海上平台电站自动甩负荷系统改造

苏 廷

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津300459)

1 问题描述

某海上平台电站由1台额定功率为4750kW的发电机和 3台额定功率为 3000kW 的发电机组成，4台发电机通过3.3kV高压盘向负载提供电力。根据运行经验，3000kW 发电机冬季最大稳定输出功率为 2300kW 左右，夏季最大为 2100kW 左右；4750kW 发电机最大稳定输出功率为 3800kW 左右，夏季最大为3600kW左右。

自区域油田群组网后，某平台负荷进行了转移，冬季最大负荷减少为 4500kW 左右，夏季最小负荷为4100kW左右。3台3000kW发电机在两用一备的情况下，满足平台最大负荷4500kW的要求。为有效利用发电机组，将 4750kW 发电机组拆除为其他油田使用后，该平台电站的运行模式改为 3台3000kW发电机两用一备。

然而，在一年的时间内，出现了 4次发电机故障关断，其中3次自动甩负荷失效导致另一台发电机过载停机而使平台失电。通过对发电机关断报警记录分析，发现在发电机组故障关断时，供电断路器延时1s左右后才分闸，如图1所示。可以看出，当发电机故障关断时，时间为 47′14″，而断路器 52G分闸时间为 49′02″，即发电机供电断路器在发电机故障关断1s后才能分闸，而自动甩负荷以供电断路器的分闸状态为触发条件，所以当发电机机组故障关断时，自动甩负荷系统不能及时卸载负荷。

图1 发电机关断报警记录Fig.1 Alarm record of generator turn-off

进一步分析可知，当电网由 1台 4750kW 机组及3台3000kW机组成时，3台发电机运行，1台发电机故障时，负荷由其他 2台发电机分担，每台机组分担的负载较少，此时能够抵抗 1s左右的负荷冲击。而当4750kW机组拆除后，2台发电机基本以最大带载能力运行。若自动甩负荷延时动作，当 1台发电机机组故障关断时，负荷瞬间全部加到另一台机组上，发电机机组不能承受其 2倍最大带载能力的负荷，瞬间发电机 CTIT温度即升高到关断值，导致发电机机组关断而使平台失电[1]。

2 问题原因分析

针对上述问题，需要对所涉及的发电机控制系统、断路器控制回路以及自动甩负荷系统进行排查确认。由于发电机运行稳定，且出现故障时能够及时故障关断并发出故障停机信号，重点对自动甩负荷系统以及断路器控制回路进行排查。

2.1 自动甩负荷系统

自动甩负荷系统的原理如图2所示。

图2 自动甩负荷系统原理图Fig.2 Schematic diagram of automatic load rejection system

从每台发电机的供电断路器上各取一个常闭触点输入到控制回路中，当发电机正常带载，即供电断路器合闸时，常闭触点断开；当有发电机停机或关断时，供电断路器分闸，常闭触点闭合。3台发电机供电断路器的触点并联，其中任意1台发电机出现关断时，都可以使控制回路中的关断继电器得电，从而对负荷进行卸载。

经检查，自动甩负荷系统各接线及元器件均正常。但从原理中可以看出，自动甩负荷系统动作是由断路器的分闸信号触发，而不是发电机自身的关断信号。若发电机组故障关断时，断路器没有分闸或延时分闸，则会导致自动甩负荷系统不卸载负荷或延时卸载负荷，从而导致剩余机组过载而停机。

2.2 断路器分闸控制回路

图3为发电机供电断路器所有的分闸信号。

图3 发电机断路器分闸信号Fig.3 Generator breaker opening signal

从分闸信号中可以看出，主要有3个继电器会触发断路器的分闸。DEX1继电器主要检测电压、电流及功率等保护信号的触发，经检查各元器件及接线均正常。ES1继电器主要是平台0级关断以及400V配电盘的异常关断信号，经检查正常。而 52OX1继电器主要是发电机及并车系统过来的分闸信号，结合该部分图纸进行详细分析。

图4 发电机断路器分闸控制回路Fig.4 Opening control circuit of generator breaker

图4中，52T线圈为断路器52G的分闸线圈，发电机控制盘TCP处的LOCAL/REMOTE选择开关控制 RX11继电器线圈是否得电。当选择开关在REMOTE位置时，RX11线圈得电，与发电机控制盘TCP的分闸信号串联的RX11常闭触点则断开，发电机控制盘 TCP的分闸信号不能使 52OX1继电器得电，无法实现 52TX1以及 52T的分闸线圈得电，从而无法实现分闸。这样会导致出现2个问题：

