柴油發(fā)電機組加載試驗方案的設計與實現(xiàn)

田德寶 ，朱永慶 ，羅 磊 ，張彥偉 ，李慶福 ，李立新

（1.寶雞石油機械有限責任公司，陜西寶雞721002；2.國家油氣鉆井裝備工程技術研究中心，陜西寶雞721002）

柴油發(fā)電機組加載試驗方案的設計與實現(xiàn)

田德寶1，2，朱永慶1，2，羅 磊1，2，張彥偉1，2，李慶福1，2，李立新1

（1.寶雞石油機械有限責任公司，陜西寶雞721002；2.國家油氣鉆井裝備工程技術研究中心，陜西寶雞721002）

為了驗證柴油發(fā)電機組的帶載性能，設計了通過專用加載裝置來進行試驗的方案。通過突加和突卸負載，考量了機組的瞬態(tài)調(diào)壓特性。該方案方法簡單，可操作性強，試驗結果一目了然，能夠為用戶驗收柴油發(fā)電機組及其控制系統(tǒng)提供準確的依據(jù)。

石油鉆機；柴油發(fā)電機；穩(wěn)態(tài)調(diào)壓；瞬態(tài)調(diào)壓；加載裝置

1 引言

柴油發(fā)電機組作為石油鉆機的主要動力源，承擔著絞車、轉盤（頂驅）、泥漿泵以及輔助設備等的供電，它的性能決定著整個鉆機的性能。因此，每套鉆機在出廠前都要對柴油發(fā)電機組進行性能試驗，測試它的帶載能力。在鉆機試驗井場，由于絞車、轉盤不具備帶載條件，通常的做法是利用柴油發(fā)電機組驅動泥漿泵組，通過不斷加大泥漿泵的泵沖和壓力來提高負載率。然而受泵沖和泵壓的制約，負載能力有限，這樣的加載方式不能使柴油發(fā)電機的帶載能力發(fā)揮到極致。

通常對柴油發(fā)電機組的特性考核分為柴油機穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)調(diào)速特性和發(fā)電機穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)調(diào)壓特性。本文在柴油發(fā)電機組穩(wěn)態(tài)調(diào)壓的前提下，利用干式負載裝置，搭建加載試驗的測試系統(tǒng)，通過突加和突卸負載來驗證機組的瞬態(tài)調(diào)壓特性。

2 柴油發(fā)電機組加載特性試驗

2.1 試驗前具備的條件

在做柴油發(fā)電機組加載特性試驗前，應具備以下條件：

（1）柴油發(fā)電機組本身所具有的保護功能試驗已完成，并具有安全、可靠的性能；

（2）柴油發(fā)電機組負荷試驗完畢，各種參數(shù)已按技術要求調(diào)整，運轉正常，能確保柴油發(fā)電機組特性試驗的正常進行；

（3）用于柴油發(fā)電機組特性試驗的負載處于正常控制和使用狀態(tài)；

（4）穩(wěn)態(tài)調(diào)壓特性正常。

2.2 瞬態(tài)調(diào)壓特性要求

利用加載裝置搭建加載測試系統(tǒng)，模擬瞬態(tài)情況下的柴油發(fā)電機組的突加或突卸電壓，通過試驗曲線判斷機組的瞬態(tài)調(diào)壓特性是否滿足標準規(guī)定的要求。

國標 GB／T 2820.5－2009中性能等級及運行限值規(guī)定：當1＃機組、2＃機組在額定轉速和額定電壓下運行時，當突加規(guī)定的與功率因數(shù)對稱的負載時，瞬態(tài)電壓偏差δUdyn≤－25%、δUdyn≤－20%，電壓恢復時間 tU.in≤10s、tU.in≤6s；當突卸規(guī)定的與功率因數(shù)對稱的負載時，瞬態(tài)電壓偏差δUdyn≤＋35%、δUdyn≤＋25%，電壓恢復時間 tU.de≤10s、tU.in≤6s。

2.3 加載裝置的原理及接線

為了進行此試驗，我們專門設計制作了加載裝置。它主要是通過投切若干組電阻來實現(xiàn)給發(fā)電機組加載，它能將發(fā)電機發(fā)出的電能以熱能的形式消耗掉?？偧虞d功率可以達到5000kW，能很好地滿足發(fā)電機組的加載試驗要求。有手動和自動兩種加載模式。手動加載開關將加載指令傳給主控制板，控制負載投切電路中相關接觸器閉合，投入指定功率的電阻進行加載。手動加載開關能方便地進行多檔（1kW、2kW、5kW、10kW、20kW、50kW、100kW、150kW、200kW、250kW）功率加載，各功率檔位可以自由組合。自動加載是通過上位機進行的，在上位機的加載畫面選擇相應的加載功率，依靠工控機與主控制板間的數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)自動加載，在上位機上還能顯示加載過程中的相關電氣參數(shù)、曲線，并能實現(xiàn)各實驗數(shù)據(jù)報表的輸出打印。系統(tǒng)還配備12路溫度巡檢儀，對電阻箱出口處的溫度進行檢測，發(fā)現(xiàn)異常能及時報警。為了延長電阻的使用壽命，系統(tǒng)還具有風機延時停機功能。整套裝置集成在一棟房子內(nèi)，便于運輸，加載裝置組成原理框圖如圖1所示。

