場站運行中燃氣發電機的可靠性保障措施探討

趙海寧，劉帥，廖貴枝，雷龍龍

1.中國石化中原油田分公司 天然氣產銷廠 （河南 濮陽 457001）

2.中國石化河北建投天然氣有限公司 （河北 石家莊 050000）

燃氣發電機工作時只有旋轉運動，電調反應速度快，工作特別平穩，其輸出電壓和頻率精度高、波動小，在突然增加或減少負載時，能保持機組非常穩定。從冷態啟動成功到滿負載的時間僅為30 s，因此燃氣輪發電機組可以在任何環境溫度和氣候下保證啟動的成功率。由于燃氣發電機能快速啟動發電、輸出功率范圍廣、發電質量好[1]的特性，被廣泛應用于天然氣輸氣場站中。

1 燃氣發電機運行中的不穩定性分析

燃氣發電機是一種將燃料熱能轉換為電能輸出的動力裝置，燃氣發電機組包含發動機、發電機、控制器，穩壓過濾裝置、氣液（汽液）分離裝置等。

由于場站來氣均為干氣，大致供氣流程為來氣—調壓—普通過濾—精密過濾—加熱—進入燃氣輪機入口[2]。如圖1 所示，供氣流程為：天然氣經調壓閥調壓后，通過濾芯的空氣經汽化器按一定比例進入氣缸，電瓶給電源供電，啟動電子點火單元，通過火花塞高壓放電點燃氣缸內的燃氣，混合氣體燃燒時體積膨脹，產生的能量推動活塞移動，再通過曲軸將活塞的上下移動轉變為旋轉運動，同時飛輪作旋轉運動帶動發電機工作，實現發電機發電。

圖1 燃氣發電機工作流程

根據燃氣發電機的工作流程及其在實際生產應用，發現燃氣發電機有時存在啟動困難或無法自啟、供電頻率不穩、轉速不穩、輸出電壓忽高忽低等不穩定因素，從而導致后端的UPS 停機保護、場站氣液聯動閥失電關閥停輸等安全生產問題；有時輸出不穩的電壓也會導致現場的儀器儀表、電動頭燒壞的安全隱患。燃氣發電機在運行過程中的不穩定性分析見表1。

表1 燃氣發電機在運行過程中的不穩定性分析

2 燃氣發電機運行可靠性保障措施

為有效保障場站的安全生產，提高發電機在生產運行中的可靠性，需采取有效的措施，解決這些不穩定因素。

2.1 燃氣發電機啟動困難的保障措施

燃氣發電機啟動困難主要涉及油溫過低、天然氣進氣壓力不穩、發電機電池、發電機怠速4個方面的問題，分析問題并提出具體措施，見表2。

2.2 供電頻率不穩的保障措施

現行標準YD/T 1095—2008《通信用不間斷電源（UPS）》中給出UPS檢驗穩壓精度的技術指標，見表3。因此對于燃氣發電機的輸出電壓、輸出負載、動態電壓的瞬變范圍有了更加明確的要求，并根據以上要求制定供電頻率不穩的保障措施。

表2 燃氣發電機啟動困難保障措施

表3 UPS檢驗穩壓精度的技術指標

1）首先排查發電機各進氣管是否漏氣，并對混合器的緊固螺釘與進氣管的連接處進行排查，查看是否存在松動并進行加固。二是根據現場發電機的運行頻率，調整怠速調節螺釘位置，向里緊為增加燃氣進量，向外旋則為減少進量。三是檢查怠速調節彈簧是否損壞，發現損壞及時更換。四是停掉臨時用電的大功率電器等設備，避免負載較大間接性供電，帶來附帶的波動。

2）增加穩壓器調控電源電壓。穩壓器由調壓電路、控制電路及伺服電機等組成。當輸入電壓或負載變化時，控制電路進行取樣、比較、放大，然后驅動伺服電機轉動，使調壓器碳刷的位置改變，通過自動調整線圈匝數比，保持輸出電壓的穩定。穩壓器把低壓125～165 V 或高壓250～270 V 的電壓穩定在200～230 V，當輸入電壓高于255～275 V 或低于125～160 V 時，能自動切斷電源，在斷電后又突然來電時，可延時5～8 min 啟動輸出電源，避免因為電壓過高使電器受到損傷。

2.3 燃氣發電機無法自啟的應對措施

依據SY/T 0080—2008《油氣田柴油機發電站設計規范》對發電機的基本要求，指出應急備用發電機組應有自動啟動、自動加減負載、自動停機等多種自動控制功能。因此部分天然氣場站根據實際需要增加燃氣發電機的自啟功能。

增加自啟功能主要涉及到兩方面：一是在低壓配電柜中加裝ATS 設備，主要用在緊急供電系統，將負載電路從一個電源自動換接至另一個（備用）電源的開關電器。二是在除“機柜間、值班室、通信機房”等重要負荷外的負荷前，加裝欠壓脫扣開關。

當市電正常時，發電機作為備用；當市電故障或者無法給場站供電時，站控電腦SCADA系統產生報警信號，由低壓配電柜內雙電源切換控制器發出啟動發電機信號，并對發電機組的電壓及頻率進行檢測，待發電機組啟動成功，經延時后將負載自動轉向發電機組供電回路[5]，同時欠壓脫扣開關自動跳閘，保障重要負荷不受影響，從而保障場站安全生產。

3 結論

1）針對燃氣發電機存在啟動困難的問題，采取“增加伴熱帶、精細調整天然氣進氣管線調壓閥、調整可燃混合氣的濃度、調整怠速調節螺絲到合適的位置以達到恰當配比來啟動燃氣發電機、檢查蓄電池電壓是否合格、檢查搭鐵接觸是否靈敏準確”等有效措施，解決了燃氣發電機啟動困難的問題。

2）針對燃氣發電機供電頻率不穩的問題，可采取“排查發電機各進氣管是否漏氣、檢查混合器的緊固螺釘與進氣管的連接處、調整怠速調節螺釘位置、檢查怠速調節彈簧是否損壞、增加穩壓器調控電源電壓”等措施，有效解決了發電機頻率不穩的問題。

3）加裝ATS 轉換開關及欠壓脫扣開關來改變燃氣發電機的啟動控制邏輯，在場站的實際應用中，實現了燃氣發電機在停電后的自啟功能，有效提高了燃氣發電機應急保障設備的作用。