海洋石油平台透平发电机组调试技术探讨

邢运亮，王亚楠，王泽龙，王凯坡，吕志强

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

0 引言

海洋石油平台上的生产设备绝大多数是由电力驱动的，而平台上的电力供给通常会选择透平发电机组（也叫燃气轮机）[1-2]，其一般支持柴油、天然气双燃料模式。作为海洋平台的“动力心脏”，透平发电机组设备结构庞大，内部组成复杂，涉及外部系统较多，因此在机组试运行前需完成施工完整性检查工作、起机前的预调试工作和设备试运行前的调试工作等[3-5]。

目前国内技术人员多针对透平发电机组的安装及调试过程方法开展技术研究[6-8]，侧重于透平发电机组安装、调试流程与管理的技术总结，本文为研究透平发电机组调试过程中出现的各类技术问题，依托国内某项目中心平台透平发电机组调试，侧重从机组调试期间的不同阶段易发生的各类典型问题出发，对问题原因深入分析，继而总结出对应各类问题常采用的解决思路和解决方法，保障海洋石油平台供电系统平稳运行，旨在为今后透平发电机组的调试及故障诊断提供技术参考和指导。

1 透平发电机组调试

1.1 机组自身设备组成

透平发电机组系统构成庞大，自身设备组成较为复杂，包含透平主机、发电机、压气机、本地控制盘、远程控制盘、变频柜以及大量辅机设备，其中包括启动马达、柴油增压泵、滑油泵、预润滑泵、后润滑泵、机罩进风风机、机罩排风风机、发电机冷却风机、风闸等设备[9-11]，机组自身设备如图1～2所示。

图1 机组外观示意图

1.2 机组调试涉及的外部设备组成

透平发电机组调试包含点火、发电和负载测试阶段，这期间会涉及较多的外部关联设备，例如应急发电机、低压盘、UPS、变压器、空气压缩机、仪表气罐、滑油冷却撬、消防气瓶撬、柴油日用罐、柴油泵、中压盘、继电保护装置、临时降压变压器、临时负载站等，这些外部设备与机组本身的逻辑关系如图3所示。

图3 机组调试涉及的外部设备逻辑关系

图2 机组机撬内部示意图

2 设备调试期间的常见问题及处理方法

透平发电机组调试工作量较大，工艺流程复杂，在不同调试环节均易出现各类技术问题，因此依托海上平台项目调试，对机组设备在系统完整性检查阶段、透平发电机组点火阶段、励磁建立额定电压阶段、送电至中压盘及中压盘带载阶段发生的典型问题进行分析梳理，并提出相应的解决方案。

2.1 系统完整性检查阶段

在进行系统完整性检查阶段，曾发现下列问题：（1）中压盘厂家供货疏忽导致电压互感器（PT）型号错误，变比不正确；（2）透平发电机组发电机出线与中压盘断路器进线，发电机处没有色标，导致施工人员接线未按照相序逐个对应，致使相序出错；（3）中压盘预留的接线空间不足，在满足中压电缆打弯及距离盘柜侧板安全距离等要求下，施工人员的接线工作开展困难，工期影响较大，而且容错率较差，一旦需要修改主电缆接线，施工愈发困难；（4）中压缆外观良好，中压缆对地高压绝缘测试中显示绝缘低；（5）撬外润滑油管线串油清洗，油品洁净度迟迟不能满足标准要求，导致机组调试工期被压缩甚至被迫将调试工作延期至海上进行。

故障原因分析及问题处理方法：（1）更换正确型号电压互感器（PT）；（2）更改U、V、W 三相接线，问题解决；（3）提前筹划准备该项工作，确保中压电缆接线工作提早开展，一次正确，避免后续发生修改；（4）海上平台电制为三相三线制，发电机中性点接接地电阻柜，最后检查发现中性点接地电阻柜中接地线绝缘有问题；（5）提前筹划，尽早开展此项工作，并配置合适串油撬资源和施工人员。

2.2 透平发电机组点火阶段

在主机点火时，曾发生过下列问题：（1）压气机同一位置两台仪表气压力（PCD）监测传感器显示不一致，控制屏发出压差高报警，随后透平由于升速期间加速度不足发出关断命令停机；（2）在透平运行中，撬外柴油泵供电抽屉故障产生跳闸，为开关过流保护导致跳闸，导致柴油泵停泵，供油压力低触发透平报警停机；（3）软起动变频器故障，无法起动马达。

