海上平臺應急發電機勵磁系統升級改造

周正權

（中海油能源發展裝備技術有限公司 天津 300452）

1 引言

應急發電機是海上石油平臺上必不可少的最重要設備之一，某平臺原應急發電機勵磁屏已經運行15年之久，其中的PLC以及勵磁模塊早已停產，生產廠家已無備件可供，直接威脅到應急發電機的緊急啟動運行，所以升級改造勵磁屏的工作勢在必行。

2 改造原則

為了保持系統的一致性，選用原廠家新型號的替代模塊，盡最大可能實現新老硬件無縫升級，保持原有接線方式基本不變。在保留原有設計功能基礎上，新模塊的性能更加先進，特別是對勵磁模塊和調速模塊進行由模擬到數字的換代升級，留有數字通信接口，以便于將來接入到DCS系統，實現對應急發電機的遠程監控，可大大提高了事故狀態下應急電源的啟動、切換速度，更進一步提升了平臺供電系統的可靠運行。

3 改造內容

由于應急發電機隨時可能啟動，因此離線改造的時間需要盡量縮短，改造之前需要詳細策劃改造內容及方案，具體準備內容有：

（1）圖紙更新及審核；

（2）改造所需配件、設備采購；

序號 模塊名稱 原型號 新型號1 PLC邏輯控制 AB SLC500 AB SLC5000 2 電壓調節器 Basler SR/4 Basler DECS 250 3 自動同期 Basler 25 4 無功/功率因數控制器 Basler VCP250 5 低頻率/過壓保護 Basler UFVO 6 合閘閉鎖繼電器 Basler BE1-25 Basler ES-25 7 低電壓繼電器 Basler BE1-27G Basler ES-27 8 低頻率繼電器 Basler BE1-81U Basler ES-81 9調速器 Wood Ward 2301A Wood Ward 2301E

（3）新PLC編程、測試；DECS 250組態，模擬測試；新繼電器整定、測試。

4 升級改造

4.1 拆除舊模塊、安裝新模塊

4.1.1 原應急發電機勵磁屏的隔離 為了確保改造過程中的安全施工、避免影響到運行中的電氣設備，必須采取技術措施對應急發電機勵磁盤進行隔離。

4.1.2 拆除舊PLC，安裝新PLC 在拆除前，首先用萬用表測量盤內所有端子是否帶電，如果發現有端子帶電，對照原柜圖紙，隔離帶電的線頭并做記錄、包扎處理。

由于新舊PLC的安裝尺寸不一樣大，新舊模塊的位置有細微調整，一定要根據原有模塊接線的長度來確定最終的PLC安裝位置，根據升級后的圖紙來重新接線，更新端子線頭標識。

4.1.3 盤面開孔安裝Basler DECS 250模塊 根據Basler DECS 250框架尺寸在柜門上開孔，螺絲固定安裝。

4.1.4 VAR調壓電位器、SAR調速電位器分別更換為單刀雙擲點動開關 由于模塊升級為數字式，根據技術要求，手動調壓、調速改為PWM方式。原有的柜門上位置更換為施耐德的單刀雙擲點動開關。

4.1.5 拆除SR/4、VFC 250、25、UFOV模塊

由于新的勵磁升級模塊DECS 250安裝在柜門上，原有的舊模塊上的線不夠長，這就需要在原柜中安裝端子進行過度，在安裝好過度端子后，將以上4個模塊上需要保留的的接線，通過過度端子轉接到DECS 250模塊上，在檢查接線無誤、無遺漏時，拆除原有的4個舊模塊。

