W114電網負荷波動故障分析及解決方案

李 瑞

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司潿洲11-4油田， 廣東 湛江 524000）

1 潿洲11-4油田動力設備現狀

1.1 W114電站概況

潿洲11-4油田投產18年，屬于湛江分公司最老的油田之一，發電機控制系統陳舊，沒有升級以及改造過，還是采用PLC-5系統與繼電器連接，許多模塊以及備件已經停產，控制系統也已經落后。

隨著設備的老化，控制系統與現場設備的同步性變差，現場的燃油燃氣模塊還是采用的機械拉桿式的控制，啟動外輸泵、注水泵等大功率設備因其直接掛在高壓母排上導致對透平負荷帶來一定的沖擊，致使負荷分配器與現場燃油或燃氣控制閥反復動作導致優先脫扣甚至透平被迫停機（如圖1所示）。

圖1 工作場景圖

1.2 故障現象

W11-4油田電網組成是由兩臺索拉50機組并網發電，單臺發電機額定功率為3 040 kW，隨著機組老化以及帶載能力下降，為保證機組穩定，一般可用負荷為單臺2 400 kW以下，平臺正常生產的負荷為3 500 kW左右。

2009年下半年以來，機組運行情況出現下滑，經常性的出現負荷波動，嚴重情況下出現優先脫扣以及機組停機的情況，影響平臺正常生產。

2 故障原因分析

2.1 燃氣閥拉桿故障

燃氣閥拉桿為機械式拉桿，反應靈敏度差（如圖2所示）。

圖2 油門拉桿圖

2.2 燃氣組成問題

通過檢測燃氣組分以及熱值， 根據索拉的燃氣質量要求對油田現場燃氣組份進行分析，分析后的燃氣組份熱值等基本滿足要求（如圖3、下頁圖4所示）。

圖3 索拉透平燃氣質量要求參數

2.3 燃氣閥積液以及堵塞

燃氣閥前后壓差較大，會有節流效應，產生部分水蒸氣，輕油就會在燃氣閥處凝結變成液體，而現場燃料氣處理得不夠理想，燃料氣內含水以及凝析油等，所以在在燃氣閥處產生積液，影響燃氣閥的靈敏度，需要拆卸燃氣閥對其內部進行清理，由于位置空間狹小，拆卸不方便（如圖5所示）。

圖4 現場燃氣組份分析數據表

圖5 燃氣閥積液堵塞圖

3.4 考慮更換步進電機控制的燃氣閥

該燃氣閥是由24VDC電源提供動力的步進電機，4～20 ma信號控制，通過PLC輸入的信號進行閥位調節，靈敏高，能夠實現負荷波動時燃氣閥開度的靈敏控制。

3 故障處理方法

3.1 調節保養燃氣閥節流閥拉桿

燃氣節流閥拉桿調節保養：進入機組燃氣量是通過燃氣節流閥控制的，節流閥的開度是執行器通過拉桿進行控制的，如果拉桿活動卡滯、不靈活會影響燃氣控制效果，因而造成機組出現波動現象，要定期對拉桿進行保養，必要時進行更換。

3.2 清洗以及更換燃氣閥

燃氣控制閥清洗和保養：進入系統的燃氣通過燃氣控制閥進行壓力流量的調節，燃氣閥內部結構復雜，對燃氣質量要求較高，如果燃氣中含有凝析液和雜質，就會影響燃氣閥控制效果，所以要定期清洗保養燃氣閥，排出里面凝析液和雜質。2011年6月15日07：45，透平A機和C機并車運行6 h后，突然出現400～600 kW左右的負荷波動。觀察A機發現其空載運轉時NGP在99.8%～100.2%之間波動，現場燃料氣控制閥拉桿也有波動，懷疑燃氣系統有阻塞，使燃氣流通不順暢，燃氣控制閥或節流閥有故障，經檢查發現燃氣控制閥里面積液較多，保養排除積液后機組運行正常，所以要定期對燃氣閥進行保養。

3.3 增加燃料氣加熱器以及過濾器

增加燃料氣加熱器以及過濾器：目前機組所使用的燃氣在經過燃料氣系統處理后，燃氣溫度為常溫，在環境溫度較低的情況下，容易出現凝析液，而凝析液會影響燃氣控制閥的控制準確性，正如上述經過一段時間后燃氣閥中會有凝析液析出，所以有必要在燃氣進入透平前進行加熱處理。目前燃氣進入系統前有一Y型濾器，通過保養燃氣閥內有大量積液說明效果不明顯，可以在其前面增加處理效果好的濾器和加熱器。

3.4 控制系統升級

控制系統升級：現場燃氣控制系統為機械式控制，控制方式落后且不精準。進入系統的燃氣量是通過負荷、T5溫度、NGP等參數反饋給PLC，經過計算PLC發出相應的模擬電信號去燃氣執行器的扭矩電機，電機來控制連桿的伸縮量，連桿通過拉桿與燃氣節流閥相連接來控制節流閥的開度，從而控制進入燃燒室的燃氣量。在這個過程可變因素較多，如果滑油質量有問題或者拉桿不靈活、松動等都會造成控制不穩定，使得機組運轉波動從而引起負荷波動。

4 結語

由于索拉機組PLC5系統已經老化，許多模塊和備件已經停產，控制系統本身也是采用的繼電器連接，較為落后。另一方面從投產以來控制系統沒有經過升級以及改造，信號線纜以及接線端子等存在不同程度的腐蝕和氧化，24 V電源的COM端經過短接后由一條線輸出再進入其他端子，如果該線路出現短路會影響其他路，存在一定的風險，不適應現場苛刻的生產要求。機械式拉桿控制的燃氣閥不能夠實現燃氣流量的精準控制，尤其是大功率設備對電網造成的沖擊，由于不能夠及時地反饋會造成電網的波動，另外燃氣的處理問題也是很關鍵的一點，高壓高速的天然氣在經過閥體時，流速以及壓力的變化會使氣體中含有的液體在閥體處沉積出，造成閥體的反應靈敏度下降。通過定期對燃氣系統進行保養，提高燃氣系統清潔度，排除燃氣閥內部積液，降低外部因素對燃氣控制閥的影響，保證機組穩定運行。對控制系統升級是解決電網波動的最終手段，同時在升級過程中也使動力員工的知識界面得以拓寬，能力水平也得以提高。