田德寶 ，朱永慶 ，羅 磊 ，張彥偉 ，李慶福 ，李立新

（1.寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，陜西寶雞721002；2.國(guó)家油氣鉆井裝備工程技術(shù)研究中心，陜西寶雞721002）

柴油發(fā)電機(jī)組加載試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)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(jī)械有限責(zé)任公司，陜西寶雞721002；2.國(guó)家油氣鉆井裝備工程技術(shù)研究中心，陜西寶雞721002）

為了驗(yàn)證柴油發(fā)電機(jī)組的帶載性能，設(shè)計(jì)了通過專用加載裝置來進(jìn)行試驗(yàn)的方案。通過突加和突卸負(fù)載，考量了機(jī)組的瞬態(tài)調(diào)壓特性。該方案方法簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，試驗(yàn)結(jié)果一目了然，能夠?yàn)橛脩趄?yàn)收柴油發(fā)電機(jī)組及其控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

石油鉆機(jī)；柴油發(fā)電機(jī)；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(jī)組作為石油鉆機(jī)的主要?jiǎng)恿υ?，承?dān)著絞車、轉(zhuǎn)盤（頂驅(qū)）、泥漿泵以及輔助設(shè)備等的供電，它的性能決定著整個(gè)鉆機(jī)的性能。因此，每套鉆機(jī)在出廠前都要對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行性能試驗(yàn)，測(cè)試它的帶載能力。在鉆機(jī)試驗(yàn)井場(chǎng)，由于絞車、轉(zhuǎn)盤不具備帶載條件，通常的做法是利用柴油發(fā)電機(jī)組驅(qū)動(dòng)泥漿泵組，通過不斷加大泥漿泵的泵沖和壓力來提高負(fù)載率。然而受泵沖和泵壓的制約，負(fù)載能力有限，這樣的加載方式不能使柴油發(fā)電機(jī)的帶載能力發(fā)揮到極致。

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

2 柴油發(fā)電機(jī)組加載特性試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)前具備的條件

在做柴油發(fā)電機(jī)組加載特性試驗(yàn)前，應(yīng)具備以下條件：

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

（2）柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷試驗(yàn)完畢，各種參數(shù)已按技術(shù)要求調(diào)整，運(yùn)轉(zhuǎn)正常，能確保柴油發(fā)電機(jī)組特性試驗(yàn)的正常進(jìn)行；

（3）用于柴油發(fā)電機(jī)組特性試驗(yàn)的負(fù)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(cè)試系統(tǒng)，模擬瞬態(tài)情況下的柴油發(fā)電機(jī)組的突加或突卸電壓，通過試驗(yàn)曲線判斷機(jī)組的瞬態(tài)調(diào)壓特性是否滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。

國(guó)標(biāo) GB／T 2820.5－2009中性能等級(jí)及運(yùn)行限值規(guī)定：當(dāng)1＃機(jī)組、2＃機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速和額定電壓下運(yùn)行時(shí)，當(dāng)突加規(guī)定的與功率因數(shù)對(duì)稱的負(fù)載時(shí)，瞬態(tài)電壓偏差δUdyn≤－25%、δUdyn≤－20%，電壓恢復(fù)時(shí)間 tU.in≤10s、tU.in≤6s；當(dāng)突卸規(guī)定的與功率因數(shù)對(duì)稱的負(fù)載時(shí)，瞬態(tài)電壓偏差δUdyn≤＋35%、δUdyn≤＋25%，電壓恢復(fù)時(shí)間 tU.de≤10s、tU.in≤6s。