4.1.6 負載分配模塊2301A更換為2301E 在拆除舊的2301A（9907-175）模塊后，新的2301E模塊安裝在原工位，并按照新圖紙接線。

4.1.7 BE1-27、25、81U繼電器更換為ES-27、25、81功能相同的新繼電器原工位安裝，新舊繼電器的端子定義也是相同的，直接比對接線即可。

至此，盤內新舊模塊更換完畢，對照新圖紙，對盤內的所有接線做最后的仔細的檢查，在確認接線無誤后，進行下一階段的靜態調試。

4.2 靜態調試

為了保障改造后系統完整性，先按照DECS 250勵磁模塊---2301E調速模塊---PLC的順序，分步進行靜態調試，然后對勵磁柜整體聯合靜態測試。

（1）用模擬斷路器來模擬ODA EG-7011發電機斷路器，并用模擬斷路器上的24V電源作為勵磁盤中的24V電源；

（2）用繼電保護測試儀模擬發電機（或BUS）的三相電壓、三相電流；

（3）用13歐姆/500W的功率電阻模擬發電機的勵磁線圈；

（4）將示波器觀察調速信號PWM的波形；

（5）手動同期試驗測試，檢查同步表、同步指示燈、手動同期合閘功能正常；

（6）自動同期并網測試，檢查DECS-250輸出的到2301E的調差信號跟蹤正常，2301E輸出的調速信號跟蹤正常，自動同期并網合閘功能正常；

（7）發電機自動啟動測試，模擬ODA MCC母線失壓，檢查發電機啟動信號正常發出；

（8）檢查遠方緊急關停發電機信號動作正常；

（9）AVR自動調壓功能測試，改變發電機電壓，檢查勵磁電流輸出跟蹤正常；

（10）手動調壓功能測試，檢查手動調壓時，勵磁電流輸出跟蹤正常；

（11）手動調頻功能測試，檢查手動調頻時，調速信號輸出跟蹤正常；

（12）自動調頻功能測試，檢查自動調頻時，調速信號跟蹤正常；

（13）負載分配功能測試，改變發電機的電流，檢查調速信號跟蹤正常。

4.3 動態調試

在完成靜態調試以后，就進入關鍵的動態調試環節。動態調試前需仔細分析調試步驟、調試內容，確保調試安全和升級改造后勵磁系統功能完整。動態調試的基本步驟如下：

（1）在檢查確定具備動態調試條件以后，先解除隔離措施，恢復接線，發電機PT電壓線先不接，EG-7011斷路器拉到試驗位置，檢查勵磁盤中傳動斷路器合、跳閘正常；

（2）在勵磁盤中斷開BUS PT三相電壓，模擬ODA MCC母線失壓，應急發電機能夠自動啟動；

（3）應急發電機自啟動后，檢查怠速、額定速度運轉正常，手動調速時轉速變化平穩，檢查發電機本體與2301E顯示的轉速是否一致；

（4）就地啟、停發電機一次，檢查就地啟、停動作正常；

（5）遠方啟、停發電機一次，檢查遠方啟、停動作正常；

（6）準備一臺400V/100V的單相變壓器，變壓器高壓側經10A空開接入到發電機機端AC相，低壓側通過臨時電纜接入到勵磁柜中發電機PT的AC相端子，將DECS250設置成單相電壓輸入模式；

（7）啟動發電機，進行額定轉速下的空載試驗，檢查發電機的建壓、手動調壓、空載勵磁電流正常；

（8）進行DECS250勵磁電壓調節PID參數自動調節試驗，獲取最優PID參數并保存固化到DECS250裝置中；

（9）在發電機機端檢查相序正確。以上試驗完成后，應急發電機具備了負荷測試，拆除臨時發電機的動力電纜，恢復應急發電機的所有接線；

（10）啟動發電機，在EG-7011斷路器柜中測試發電機PT的相序正確，并于應急發電機改造前測試的相序一致；

（11）將EG-7011斷路器搖到工作位置；

（12）在勵磁柜，用手動同期將應急發電機并入電網，檢查發電機電流、電壓、勵磁電壓正常，并網時系統電壓基本無波動，必要時可以用AVO公司的多功能電參數測試儀，錄取并網過程中的電壓電流數據；

（13）緩慢手動增加柴油機轉速，隨著轉速的增加，發電機的有功功率、無功功率、電流同步增加，應急發電機負荷從0～500KW調節平穩，并在500KW下運行15分鐘；

（14）在500KW負載試驗完畢后，繼續600、750KW帶載測試，每個階段運行15分鐘；

（15）根據運行狀況，再決定是否繼續進行提高負荷測試，最高測試負載不超過80%額定發電功率，即1200KW。

（16）負載測試完畢后，緩慢降低發電功率到“0”，解列應急發電機；

（17）再進行自動并網試驗，檢查并網瞬間系統電壓基本無波動；

（18）解列應急發電機，評估以上測試過程中DECS250勵磁調節器、2301E負載分配及速度控制器、PLC、柴油機、發電機運行情況是否達到了預期的結果；

（19）勵磁盤改造驗收通過后，應急發電機投入到備用。

5 結語

勵磁系統升級改造看似簡單，但由于不允許改造出現失誤，在進行類似改造之前，一定要對系統組成、各模塊功能及參數進行詳細摸底，繪制相應的圖紙及技術說明，并按照計劃分步、仔細操作實施。此類改造的成功應用，可在保障應急發電機功能完備的前提下節約企業成本，具有相當的經濟效益。