摘要：透平发电机组是海上平台中复杂且集成化程度很高的机电设备，承担着为平台各个系统供电的重任。为分析海上平台透平发电机组电气系统设备的调试过程及方法，从电气系统调试角度出发，依托国内某平台透平发电机组的调试过程，对机组电气系统设备组成及调试方法进行分析梳理，总结电气系统设备的调试注意事项，并形成主要结论：透平发电机组点火启动前，要对电气系统设备做好线缆校线及绝缘检查，确认压接端子连接紧固；透平发电机组负载加载测试时，输出电压与频率保持相对稳定，功率因数维持在0.85附近，对于发电机组的稳态运行至关重要；在并车试验时，负荷加载速度必须平缓，并合理分配并联机组的有功功率与无功功率；在负载转移测试时，控制调频调压合理，避免升降幅度过大导致机组停机。
关键词：透平发电机组,电气调试,并车运行,负载转移
0引言
透平发电机组是海上平台重要的电力供给源，承载着为整个平台用电设备提供电力需求的重任，其工作原理是通过燃气轮机驱动发电机，转子和定子产生相对运动而形成感应电流，从而实现机组机械能向电能的转化输出[1-4]。作为海上平台集成化程度最高的大型复杂机电设备，透平发电机组启机调试过程需要机械、电气、仪表等多专业的协作配合，其中电气专业调试贯穿整个调试周期，在机组辅助系统调试、负载试验、并车运行、负载转移等各阶段发挥了重要作用，为机组整体顺利启机调试提供了电力供给与重要保障。
目前，国内技术人员多从机械系统设备的角度出发，针对透平发电机组的安装方案、调试问题、故障案例分析等方面进行技术探讨[5-7],鲜有针对机组电气系统设备整体调试过程与方法的研究分析。而透平发电机组电气系统十分复杂，故本文为分析海上平台透平发电机组电气系统设备的调试过程及方法，依托国内某平台透平发电机组的调试过程，对机组所属电气系统设备组成进行全面介绍，并结合现场调试经验与数据，梳理分析电气系统设备调试过程与方法，进而总结电气调试注意事项，形成主要结论，旨在为海上平台透平发电机组所属电气系统设备调试过程提供技术指导和方法参考，保障机组整体调试顺利进行。
1透平发电机组所属电气系统设备组成
图1所示为TITAN130型透平发电机组本体主要组成结构，其主要包括燃气排放管、透平、燃烧室、压气机、进气导流罩、变速箱、启动马达、联轴器及发电机。此外还包含柴油（天然气）系统、辅助空气供气系统、滑油系统、清洗系统等机组辅助设备系统。
对于透平发电机组，主要涉及的电气系统设备有电气和控制系统，包括电气盘柜、控制箱，机组控制盘、辅助盘，电池组、充电器等；机组启动系统，包括变频控制箱、启动马达等；辅助类电机设备，包括前／后润滑油泵、备用润滑油泵、顶轴油泵及柴油增压泵等电机、滑油冷却风机电机等。透平发电机组本体及其辅助系统的电气设备通过动力电缆、控制电缆及通讯电缆互相建立连接，这其中涉及大量线缆及相关设备，因此电气系统的调试工作量繁重，其工作进度在很大程度上直接影响发电机组整体调试进度。
2透平发电机组电气系统设备调试方法
2.1调试前准备与检查
调试前应根据透平发电机组调试程序及表格梳理电气专业调试内容；阅读相关设备电气原理图及厂家提供的技术资料；准备好380 V/3 Ph/50 Hz供电电源，220 V/1 Ph/50 Hz控制电源，保证动力供给；准备好电气相关工机具及材料等。
透平发电机组作为大型机电集成设备，调试前的各项状态检查尤为重要，其不仅是保障人员及设备财产安全的前提，也是开展调试作业的先决条件。对于环境检查，确认电气设备区域整洁，照明充足；对于安全检查，确认电气调试区域警示带和警示牌悬挂到位，电气盘柜抽屉挂牌上锁，调试区域内无易燃易爆物品堆积，并禁止交叉作业；对于调试条件检查，检查电气设备的合格证书及检验证书，检查发电机组的出厂试验报告，检查动力电缆与控制电缆的校线报告，检查发电机电气盘与高压电缆的耐压试验报告。
