恩平台风发电机系统特点及应用

石长印，郭 宁，冯晓伟，许晓英

(1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451;2.中海油田服务股份有限公司，河北 廊坊 101139;3.中海石油 (中国)有限公司天津分公司，天津 300461)

恩平台风发电机组采用康明斯柴油发电机组，适用于海洋采油平台。此型发电机组能够满足高湿度、高盐雾、高霉菌和恶劣台风环境下的工作需求，此发电机组在台风来袭，平台工作人员撤离之后，发电机组为平台导航灯、平台通讯、除湿空调、食品冷库等必要的负荷提供连续的电力供应，为海洋平台系统提供电源保障。

1 橇块结构及功能

台风应急机组及其辅助设备全部集成在1个橇块内部。橇块通过结构和功能设计，满足整体吊装、通风、进排气、耐腐蚀以及消防要求。整个橇块设计寿命25年，橇块外形尺寸为5.0m×2.5m×3.0m，质量约为6.3 t。橇块采取静音设计，保证整个集装箱噪声控制在85dB以内 (1 m处)。

1.1 橇块结构

橇块整体结构分为2部分:底架与集装箱，底架与集装箱焊接。

底架采用碳钢结构，底架上设置吊耳、接地点，并留有外部供油口、外部供电接口、冷却水排放口、机油排放口、燃油箱溢流口、排污口、电缆输出口以及地漏等接口。底架内部设置1个容积为2500 L燃油箱，燃油箱内外均做防腐处理，保证机组连续运行72 h(机组燃油消耗:27.8 L/h)。底架上铺设不锈钢花纹板 (经防锈处理)，不锈钢花纹板与底架之间采用铆钉连接。发电机组及其辅助设备通过螺栓连接在底架上。

集装箱外壁采用316SS不锈钢材料焊接而成，厚度3mm，喷涂白色防锈漆。舱内铺设50mm吸音棉，内壁采用多孔铝板铺设，集装箱骨架采用不锈钢材料，外壁与骨架焊接。集装箱侧壁设置发电机组检修门，集装箱前端和左侧分别设置排风口和进风口，机组消音器设置在橇块顶部，卧式安装，排烟口延伸至集装箱边缘，集装箱两侧各设置1个急停按钮，保证系统安全。

集装箱内照明分为普通照明和应急照明［1］。

1.2 橇块通风

橇块前、后端面安装百叶窗，作为内部通风，一方面带走机组运行产生的辐射热量，另一方面提供发动机燃烧消耗的空气。内层百叶窗为气动式，与柴油机和消防系统联动。进排风口各设置2套百叶窗，内层百叶窗为常闭百叶窗，外层为常开固定式百叶窗，当机组运行时，内层百叶窗打开，当发生火灾时，内层百叶窗关闭。发电机组散热器通过软连接、排风导流罩与橇块排风口连接。橇块前端设置排风口、强制排风扇、防火阀，后端设置进风口、防火阀，用90°弯头与大气相通，保证橇块通风。

1.3 内部布置

橇块内布置1台发电机组、1个燃油箱 (位于底架内)、2个七氟丙烷罐、2个氮气罐、1个压缩空气罐、1面直流充电柜、1面控制柜。发电机组在橇块内居中布置，与底架结构件连接。燃油油箱布置在橇块底部。其中七氟丙烷罐、氮气罐和压缩空气罐为中压设备，在橇块内设置独立区域。

2 发电机组

发电机组为整体橇块式结构，柴油机曲轴通过柔性驱动盘直接与发电机转子连接，完善的阻尼器绕组减少了并联时的振荡。柴油机和发电机通过各自的减震器弹性连接在钢结构底座上，减少了底座的振动。控制器、冷却器、出口开关等刚性安装在底座结构上。整套设备形成了一个完整的橇块。

发动机:配置康明斯6BTAA5.9－G2发动机，加固设计4冲程工业型柴油发动机，具有动力稳定、低排放、对负载变化响应迅速等特点。

交流发电机:选用西门子TFC2284－4SB43发电机，采用2/3节距低电抗绕组的发电机，非线性负载波形畸变小，同时具备短路故障清除功能。

控制系统:标准配置PC1.1(PCC1302)电子控制系统。可提供完整的发电机组系统集成功能，包括远程启动/停机、精准的调频/调压、报警和状态信息显示、过电流保护、过负荷保护、输出测量仪表、自动停机等。

冷却系统:机组一体化安装的标准散热器系统，按照额定环境温度设计并进行了相应检测，简化了系统散热设计要求。

2.1 柴油机技术参数(见表1)

表1 柴油机技术参数

2.2 发电机技术参数(见表2)

表2 发电机技术参数

2.3 控制器技术参数(见表3)

表3 控制器技术要求

3 辅机系统

3.1 燃油系统

燃油系统要保证在无人值守条件下连续72 h可靠稳定地对机组进行持续供油。在整个橇块底架内设置1个2500 L的燃油箱，油箱配置液位开关，此液位开关有液位低、液位低低及液位高、液位高高信号。出现液位低信号时燃油加注系统自动供油，出现液位高信号时关闭自动加油系统。发动机通过进、回油管路与燃油箱连接，发动机通过机带燃油泵，将燃油输送至发动机本体，再通过高压油泵将燃油喷射至各个缸体内燃烧做功。