圖1 加載裝置原理圖

在試驗時，只要利用電纜將發(fā)電機組與加載裝置連接，就可以進行試驗了，接線示意圖如圖2所示。

圖2 加載試驗接線圖

2.4 試驗步驟及結果

（1）首先將VFD房柴油發(fā)電機組并網(wǎng)動力出線口與加載裝置（0－5000kW）用動力電纜連接；

（2）確認罐中有足夠的柴油用于柴油發(fā)電機組進行加載試驗；

（3）將柴油發(fā)電機控制柜的功率限定值設定為柴油發(fā)電機組功率的100%，每臺柴油發(fā)電機組的額定輸出功率為1523kW（發(fā)電機組型號為CAT3512CHD）；

（4）分別啟動 1＃、2＃柴油機發(fā)電機組，使其上網(wǎng)同步運行；

（5）以兩臺柴油發(fā)電機組總功率為設定值（1523×2＝3046kW），利用加載裝置的手動加載開關從零到25%、50%、75%分3檔逐步進行加載，每檔保持10分鐘，調(diào)節(jié)并保持負荷分配均衡，觀察并記錄每臺柴油發(fā)電機組控制柜的電壓、電流、有功、母排溫度及柴油發(fā)電機組的潤滑油壓、柴油油壓、冷卻水溫度等參數(shù)；

（6）利用手動加載開關，使柴油發(fā)電機組的負荷從75%逐步達到100%左右，此時保持60分鐘，記錄四臺柴油發(fā)電機組控制柜的電壓、電流、有功、母排溫度及柴油發(fā)電機組的潤滑油壓、柴油油壓、冷卻水溫度等參數(shù)；

（7）完成測試后，允許柴油發(fā)電機組冷卻并停車；

（8）分別啟動 3＃、4＃柴油機發(fā)電機組，使其上網(wǎng)穩(wěn)定運行，重復上述4－6項試驗內(nèi)容；

（9）試驗期間如果柴油發(fā)電機組故障停車或發(fā)生報警，應解決問題后重新啟動試驗。

試驗后得到，1＃機組50%→100%突加電壓曲線如圖3所示，100%→0%突卸電壓曲線如圖4所示；2＃機組50%→100%突加電壓曲線如圖5所示，100%→0%突卸電壓曲線如圖6所示。

圖3 1＃機組突加電壓曲線圖

圖4 1＃機組突卸電壓曲線圖

對照國標中規(guī)定的性能等級及運行限值，結合柴油發(fā)電機組加載試驗的突加電壓曲線和突卸電壓曲線可以看出，機組及控制系統(tǒng)設計滿足標準要求，從而也驗證了試驗方案的可行性。

圖5 2＃機組突加電壓曲線圖

圖6 2＃機組突卸電壓曲線圖

3 結束語

利用專用加載裝置對柴油發(fā)電機組進行負載加載試驗，驗證其帶載能力。本文設計方案簡單，可操作性強，實驗結果直觀，已經(jīng)成功應用于我公司生產(chǎn)的數(shù)十套鉆機的出廠試驗中。

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［4］李發(fā)海，等.電機學［M］.北京：科學出版社，1999.

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Design and implementation for loading test scheme of diesel generator sets

TIAN De－bao1，2，ZHU Yong－qing1，2，LUO Lei1，2，ZHANG Yan－wei1，2，LI Qing－fu1，2，LI Li－xin1
（1.Baoji Oilfield Machinery Co.，Ltd.，Baoji 721002，China；2.National Oil＆ Gas Drilling Equipment Engineering Research Center，Baoji 721002，China）

In order to verify the performance of the diesel generator set，a special loading device is designed to test the performance of the unit.The scheme adopts the special loading device to carry out the experiment through sudden loading and unloading process.It has the advantages of simple structure，well feasibility，easy operation and clear test results，whichprovidestheaccuratebasisfortheacceptanceofthedieselgeneratorsetsandcontrolsystemfortheusers.

oil drilling rig；diesel generator；steady－state voltage regulation；transient－state voltage regulation；loading device

TM31；TM733

A

1005—7277（2016）05—0045—02

田德寶（1983－），男，河南南陽人，工程師，碩士，現(xiàn)主要從事石油裝備控制系統(tǒng)的設計及相關配套工作。

2016－08－01