此外，为保证发电机组调试正常进行，还需对相关辅助系统进行调试检查。包括应急供电系统，低压、中压配电系统，发电机组辅助电气控制盘，干式负荷装置及调试用的临时设备、电缆，确认已调试完成并满足使用要求。
2.2现场调试
2.2.1电缆接线及设备外观查验
对于透平发电机组电气及控制系统，所涉及的电气盘柜、控制柜内部卡件需清盘吹扫完毕，主机辅助盘内电缆和机组控制盘内的电缆需连接完成且校线合格，辅助盘及控制盘内部的电气开关正常，电池组及充电器安装并连接完成，滑油加热／冷却器电器检查合格，最后确认接地线连接牢固。对于透平发电机组启动系统，应重点检查启动马达变频控制柜、燃料泵变频控制柜，内部电气开关动作灵活，内部线缆连接无误。
此外，在机组上电前务必做好绝缘检查工作。包括发电机主体部分，绕组、励磁系统、空间加热器等；还有大量辅机类设备，如各类型泵机、冷却风扇、加热器等。
2.2.2功能模拟测试
对于操作功能测试，主要包括控制盘的功能：触摸屏、指示灯按钮、仪表和声光报警，对于控制阀及电磁阀的动作反馈，测试变频控制柜及充电器的按钮指示灯功能，测试中压配电盘、主机启动控制柜与主机控制盘的通讯功能，测试并车、联锁、卸载功能。
对于透平发电机组启动、停机顺序功能的测试，确认扫车时间的设定正确。
对于安全保护功能测试，主要包括报警功能测试，振动高、轴承温度高、润滑油和燃料油低压低液位、烟气排放温度高等；对于关断功能测试，有紧急停机、燃油和润滑油压力低停机、轴承温度高停机、超速运行与电气系统故障停机、火灾事故停机等。
对于辅机类设备的功能测试，主要包括滑油系统：润滑油冷却风机、前／后润滑油泵、备用润滑油泵；通风系统：发电机冷却风机、罩壳通风机；燃油系统：柴油增压泵；均需要进行转向、启动与工作电流的确认。
2.2.3盘车试验
对于盘车前准备，在启动前要断开发电机的出线开关、励磁开关、橇内及橇外燃油增压泵电源；相关控制盘包括控制盘检查上电及各类仪表显示正常。
对于正式盘车，首先在机组控制盘选择盘车模式并启动，检查辅助设备按次序依次启动，启动电机正常运行，机组到达设定转速；在盘车期间的关键技术指标也需要重点关注，包括透平转速、滑油系统各测点及推力轴承温度、滑油系统各测点压力。当盘车结束，停机时确认各辅助设备按顺序停机，后润滑油泵按程序所设置的预定时间运行。
2.2.4机组点火启动
启机前做好电气检查，检查机组控制盘并上电，确认仪表显示正常；检查机组控制柜，确认启动许可；检查励磁系统，确认其已隔离；在控制盘上选择点火模式，并启动机组。机组按启动顺序启机并完成点火，进行升速和定速；启机后监测关键技术指标正常，停机时确认各辅助设备按顺序停机，后润滑油泵按程序所设置的预定时间运行。
2.2.5空载试验
启机前检查发电机励磁系统并调节至最小值，确认电气盘工作正常；按照启动程序启动机组；调节电压、频率等参数至设计要求的数值；空载试验时间遵照调试大纲及操作手册要求；机组达到额定转速，运行平稳后，检查机组及各系统运行正常，确认无泄露，测量并记录关键电气参数：输出电压、频率。停机时确认各辅助设备按顺序停机，后润滑油泵按程序所设置的预定时间运行。
2.2.6负荷加载与突加／突卸试验
检查确认负荷装置是否已和电气盘柜可靠连接，开关处于关断位置。按照单台发电机额定功率的25%~100%负荷，分4次依次增加25%加载测试；合上发电机出线开关，逐渐加载至每一测试的负荷点；加载过程缓慢、分步停顿，每次停顿后检查确认机组运行正常，如有异常应紧急停机，重点关注发电机绕组温度的变化；在每一负荷下机组运行稳定时，测量并记录发电机主要电气参数：频率、输出电压和电流、有功和无功功率、功率因数[8-9 ] , 试验参数如表1所示。