3.2 润滑系统

润滑系统的功用是在发动机工作时连续不断地把机油输送到全部传动件的摩擦表面，并在摩擦表面之间形成油膜，实现液体摩擦。从而减小摩擦阻力、降低功率消耗、减轻机件磨损，以达到提高发动机工作可靠性和耐久性的目的。发动机的润滑系统主要由油底壳、机油泵、机油滤清器、主油道等组成，其中，发动机油底壳为系统的润滑油箱。

3.3 进气系统

进气系统为发动机提供清洁、干燥、充足的空气，系统中主要组件由空滤器、增压器、冷却器、管路等组成。

3.4 排烟系统

发动机的排烟系统是将机组燃烧的废气排放至橇块外，并使用废气驱动增压机提高机组进气量。排烟系统主要由增压器、波纹管、弯头、消音器、排烟管等组成。

3.5 冷却水系统

发动机的冷却水系统是将机组燃烧所产生的热量带走，以提高机组运行效率，冷却水系统主要由散热器、水循环泵、节温阀、管路等组成，冷却水循环方式为闭式循环，机带离心泵为水系统循环提供动力。散热器为风冷式散热器，发动机直接驱动冷却风扇，为空气与冷却水换热提供动力。散热器上设置注水口、放水口、溢流口等，整个冷却水系统均安装在发动机本体上。

4 消防系统

4.1 自动控制

当保护区发生火情，火灾探测器发出火灾信号，报警灭火控制器即发出声、光信号，同时发出联动指令，关闭发动机、内层百叶窗，经过一段延时时间，发出灭火指令，打开启动阀释放启动气体，启动气体通过启动管道打开相应的选择阀和容器阀 (瓶头阀)，释放灭火剂，实施灭火。

4.2 手动控制

当保护区发生火情，可按下手动控制盒或控制器上启动按钮即可按规定程序启动灭火系统释放灭火剂，实施灭火。在自动控制状态，仍可实现电气手动控制。

4.3 应急手动操作

控制器不能发出灭火指令时应通知有关人员撤离现场，关闭联动设备，然后拔出相应启动瓶组上启动阀的手动保险夹片，压下手柄即可打开启动阀，释放启动气体，实施灭火。

4.4 发出火灾警报

在延时时间内发现有异常情况，不需启动灭火系统进行灭火时，可按下手动控制盒或火灾自动报警气体灭火控制器上的紧急停止按钮，即可阻止控制器灭火指令的发出。

5 控制系统

机组控制系统主要由主控制器、辅助控制器和人机界面触摸屏组成，主控制器安装在发电机组本体上，辅助控制器和触摸屏安装在控制箱内，主控制器和辅助控制器之间采用Modbus通讯协议进行数据通讯。

主控制器主要实现发电机组的调速、调压、发电机组保护和参数采集功能。

辅助控制器主要实现发电机组启动之前的备车准备工作，自动联锁和自动控制辅助设备功能。

触摸屏主要显示发电机组和辅机设备的运行参数及状态，系统报警记录，并且实现人机交互［2］。

控制系统运行流程如下。

5.1 启动

1)分步启动。控制箱上的旋钮打到分步指令位置，然后通过人机界面确认发动机燃油液位，滑油液位、温度，冷却水液位、温度，电池电压，出口开关状态等参数是否正常;若参数正常，可通过控制箱上的旋钮打开进出口百叶窗，百叶窗打开，打开状态反馈在触摸屏上，且控制箱上的允许启动指示灯亮起，说明启动前准备工作结束。之后通过人为按下控制箱上的启动按钮启动发电机组。

2)顺序启动。顺序启动为调试完成后，正常使用时一般采用的启动方式。控制箱上的转换开关打到顺序指令位置，通过人为按下启动按钮，辅助控制器通过程序自行判断启动必须条件，并执行启动之前的相关准备动作，最终完成启动发电机组。

5.2 停机

1)分步停机。控制箱上的开关打到分步指令位置，首先，人为触动发电机组出口断路器;然后，人为通过停机按钮停止发电机组运行，并通过人为手动旋钮关闭百叶窗和其它相关辅助系统。

2)顺序停机。控制箱上的开关打到顺序指令位置，通过按下停止按钮，控制器根据程序逻辑自动停止发电机组运行并关闭其它辅助设备。

3)联锁停机。在机组运行过程中，发电机组的电参数和热工参数出现异常并达到停车值，控制器根据联锁逻辑自行停机并报警。

在机组运行过程中，收到灭火系统的联锁信号时，控制器也根据逻辑自动实现联锁停机，并关闭百叶窗等相关辅助设备。

4)紧急停机。出现重大故障或者火灾时，可通过人为按下紧急停机按钮，实现发动机组的迅速停止运行。

6 结束语

4台台风发电机是海油系统内首次承揽设计建造的项目，目前已经设计建造完毕并成功交付使用，运行状态良好，当然成橇设备在细节方面还会进一步优化，在今后项目会重点考虑并加以应用。

［1］中国船舶工业总公司.船舶设计使用手册 (轮机分册)［M］.北京:国防工业出版社，1999.

［2］阴宪惠.工业数据通信与控制网络 ［M］.北京:清华大学出版社，2003.