综述燃气发电机组频率影响因素

综述 燃气发电机组频率影响因素

王耀欣 1 ， 杜义朋 2 ， 付建增 2 ， 田艳永 2 ， 赵胜秋 3

1 国家管网集团西部管道塔里木输油气分公司 新疆巴州库尔勒 841000 ， 2 中国石油管道

工程有限公司管道投产运行分公司 河北廊坊 065000， 3中油国际管道有限公司 北京朝阳 100000

摘要：燃气发电机组广泛运用于天然气输送的压气站场。随着输气企业对连续输送的要求越来越高，压气站场的用电设备对电源输出的稳定性提出更高的要求，生产实践中应尽量避免因发电机组故障导致电力系统频率波动甚至供电中断。针对卡特燃气发电机组运行时出现的频率不稳故障现象，本文采用故障树分析法建立起发电机组频率不稳故障树，对频率不稳故障原因进行逐步分析，阐述故障快速查找与定位的方法，最终确定故障点，并通过调试将故障排除。

关键词：燃气发电机组；频率不稳；故障分析

燃气发电机组如果出现频率不稳且超出合理范围会给发电机组本身和站内用电设备带来影响^[1]：

1. 发电机组频率的不稳定将会影响电子设备的正常工作；

2. 电动机转速与系统频率是相关的，频率变化将改变电动机的转速；

3. 频率降低，无功功率负荷将增大，导致系统电压下降；

4. 低频率运行时，发电机组的通风量将减少，为了维持保证正常电压，要求增加励磁电流，使发电机顶子和转子的温升增加，为了不超温升限额，降低发电机所发电量；

5. 增加了故障停机的风险。

虽然实践中出现频率大幅波动的现象比较少见，但引起燃气发电机组频率不稳故障的因素众多，一旦出现难以快速定位故障点，给安全生产运行带来巨大隐患和挑战。

一、故障现象

四冲程燃气发电机组型号为3516A，额定转速为1 500 r/min，额定功率为975kW, 额定电压为400 V，配置电子调速控制装置。负荷超过600KW时频率波动较大，直观表现为机组转速差可达20转。

二、故障原因分析

根据发电机频率与原动机转速关系：

可知，发电机工作频率 f 与转子转速n和磁极对数p 有关，发电机工作频率不稳是由于发电机转速波动引起的。引起此故障因素很多，如转速传感器测量失真、空燃比设置偏差、燃气管路漏气或脏堵、电子调速器故障、负载波动太大等^[2]。解决故障的关键是确定故障点，笔者采用故障分析法是建立了发电机组频率不稳故障树，如图1所示。

图1 发电机组频率不稳故障树

三、原因判断和故障排查

故障原因判断应从可能性大的、较容易检修的地方入手，按照由外到内、简单到复杂的顺序进行，应避免盲目拆检增加维修工作量。

1、对燃料气调压阀进行检查

燃料气流量是由空气和燃料气的压差来决定，通常，燃料气的压力必须要高于空气压力。用调节螺钉调节通过调压阀的燃料气压力。

2、对涡轮增压器和排气旁通阀进行检查

涡轮增压器的涡轮与排气歧管和弯头相连，压气机与空气滤清器和后冷却器相连。

排气旁通阀控制进入动力涡轮的流量以保持稳定的期望增压压力。排气旁通阀由增压压力来控制。过度增大压力会导致发动机过载、过热、爆震和涡轮增压器喘振。

3、对调速执行器EG-3P和气门拉杆进行检查

EG-3P是一个液压执行器。电子调速器2301A将电控制信号传给EG-3P，EG-3P驱动与节气门连接的机械连杆对进气量进行控制。气门拉杆是连接调速执行器与节气门的机械连接，如果连接轴卡涩会对速度控制造成影响。

4、对电子调速器进行检查

2301A端连接节气门执行器与速度传感器的屏蔽电缆的非屏蔽段太长，裸露近1米，且相应的屏蔽线接到了控制柜的接地汇流排上（2301A说明书要求^[3]：信号线应该使用屏蔽线，以防止从临近设备中拾取电磁干扰信号。接线时，去掉屏蔽层的导线要尽可能短，不要超过 5 厘米；屏蔽线应在控制器一端接地，屏蔽线另一头保持开路。布置信号屏蔽线时，应避开携带强电流的电缆）。按照要求柜内接线进行整改重新接线后对屏蔽电缆的绝缘阻值进行测量，正常。对电缆芯线进行电压测量时，发现屏蔽层对地有3.6V交流电，重新敷设电缆路由，明显好转，但故障未完全解决，开始对电子调速器进行调节。