①发电机组故障关断时，断路器不能立即分闸使发电机与电网脱离，发电机仍与电网相连。发电机断路器的分闸由配电盘的电气保护继电器来实现，存在分闸延时情况。若配电盘的继电保护失效，可能对发电机机组造成严重损坏。

②自动甩负荷系统以发电机断路器的分闸状态作为甩负荷的触发条件。机组故障时断路器不能立即分闸，造成自动甩负荷不能立即动作卸载，负荷全部转移到正常发电机，导致发电机过载而高温停机。

从以上分析可知，由于发电机正常运行时处于REMOTE模式，发生故障关断时发电机TCP盘到断路器的分闸信号不能使断路器分闸，此时发电机供电断路器的分闸由断路器的保护继电器检测到电压、电流异常后延时执行。这是发电机断路器在机组故障关断后延时分闸的原因，也是导致自动甩负荷不能及时卸载的原因。

因此，需对现有发电机断路器分闸控制回路和自动甩负荷控制回路进行改造，保证在发电机故障关断时断路器同步分闸，同时对负荷进行卸载，以降低对另一台机组的冲击，防止发生平台失电的事故。

3 改造方案

3.1 断路器分闸控制回路改造

在REMOTE模式时，发电机控制盘TCP的分闸信号因为 RX11继电器常闭触点的断开而无法使分闸线圈得电，因此将此常闭触点短接，如图5所示。

这样，当选择开关到 REMOTE模式时，发电机TCP的分闸信号能够立即使分闸线圈 52T得电，从而使断路器分闸。

从安全理念来说，设备的启动控制可以由选择开关选择在 LOCAL或者REMOTE位置，但停止不应该受选择开关的控制。因此，将 RX11的常闭触点短接后，提高了断路器的分闸安全等级。发电机断路器在发电机机组故障，或配电盘保护继电器检测电压、电流等电气参数不正常时，都能够立即使断路器分闸，以保证发电机机组的安全稳定。同时，能够使自动甩负荷系统在发电机机组故障关断时立即动作，降低电网负荷，保证剩余机组的稳定运行，从而保证电站的稳定[2]。

图5 发电机断路器分闸控制回路改造后图纸Fig.5 Drawing of opening control circuit of generator breaker after modification

3.2 自动甩负荷系统改造

自动甩负荷系统以发电机供电断路器的分闸状态为触发条件，为保证发电机机组故障关断与负荷卸载的同步，将发电机组 TCP的关断信号也作为甩负荷的触发条件，与断路器分闸信号并联，系统改造后如图6所示。

图6 自动甩负荷系统改造后图纸Fig.6 Drawings after modification of automatic load rejection system

这样，当发电机机组出现故障时，TCP盘内的分闸信号立即触发自动甩负荷动作，使机组故障关断与负荷卸载同步进行，提高自动甩负荷系统的可靠性。

4 效果及结论

改造完成后，发生了一次发电机关断故障，自动甩负荷系统及时将负荷卸载，没有出现平台失电事故。查询故障记录可知，在发电机发出故障关断信号的同时，断路器同时分闸，没有出现延时分闸现象，证明自动甩负荷系统改造成功，如图7。

图7 改造后发电机关断报警记录Fig.7 Alarm record of generator turn-off after reform

发电机的供电断路器在机组故障时不能及时将断路器分闸，导致自动甩负荷系统不能及时动作，严重影响平台电网的稳定。本文通过对断路器分闸控制回路以及自动甩负荷系统进行分析研究，查找出故障的原因，即发电机正常处于 REMOTE的模式下，发电机控制盘 TCP过来的分闸信号因为选择继电器的常闭触点的断开而不能使分闸线圈得电，在发电机机组故障时，不能立即分断断路器使发电机与电网脱离，同时不能使自动甩负荷立即动作，影响了发电机机组及电网的稳定。通过对发电机供电断路器分闸控制回路及自动甩负荷触发条件进行改造，有效解决了断路器延时分闸以及自动甩负荷系统延时卸载的问题，保证了平台电网的稳定。