2.3 加載裝置的原理及接線

為了進(jìn)行此試驗(yàn)，我們專門設(shè)計(jì)制作了加載裝置。它主要是通過投切若干組電阻來實(shí)現(xiàn)給發(fā)電機(jī)組加載，它能將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能以熱能的形式消耗掉?？偧虞d功率可以達(dá)到5000kW，能很好地滿足發(fā)電機(jī)組的加載試驗(yàn)要求。有手動(dòng)和自動(dòng)兩種加載模式。手動(dòng)加載開關(guān)將加載指令傳給主控制板，控制負(fù)載投切電路中相關(guān)接觸器閉合，投入指定功率的電阻進(jìn)行加載。手動(dòng)加載開關(guān)能方便地進(jìn)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(dòng)加載是通過上位機(jī)進(jìn)行的，在上位機(jī)的加載畫面選擇相應(yīng)的加載功率，依靠工控機(jī)與主控制板間的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加載，在上位機(jī)上還能顯示加載過程中的相關(guān)電氣參數(shù)、曲線，并能實(shí)現(xiàn)各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)表的輸出打印。系統(tǒng)還配備12路溫度巡檢儀，對(duì)電阻箱出口處的溫度進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常能及時(shí)報(bào)警。為了延長(zhǎng)電阻的使用壽命，系統(tǒng)還具有風(fēng)機(jī)延時(shí)停機(jī)功能。整套裝置集成在一棟房子內(nèi)，便于運(yùn)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(yàn)時(shí)，只要利用電纜將發(fā)電機(jī)組與加載裝置連接，就可以進(jìn)行試驗(yàn)了，接線示意圖如圖2所示。

圖2 加載試驗(yàn)接線圖

2.4 試驗(yàn)步驟及結(jié)果

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

（2）確認(rèn)罐中有足夠的柴油用于柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行加載試驗(yàn)；

（3）將柴油發(fā)電機(jī)控制柜的功率限定值設(shè)定為柴油發(fā)電機(jī)組功率的100%，每臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組的額定輸出功率為1523kW（發(fā)電機(jī)組型號(hào)為CAT3512CHD）；

（4）分別啟動(dòng) 1＃、2＃柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組，使其上網(wǎng)同步運(yùn)行；

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

（6）利用手動(dòng)加載開關(guān)，使柴油發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷從75%逐步達(dá)到100%左右，此時(shí)保持60分鐘，記錄四臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組控制柜的電壓、電流、有功、母排溫度及柴油發(fā)電機(jī)組的潤(rùn)滑油壓、柴油油壓、冷卻水溫度等參數(shù)；

（7）完成測(cè)試后，允許柴油發(fā)電機(jī)組冷卻并停車；

（8）分別啟動(dòng) 3＃、4＃柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組，使其上網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，重復(fù)上述4－6項(xiàng)試驗(yàn)內(nèi)容；

（9）試驗(yàn)期間如果柴油發(fā)電機(jī)組故障停車或發(fā)生報(bào)警，應(yīng)解決問題后重新啟動(dòng)試驗(yàn)。

試驗(yàn)后得到，1＃機(jī)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(jī)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(jī)組突加電壓曲線圖

圖4 1＃機(jī)組突卸電壓曲線圖

對(duì)照國(guó)標(biāo)中規(guī)定的性能等級(jí)及運(yùn)行限值，結(jié)合柴油發(fā)電機(jī)組加載試驗(yàn)的突加電壓曲線和突卸電壓曲線可以看出，機(jī)組及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，從而也驗(yàn)證了試驗(yàn)方案的可行性。

圖5 2＃機(jī)組突加電壓曲線圖

圖6 2＃機(jī)組突卸電壓曲線圖

3 結(jié)束語(yǔ)

利用專用加載裝置對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行負(fù)載加載試驗(yàn)，驗(yàn)證其帶載能力。本文設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀，已經(jīng)成功應(yīng)用于我公司生產(chǎn)的數(shù)十套鉆機(jī)的出廠試驗(yàn)中。

［1］趙怡民.交流發(fā)電機(jī)瞬態(tài)電壓特性和試驗(yàn)方法［J］.機(jī)電設(shè)備，2005，（3）：40－41.

［2］薛 原.發(fā)電機(jī)組瞬態(tài)電壓測(cè)試的新方法［J］.重發(fā)科技，1992，（2）：13－17.

［3］陳 琳，劉林生，陳 磊.船舶電站交流主發(fā)電機(jī)瞬態(tài)電壓調(diào)整率分析［J］.機(jī)電設(shè)備，2007，（11）：23－25.

［4］李發(fā)海，等.電機(jī)學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，1999.

［5］楊俊智，張洪戰(zhàn)，張友榮，等.GB／T 2820.5－2009 往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)組第3部分：發(fā)電機(jī)組用交流發(fā)電機(jī)［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

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(yáng)人，工程師，碩士，現(xiàn)主要從事石油裝備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及相關(guān)配套工作。

2016－08－01