W114电网负荷波动故障分析及解决方案

李 瑞

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司涠洲11-4油田， 广东 湛江 524000）

1 涠洲11-4油田动力设备现状

1.1 W114电站概况

涠洲11-4油田投产18年，属于湛江分公司最老的油田之一，发电机控制系统陈旧，没有升级以及改造过，还是采用PLC-5系统与继电器连接，许多模块以及备件已经停产，控制系统也已经落后。

随着设备的老化，控制系统与现场设备的同步性变差，现场的燃油燃气模块还是采用的机械拉杆式的控制，启动外输泵、注水泵等大功率设备因其直接挂在高压母排上导致对透平负荷带来一定的冲击，致使负荷分配器与现场燃油或燃气控制阀反复动作导致优先脱扣甚至透平被迫停机（如图1所示）。

图1 工作场景图

1.2 故障现象

W11-4油田电网组成是由两台索拉50机组并网发电，单台发电机额定功率为3 040 kW，随着机组老化以及带载能力下降，为保证机组稳定，一般可用负荷为单台2 400 kW以下，平台正常生产的负荷为3 500 kW左右。

2009年下半年以来，机组运行情况出现下滑，经常性的出现负荷波动，严重情况下出现优先脱扣以及机组停机的情况，影响平台正常生产。

2 故障原因分析

2.1 燃气阀拉杆故障

燃气阀拉杆为机械式拉杆，反应灵敏度差（如图2所示）。

图2 油门拉杆图

2.2 燃气组成问题

通过检测燃气组分以及热值， 根据索拉的燃气质量要求对油田现场燃气组份进行分析，分析后的燃气组份热值等基本满足要求（如图3、下页图4所示）。

图3 索拉透平燃气质量要求参数

2.3 燃气阀积液以及堵塞

燃气阀前后压差较大，会有节流效应，产生部分水蒸气，轻油就会在燃气阀处凝结变成液体，而现场燃料气处理得不够理想，燃料气内含水以及凝析油等，所以在在燃气阀处产生积液，影响燃气阀的灵敏度，需要拆卸燃气阀对其内部进行清理，由于位置空间狭小，拆卸不方便（如图5所示）。

图4 现场燃气组份分析数据表

图5 燃气阀积液堵塞图

3.4 考虑更换步进电机控制的燃气阀

该燃气阀是由24VDC电源提供动力的步进电机，4～20 ma信号控制，通过PLC输入的信号进行阀位调节，灵敏高，能够实现负荷波动时燃气阀开度的灵敏控制。

3 故障处理方法

3.1 调节保养燃气阀节流阀拉杆

燃气节流阀拉杆调节保养：进入机组燃气量是通过燃气节流阀控制的，节流阀的开度是执行器通过拉杆进行控制的，如果拉杆活动卡滞、不灵活会影响燃气控制效果，因而造成机组出现波动现象，要定期对拉杆进行保养，必要时进行更换。

3.2 清洗以及更换燃气阀

燃气控制阀清洗和保养：进入系统的燃气通过燃气控制阀进行压力流量的调节，燃气阀内部结构复杂，对燃气质量要求较高，如果燃气中含有凝析液和杂质，就会影响燃气阀控制效果，所以要定期清洗保养燃气阀，排出里面凝析液和杂质。2011年6月15日07：45，透平A机和C机并车运行6 h后，突然出现400～600 kW左右的负荷波动。观察A机发现其空载运转时NGP在99.8%～100.2%之间波动，现场燃料气控制阀拉杆也有波动，怀疑燃气系统有阻塞，使燃气流通不顺畅，燃气控制阀或节流阀有故障，经检查发现燃气控制阀里面积液较多，保养排除积液后机组运行正常，所以要定期对燃气阀进行保养。

3.3 增加燃料气加热器以及过滤器

增加燃料气加热器以及过滤器：目前机组所使用的燃气在经过燃料气系统处理后，燃气温度为常温，在环境温度较低的情况下，容易出现凝析液，而凝析液会影响燃气控制阀的控制准确性，正如上述经过一段时间后燃气阀中会有凝析液析出，所以有必要在燃气进入透平前进行加热处理。目前燃气进入系统前有一Y型滤器，通过保养燃气阀内有大量积液说明效果不明显，可以在其前面增加处理效果好的滤器和加热器。

3.4 控制系统升级

控制系统升级：现场燃气控制系统为机械式控制，控制方式落后且不精准。进入系统的燃气量是通过负荷、T5温度、NGP等参数反馈给PLC，经过计算PLC发出相应的模拟电信号去燃气执行器的扭矩电机，电机来控制连杆的伸缩量，连杆通过拉杆与燃气节流阀相连接来控制节流阀的开度，从而控制进入燃烧室的燃气量。在这个过程可变因素较多，如果滑油质量有问题或者拉杆不灵活、松动等都会造成控制不稳定，使得机组运转波动从而引起负荷波动。

4 结语

由于索拉机组PLC5系统已经老化，许多模块和备件已经停产，控制系统本身也是采用的继电器连接，较为落后。另一方面从投产以来控制系统没有经过升级以及改造，信号线缆以及接线端子等存在不同程度的腐蚀和氧化，24 V电源的COM端经过短接后由一条线输出再进入其他端子，如果该线路出现短路会影响其他路，存在一定的风险，不适应现场苛刻的生产要求。机械式拉杆控制的燃气阀不能够实现燃气流量的精准控制，尤其是大功率设备对电网造成的冲击，由于不能够及时地反馈会造成电网的波动，另外燃气的处理问题也是很关键的一点，高压高速的天然气在经过阀体时，流速以及压力的变化会使气体中含有的液体在阀体处沉积出，造成阀体的反应灵敏度下降。通过定期对燃气系统进行保养，提高燃气系统清洁度，排除燃气阀内部积液，降低外部因素对燃气控制阀的影响，保证机组稳定运行。对控制系统升级是解决电网波动的最终手段，同时在升级过程中也使动力员工的知识界面得以拓宽，能力水平也得以提高。