例如，因全船失電或其它各種原因而導(dǎo)致正常運行的透平機組突然停機后，需要直流回油泵給機組提供潤滑冷卻。此時若直流回油泵不能正常工作，透平機組將存在轉(zhuǎn)動部件抱死的風(fēng)險隱患，對透平機組及電網(wǎng)穩(wěn)定運行都將存在很大的風(fēng)險。
透平機組停機原因分析。通過對透平故障報警信息查詢及邏輯分析，確定問題為透平回油泵控制系統(tǒng)故障而導(dǎo)致透平機組停機。在透平程序邏輯中設(shè)定了，每24小時系統(tǒng)會對直流回油泵進(jìn)行啟動檢測一次，此時檢測泵的出口壓力，當(dāng)壓力高于設(shè)定值時檢測就可以通過，允許機組正常運行，否則就會觸發(fā)機組關(guān)停。之前發(fā)生的多次故障均是由于控制系統(tǒng)中的保險管燒毀后導(dǎo)致直流回油泵電機不能正常運行，此時透平系統(tǒng)檢測直流回油泵的出口壓力因為達(dá)不到設(shè)定值，從而觸發(fā)透平機組立即關(guān)停。
經(jīng)過對現(xiàn)場控制柜內(nèi)保險管燒毀這一故障現(xiàn)象的分析及對直流回油泵啟動時回路電流的檢測，發(fā)現(xiàn)在直流回油泵啟動的瞬間啟動電流高達(dá)56A，而控制回路保險管的額定電流只有7A。在超過7倍的電流沖擊下，保險的壽命急劇下降。而透平系統(tǒng)在每天10點的自檢過程中，直流回油泵會自動啟動一次。當(dāng)保險管燒毀后，直流回油泵就無法正常運行，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)就會判定直流回油泵啟動失敗。為防止在全船失電等特殊情況下無法對機組進(jìn)行潤滑冷卻而損壞機組，透平控制系統(tǒng)就會自動保護(hù)停機。
故障整改優(yōu)化方案
針對故障研究人員設(shè)計三套優(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，立即啟動新增的直流回油泵。避免透平發(fā)電機組因直流回油泵控制回路故障造成的非正常停機。方案二將原有直流回油泵控制回路改為雙電源供電。當(dāng)一路電源保險管燒毀時，另一路電源立即投入運行。避免透平發(fā)電機組的非正常停機。
方案一基本能夠降低50%的避免此現(xiàn)象的發(fā)生。但成本相對較高一些，需要再增加一套直流回油泵及電機控制柜，且問題根源未得以解決，僅僅單純提高了設(shè)備運行的可靠性。方案二成本相對較低，只需兩個接觸器和兩個保險管即可但大概只能夠避免75％此類現(xiàn)象的發(fā)生。通過對比，感覺以上兩個方案都不夠十分完美，無法在根源上解決此類故障。
方案三將直流電機的控制方式由直接啟動方式改為串電阻減壓啟動方式。通過查找資料及現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)，直流回油泵運行電流為3.5A左右，而啟動電流高達(dá)56A。資料顯示直流電機應(yīng)把啟動電流限制在額定電流的4-6倍以內(nèi)為好。聯(lián)想到自透平機組投入運行以來直流供油泵電機（M6020）從未出現(xiàn)控制回路保險管燒毀的故障現(xiàn)象。到現(xiàn)場對兩臺直流電機控制柜進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)：直流供油泵電機（M6020）采用串電阻限流啟動方式啟動，啟動電流非常小，因此從未出現(xiàn)控制回路保險管燒毀的現(xiàn)象；而直流回油泵電機（M6111）采用直接啟動方式啟動，啟動電流非常大，頻繁出現(xiàn)保險管燒毀現(xiàn)象。方案三能夠徹底避免因啟動電流過大而燒保險現(xiàn)象的發(fā)生，而且成本相對較低，只需根據(jù)現(xiàn)場實際情況，增加一個合適大小的啟動電阻和一個時間繼電器即可。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。
直流電機的特性
直流電機電樞回路電阻和電感都較小，而轉(zhuǎn)子具有一定的機械慣性，因此當(dāng)直流電機接通電源后，起動的開始階段電樞轉(zhuǎn)速以及相應(yīng)的反電動勢很小，起動電流很大。最大可達(dá)額定電流的15～20倍。較大的啟動電流會使電網(wǎng)受到擾動、機組受到機械沖擊、換向器產(chǎn)生火花。通常，直流電機啟動方法分為直接起動、電樞回路串電阻 、降壓起動。
采用哪種啟動方法要看實際應(yīng)用的場合，直接起動的特點是啟動速度快、使用設(shè)備簡單，但沖擊電流較大，要考慮電機和電源能否承受得住較大的沖擊；電樞回路串電阻啟動的特點是設(shè)備成本低，沖擊電流小，當(dāng)轉(zhuǎn)速增加后慢慢切除電阻；降壓起動的特點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)電機組的直流回油泵原控制方式為直接啟動控制方式，在啟動時無任何降壓輔助方式，使得啟動時的瞬間電流非常大，造成控制回路保險管經(jīng)常燒毀的故障。綜合現(xiàn)場負(fù)載的實際情況進(jìn)行考慮，判斷出該系統(tǒng)的控制方式存在設(shè)計缺陷，未能充分考慮現(xiàn)場負(fù)載的實際情況并根據(jù)直流電機的啟動特性進(jìn)行選型設(shè)計。針對以上分析，我們最終選擇將直流回油泵電機的控制方式由直接啟動方式改為串電阻減壓啟動方式。按照如上電路圖進(jìn)行安裝改造后，對控制回路進(jìn)行檢測。直流回油泵啟動電流由原來的56安培，下降到26-28安培，啟動電流下降明顯。在之后的透平自檢過程中，再未出現(xiàn)過因啟動電流過大將保險管燒毀而使透平機組停機的情況，使得該問題得到很好的解決，改造達(dá)到了預(yù)期的效果。
以前，每次出現(xiàn)此故障時，我們都將重點放在對直流電機本體進(jìn)行檢查，懷疑直流電機本身有卡阻等問題造成保險管燒毀，最終也未查出結(jié)果，最后只好更換上相同型號新的保險管，讓透平機組繼續(xù)工作。多年以來一直重復(fù)著這樣的過程，而從未懷疑過電機控制系統(tǒng)的設(shè)計缺陷問題。因此，我們不應(yīng)過于迷信生產(chǎn)廠家的設(shè)計，應(yīng)通過現(xiàn)場實際并結(jié)合設(shè)備特性來具體問題具體分析，得出符合現(xiàn)場實際情況的最優(yōu)方案，不斷完善我們的設(shè)備狀態(tài)，確保設(shè)備安全運行。
通過這次對平臺透平發(fā)電機組的直流回油泵控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造后，經(jīng)過近一年時間的檢測及監(jiān)測，該故障未曾再次出現(xiàn)。同時，由于啟動電流的降低，還能減小對直流回油泵的沖擊，及對饋電開關(guān)及配電線路的壽命損耗?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性得以提高，透平機組的穩(wěn)定運行得到了保障。透平發(fā)電機使用至今再未發(fā)生因直流回油泵電機(M6111)控制回路保險管燒毀而停機的事故，從而從根源上解決了該隱患并確保了油田電站的穩(wěn)定運行，同時也為其它油田解決類似問題提供了借鑒。
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