机组启动进入怠速运行后，频率14.91-50.10HZ,速度1497-1503RPM，很稳定。逐渐增加负载到700KW,速度上下波动8-14转，负载增加到750KW，速度上下波动15-24转。当负载波动时，速度变化更大。先逆时针调节Gain，发现速度变化增大，恢复调整Gain。顺时针调节Reset后，速度变化有所好转，再顺时针调节Actuator Compensation,700KW时速度上下波动6-10RPM，负载增加到750KW，速度上下波动8-12RPM。机组保持高负荷750KW运行72小时进行观察，负荷在750KW时速度上下波动8-12RPM,结果可接受。可见按照调速器通讯干扰或信号衰减的思路进行检查是正确的

^[4]。

对于电子调速器相关参数进行调整及调整过程中应注意的地方可参考以下内容，

调整步骤可按下列顺序进行。

（1）转速设定

启动发电机运行后，发现发电机转速稍偏离怠速值，重新调整低速设定电位器，将其调整到出厂设定值。调整的方法为：顺时针调节增加转速，逆时针调节降低转速，直至达到所要求的怠速。然后拨动开关使发电机从怠速升到高速运转。观察转速表指示，比额定转速值偏低，调整电位器使转速达到额定转速。调节时，顺时针调节增加转速，逆时针调节降低转速。在怠速和高速值设定后，要仔细观察转速的波动情况。调节过程中发现波动幅度超过±0.25%，需要进行稳定性调整将转速调整到满足要求。

（2）稳定性调整

图1 稳定域示意图

在稳定域示意图1中，微分和增益在阴影区域时，发电机组才能稳定运行，如果小于低增益稳定线，发电机将会低频游车；越过高增益稳定线，发电机将会高频游车。在保证系统具有一定稳定余度的前提下，微分和增益应接近高增益稳定线，确保电子调速器具有优良的动稳态调速指标。稳定性调整时，需要调节增益、微分（稳定）电位器。调整增益电位器可调节系统的灵敏度，获得合适的瞬时响应速度，顺时针旋转增大，逆时针旋转减小；微分电位器可调节系统的响应时间，获得合适的瞬时响应速率，顺时针旋转增大，逆时针旋转减小。

（3）转速动态指标调整

调速系统的动态指标包括瞬时调速率和稳定时间，当发电机组电子调速器达到电站调速指标时，通过突然卸载负载对微分、增益的精细调整，来寻找发电机组的最佳工作点。寻找该工作点时，先将微分置于低增益稳定线附近的位置，再顺时针旋转增益电位器至3点钟方向，直到发电机转速出现高频波动，然后逆时针旋转电位器逐渐减小微分，直到发电机稳定运行，调节过程中可结合发电机运转的声音来判断是否运行平稳。

（4）稳态调速率调整

稳态调速率也称速降，调速器的准确性与速降的值有关，速降值小准确性好。发电机组的稳态调速率通过转速控制器上的速降电位器调节，顺时针旋转稳态调速率增大，反之减小。调节时，先将速降电位器设定在一个位置，然后分别观察发电机空载与负载时的转速变化情况，根据其计算公式计算稳态调速率的值，如果没有达到要求，根据其变化趋势调节速降电位器，然后重复以上加载试验，反复调节直到符合要求。值得注意的是每次速降调节后，速度调节需要重新进行。

四、结论

本文对卡特燃气发电机组频率不稳的故障原因进行了概括和分析，由于产生此类故障的因素很多，采用故障分析法进行逐层逐步分析与排除，最后将故障原因锁定在调速控制系统上。通过反复调试，最终发电机组在不同工况下能稳定运行。希望文中所述发电机组频率不稳的诊断及电子调速器参数调整的方法对解决此类故障提供一定参考价值。

参考文献

[1]徐学武.康明斯柴油发电机组频率不稳故障分析及解决[J]设备管理与维修,2012(4):19-20.

[2]郭富源.故障树理论在远程诊断系统中的应用研究[D].大连:大连理工大学,2007.

[3]卢新湘,徐健良.电子调速器故障判断与排除[J].移动电源与车辆,2008(2):40-44.

[4] 郑齐清刘太民. 柴油发电机组频率不稳故障分析与解决[J].船舶机电技术,2017(9):38-40.