根据表1可以看出，随着负载增加，输出电压、频率保持相对稳定，输出电流、有功功率、无功功率逐渐增加，功率因数cosφ稳定在0.85附近，其反映了发电机组有功功率、无功功率与视在功率之间的关系，功率因数过高将导致系统无功裕量减少，影响发电机稳态运行；功率因数过低将导致励磁电流上升，转子温度升高而缩短寿命，因此功率因数的稳定至关重要。在负载试验增加至满负荷运行后，逐渐卸载至空载，运行10 min后进入自动停机程序。
负载突加／突卸的标准按照额定载荷的0%至50%、50%至100%、100%至0%依次进行加载和卸载；测试并记录负载改变前后的电气参数：输出电流、有功功率、无功功率、频率及稳定恢复时间、电压及稳定恢复时间[10-11];停机时确认各辅助设备按顺序停机，后润滑油泵按程序所设置的预定时间运行。
2.2.7并车运行与负载转移试验
并车时各机组在热机状态下进行：启动一台机组加载4000 kW,启动待并机组，核相，手动和自动并车，手动和自动分配负荷，并联运行加载10 000 kW试验，试验参数如表2所示。
两台机组在并车试验时，需保证电压、相位、频率、相序均一致，根据表2可以看出，此时各自负载功率、负载比率、电流和功率因数均保持相近状态，A/B机组并车后立即稳定运行，提高了供电电压和频率稳定性，可承受较大负荷变化的冲击，提高了海上平台电力系统的可靠性。
测试自动负载与手动负载转移功能，通过U CP调速、调压功能分别调节有功功率和无功功率，两台发电机组并联运行，当一台发电机组的电压增加时，此时无功功率呈增加趋势，当电压下降时则无功功率呈下降趋势[12-16];当发电机组的速度升高时，此时有功功率呈增加趋势，当速度下降时有功功率呈下降趋势。
2.2.8停机
发电机组空载稳定运行10 min后停机，后润滑油泵按程序所设置的预定时间运行，测量各系统设备的热态绝缘电阻：包括前／后润滑油泵与备用后润滑油泵、滑油冷却风扇与加热器、发电机部分的定子绕组和励磁系统等。最后移除临时电缆、设备、各类警示隔离标志，清理调试作业现场。
3电气调试注意事项
(1)透平发电机组电气系统线缆繁杂，其连接各个子系统设备，完成电力输送和电气控制。在上电调试工作开展前，必须严格做好电缆查线校线工作，确保线路连接正确，且电缆压接端子连接紧固。确保上电调试期间安全，避免线路接触不良产生火花，造成设备损坏和人员伤亡。
(2)透平发电机组并联运行试验时，对于并联机组的有功与无功功率分配应当合理平衡。当机组负载发生波动时，若出现并联机组的有功功率分配不平衡现象，进一步导致自动转移，那么将扩大并联机组之间的有功功率之差，出现逆功率的情况，造成发电机负载过大而停车。一般在并车试验时，应注意检查调速器是否工作正常，通过调速器升速或减速平衡功率分配。
(3)在透平发电机组负载转移试验时，注意有功功率与无功功率的数值，防止逆功率现象发生导致停机；注意通过调频调节有功功率，通过调压调节无功功率，做到频率与电压调节合理，特别是升降频率时避免升降幅度过大导致停车。
4结束语
透平发电机组为海上石油平台各系统设备提供电力供给，在机组调试过程中电气专业贯穿全程。本文从电气调试的角度出发，对透平发电机组电气系统设备组成及调试过程方法进行梳理分析，并总结电气调试注意事项，主要结论如下：(1)透平发电机组点火启动前，要对电气系统设备做好线缆校线及绝缘检查，确认压接端子连接紧固；(2)透平发电机组负载加载测试时，输出电压与频率保持相对稳定，功率因数维持在0.85附近，对于发电机组的稳态运行至关重要；(3)透平发电机组并车试验时，注意负荷加载平缓，并合理分配并联机组的有功功率与无功功率；(4)透平发电机组负载转移试验时，控制调频调压合理，避免升降幅度过大导致停机。
综上，以期对未来海上平台透平发电机组电气系统设备调试提供技术指导和参考。
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