柴油發電機自動化技術改造及應用

李熠等

摘 要：隨著油田勘探開發的進度逐步加快，邊探井的開發將為公司開發井網的布局提供必要的技術支撐，而邊探井的生產落實情況就顯得尤為重要，在開發過程中，由于邊探井所處的地理位置相對偏遠，交通不便、電力、網絡缺失等因素，給油井生產帶來諸多不便，為了落實開發效果，邊探井一般采用發電機供電系統進行開采，而可靠地供電保障才能確保油井采油時率，如實反映油井生產工況，為邊探區域開發取全取準資料提供依據。目前，由于操作人員技術水平參差不齊，對設備的性能做不到“四懂三會”，造成設備故障率較高，嚴重影響了采油時率和區塊開發的政策制定。如何最大限度的減少人為因素的影響，確保油井生產時率，文章認為可以通過對柴油發電機組的技術改造，來實現油井自動化監控。

關鍵詞：調速器；電子調速器；遠程控制；開井時率

中圖分類號：TM31 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）15-0010-02

1 改造前柴油機的利弊

目前，公司配備的柴油發電機組的配套柴油機基本為東風135系列柴油發電機組。

該系列柴油發電機組具有操作簡便、易于維修的特點，缺點在于發電機組的監控系統較為簡單，受人為操控影響因素較大，不能實現故障自檢，事故停車，及參數監測和遠程“遙控、遙測”技術的實現。

隨著發電機組控制系統技術的不斷進步，目前所使用的柴油發電機組可以通過技術改造，使改造后的發電機組具有故障自檢，事故停車，及參數監測和遠程“遙控、遙測”，從而最大限度地減少人為因素的影響，確保油井生產時率。

2 柴油機的改造技術

2.1 柴油機調速器的技術改造

柴油發電機要求負載發生變化時，其輸出的電壓和頻率保持穩定，保證用電設備的運行穩定，不能隨負荷的減少或增大導致柴油機輸出功率的變化，從而導致所供電的設備電壓不穩。

柴油機是輸出電壓的大小是由不同轉速決定的，而轉速是通過循環泵油量的調節實現的，通過調節柴油機的油量使其轉速達到規定的范圍稱為柴油機的轉速調節。實現這種功能就要通過專門的調速裝置，這種根據柴油機負載的不同變化自動調節油量大小使其達到要求的轉速范圍的裝置稱為調速器。

調速器按執行機構分為機械式、液壓、電子調速器三種。而公司目前使用的柴油發電機所采用的調速器均為機械調速器。

①機械調速器。

是利用飛重產生的離心力直接去移動油量調節機構以調節柴油機的轉速，由于要通過操作者的不斷觀察和工作經驗，對發電機組進行調節，所以調速器工作能力小，靈敏度和精度相對較低，操作誤差較大，不能實現精準控制，如圖1所示。

②電子調速器。

電子調速器的組成包括轉速控制器、執行器、轉速傳感器和相互連接的電纜等，轉速控制器上含有轉速設定電位器，其設置柴油機的額定轉速。轉速傳感器安裝在柴油機的飛輪齒圈部位，它是一個磁電式轉速傳感器，柴油機的實際轉速有這個傳感器采集。傳感器采集輸出的信號為頻率與柴油機轉速成比例的交流電壓信號，該信號經轉成為直流電壓，與轉速設定值比較后得到轉速偏差量；該偏差量經經調節器運算放大后轉換成電流控制方式向執行器輸出驅動電流，執行器在驅動電流的作用下壓縮復位彈簧作直線運動輸出，其加油方向驅動力與線圈繞組內控制電流成比例，減油方向復位力由復位彈簧產生，執行器輸出桿作用柴油機噴油泵齒條相減小轉速偏差方向運動從而控制柴油機在所設定的轉速下穩定運行。

改造后的柴油機所采用的調速器均為電子調速器。電子調速器采用的是轉速信號檢測和執行機構采用電氣方式的調速器。該調速性能優異、動作靈敏、響應速度快、動態與靜態精度高、功能齊全、安裝維護方便、便于實現遙控與自動控制，如圖2所示。

2.2 電控系統的改造

目前東風4135系列的發電機部分配用的控制箱多為簡易電控箱，該電控箱具有操作簡便、顯示直觀，方便維修的特點。

改造后電控箱采用HGM7X20柴油發電機控制器采用32位ARM處理器，實現了多種參數的精密測量、定值調節以及定時、閾值整定等功能，集成了數字化、智能化、網絡化技術，用于單臺柴油發電機自動化及監控系統，實現了柴油發動機的遙控、本地開機/停機、數據測量、報警保護及“三遙”功能。HGM7X20柴油發電機控制器既可從控制器前面板調整，又可通過控制器帶有的遠程監控模塊接口，利用PC機通過通信接口調整及遠程監控，實現對發電機的開機、停機等操作，內置看門狗，確保程序執行順暢。內置速度檢測環節，可精確地判斷起動成功、額定運行、超速狀態，可循環保存99組歷史記錄，并可在現場對記錄進行查詢，確保實時數據的及時性、準確性；所有參數均采用數字化調整，摒棄了常規電位器的模擬調整方法，提高了整機的可靠性和穩定性。

改造后的電控箱具有對發電機數據的實時監控記錄、運行自檢、故障檢測及保護功能，可根據網絡情況實現數據遠傳、遙感、遙測、操作更簡便、自動化、信息化程度高等特點，如圖3所示。

3 改造后的經濟效果評價

3.1 改造前后的維修費用對比

改造前由于受操作人員操作水平的限制發電機組經常因為缺水、機油乳化等人為因素造成柴油機粘缸事故，維修一次大約需要維修費1萬元左右，改造前一臺柴油發電機組一年維修費用約在3萬元左右。

改造后由于增加了自動監控裝置，發電機組一旦出現故障，機組便可以啟動自檢程序進行自檢，同時發出報警信號，并根據自檢狀況可實現繼續運行和故障停車指令，最大限度的保證了設備不會帶病運行，減少了因設備帶病運行造成的損失。改造費用大約1.5萬元。（電子調速系統0.8萬元、電控箱0.4萬元，測試及技術服務費0.3萬元）

改造后經濟效益，改造后由于增加了監控裝置減少了因缺水、機油乳化等人為因素造成的粘缸事故的發生，可有效降低大修費用1萬元。

3.2 減少了停井時間，提高了采油時率

改造前由于發電機組的粘缸事故往往維修機組需要1周的時間，停井時間長，采油時率低。

改造后由于杜絕了發電機粘缸事故的發生，減少了停井時間提高了采油時率。

3.3 可實現遠程控制

通過改造使改造后的機組具備了數據遠傳、實時監測、遠程控制的功能，提高了設備的自動化控制的性能，如圖4所示。

通過具有短信收發及GPRS數據傳輸功能的SG361 GMS/

GPRS，模塊實現了發電機組的遠程控制，可實現遙感、遙測的控制需求。同時可以采用手機APP功能實現手機監控方便。

4 結 語

①通過分析，柴油發電機組的技術改造還是可行的，建議使用改造后的柴油機。

②改造后的柴油機減少了認為控制因素，自動化、信息化程度高。

③改造后的柴油機大大降低了維修費用和維修次數，減少了停井時間，提高了采油時率，可實現遠程控制

參考文獻：

[1] 楊貴恒.柴油發電機組技術手冊[M].北京：化工工業出版社，2009.

[2] GB/T 12786-1991，自動化柴油機組通用技術[S].