故障原因分析及处理方法：（1）由于仪表气压力（PCD）作为透平燃烧的助燃空气，参与透平燃油供应量计算，当PCD压力异常时燃油增压泵输出接近阈值后无法继续提升，标准燃气透平转速（NGP）加速度过低导致故障停机，最终更换备用压力监测传感器卡件，故障解除；（2）排查发现是抽屉故障，更换供电抽屉，问题解决；（3）排查发现是天气潮湿和变频器机柜清洁不到位，导致卡件故障报错，对机柜进行吹扫和彻底清洁后，故障解决。

2.3 透平发电机组励磁建立额定电压阶段

在透平主机发电时，曾发生过下列问题：发电机启动过程中，建立感应电压，输出电压达到3 000 V 左右时，失磁保护动作，励磁失败。

故障原因分析及处理方法：发电机中央控制模块（CGCM）按照正时序检测各项电压，当主线相序错误时，电压检测120°位置电压与电流方向相反，除0点位置外，120°与240°位置无法检测到电压，发电机中央控制模块（CGCM）检测逆相序，触发失磁保护动作，励磁失败，更改相序后问题解决；发电机试验过程原理如图4所示。

图4 发电机试验过程原理

2.4 透平发电机组送电至中压盘及中压盘带载阶段

在透平主机建立好额定电压，海上平台通常为10.5 kV，送电至中压盘时，曾发生过下列问题：（1）中压盘继电保护装置差动保护动作，导致中压盘断路器跳闸，电无法送至中压盘母排；（2）中压盘继电保护装置逆功率保护动作，导致中压盘断路器跳闸，电无法送至中压盘母排；（3）中压盘继电保护装置负序过负荷报警。

故障原因分析及处理方法：（1）首先检查一下继电保护装置中差动电流运算为加运算还是减运算，如果是加运算，要确保发电机出口、中压盘断路器进口差动电流互感器（CT）流入继电保护装置的电流矢量相反，同样如果是减运算，则要求电流矢量相同，其次，要确保差动CT检测的是同一根电缆，从这两个方向去查找故障原因，一般问题会迎刃而解；（2）检查保护CT的正负极性是否采集正确，有无取反的情况，其次，如果中压盘厂家将差动CT 作为保护CT 取值，须确认其他保护动作的极性需求是否与发电机综保设定方向一致，如不一致须进行重新修改，使继电保护装置各项功能相位、相角、极性一致；（3）检查保护CT 的A、B、C 三相采集是否正确对应，如果其中任意两相取反则会导致负序。

3 调试注意事项

（1）透平发电机组调试属于大型设备调试，在其调试前要完成所有其前置条件的设备调试，例如应急机、应急盘、正常盘、UPS盘、空压机、中压盘、继电保护装置校验等，并且在起机前要确保透平发电机组所有辅机运转测试完成，安保功能测试完成，与中压盘信号测试完成[12-13]。

（2）设备调试过程中，由于该系统庞大，涉及多个厂家界面，同时会有排除现场故障的工作，因此在调试前，需要提前动员透平发电机组调试厂家，中压盘调试厂家，继电保护装置厂家，低压盘柜调试厂家等到场配合调试，各司其职，发现故障快速解决，密切配合，才能确保透平发电机组调试的工作能够顺利完成。

（3）透平发电机组通常会作为整个海洋平台陆地调试的主线，主机调试负载试验涉及的干电阻数量较多，海上几乎很难有足够位置去摆放。而且海上整个项目联调工期有限，一般不允许把透平发电机组调试放至海上进行，因此所有设备调试都是为了确保陆地透平发电机组的调试能够尽快开展，这就要求提前做好调试实施计划[14-15]的编制，评估风险，发现进度节点落后需及时进行赶工调整。

（4）透平发电机组调试过程中所涉及的柴油属于易燃品，而且发电时又涉及高压，安全风险较大，要制定严格的风险分析方法及风险管控措施，保证调试过程中的安全。

4 结束语

透平发电机组调试作为整个设备移交给用户方前的最后一步工作，直接关系着整个海上平台能否顺利投产。本文通过对设备调试不同阶段易发生的典型问题进行梳理分析，并提出相应的解决处理方法，形成主要结论如下：（1）透平发电机组调试阶段产生较多电气专业问题，电缆接线要提前开展，接线相序务必核对，盘柜吹扫清洁彻底；（2）透平发电机组调试涉及燃油输送和带电作业，安全管控标准务必严格；（3）设备调试涉及多个厂家界面，故障排查需要多方配合解决，调试计划需动态跟踪，保证调试主线进展顺利。综上，以期对未来海上石油平台透平发电机组调试、后期运行维护提供技术参考。