摘要：针对海上平台柴油机组启动电瓶存在大电流放电能力差，低温性能不好，经常出现无法正常启机的现状，提出了利用超级电容代替化学蓄电池，成功解决柴油机组启动困难的问题。通过海上平台启动电瓶的参数分析，研发出两款超级电容产品，通过超级电容产品参数的分析及现场启动实验数据的分析，充分验证了超级电容储能技术在海上平台柴油机组启动领域的应用。同时也响应了国家 “降本增效”政策。
关键词：采油平台；超级电容；柴油机组；启动电瓶
1引言
海上固定式平台柴油发动机多采用蓄电池启动，如柴油应急发电机、柴油消防泵、柴油吊机等，都属于平台关键设备，对启动电源稳定可靠性要求很高。一旦蓄电池发生亏电现象，将无法正常启机，且容量耗尽后蓄电池充电时间长，无法保证应急响应。启动电源为镍铬蓄电池启动，镍铬蓄电池日常维护工作量比较大，使用寿命短，通常为5-7年，适用温度为0-40℃，且整体更换成本高、充电速度慢、低温环境下电池容量急剧下降等缺点。
2超级电容储能技术概述
超级电容器用静电极化电解溶液的方式储存能量,它的面积来自一个多孔的碳基电极材料。这种材料的多孔结构，允许其面积接近2000平方米每克，远远大于通过使用塑料或薄膜陶瓷。超级电容器的充电距离取决于电解液中被吸引到电极的带电离子的大小。这个距离（小于10埃）远远小于通过使用常规电介质材料的距离。巨大的表面面积的组合和极小的充电距离使超级电容器相对传统的电容器具有极大的优越性[1]。
3超级电容启动柴油机实验及数据分析
3.1超级电容启动实验步骤及参数。为验证超级电容启动柴油机的可行性，进行了超级电容启动应急柴油机实验，选取一台典型功率的柴油机组，用超级电容启动模组代替，对机组进行启动测试，记录超级电容模组电压值，如此反复直至无法启动。具体参数如下：
柴油机组：康明斯KTA50-G3
功率：1000kw
启动马达额定电压：24V
原启动电瓶参数：12V 200AH （两组串联）
超级电容模组参数：16V,500F标准模组 2串9并，共18组
户外温度：0-2℃。
3.2超级电容启动实验数据分析。经实测，使用18组超级电容成功启动柴油机13次，每次启动柴油机超级电容的电压曲线如图1所示，通过计算可得到启动柴油机所需的能量值,超级电容能量值与电压平方成正比，随启动次数的增加，超级电容两端电压在线性下降，直至13次时无法启动机组。通过分析每次启动消耗能量曲线分布图来看，第一次冷启动所消耗能量大，其余正常启动机组每次所消耗的能量基本相同。通过启动实验的数据分析，我们认为超级电容不仅适用于柴油机组的启动，同时获得优于化学蓄电池的启动特性，同时具有优异的低温特性和超长寿命，对于替代传统化学启动电瓶作为平台启动电源，有着很大的潜力。
4超级电容启动装置产品及应用情况
根据超级电容启机测试数据，结合海上平台柴油机组特点及需求，开发出两款分别适用于应急机和柴油吊车机组的超级电容启动装置，分别为应急机超级电容启动柜和柴油吊车超级电容启动装置，具体如下。
4.1应急机超级电容启动柜。应急机超级电容启动装置由机柜、超级电容模组、充电机、放电维护装置、监控单元等组成。在传统启动电瓶的基础上增加监控、显示、报警和维修放电的功能，方便现场人员实时监测超级电容的状态信息。
4.1.1超级电容启动柜硬件配置情况如下。1.机柜外壳及结构件采用镀锌板材料。2.单模组由12只3000F单体串联组成，模组可多个并联安装到机柜中，最多可并联12个模组；3.充电机为恒流限压方式，充电电流30A，电压25-30V可调；4.设置维护放电装置，以便检修时放掉电容器中的电量；5.监控单元：装置设置监控单元，监测电容电压，充电电流，各个单模组的温度，由触摸屏实时显示，各个参数可实时上传到上位机；6.电容模组组合方式：做成螺栓固定连接。
4.2柴油吊车超级电容启动装置。
4.2.1 设备参数。根据海上平台柴油吊车的现场环境特点，以及柴油机组工况参数分析，开发出柴油吊车超级电容启动装置，装置外壳采用316L 不锈钢材质，防护等级IP56，采用两组30V/250F超级电容模组并联，满足柴油机启动需求。尺寸为470*360*315mm，重量为20kg，方便现场人员安装。
4.2.2海上应用情况。柴油吊车超级电容启动装置于2016年7月8日首次在某海上平台成功运用，本平台柴油机为CAT3406机组，功率为344kw，启动马达功率11kw。通过启动实验，在模组充满电的情况下，连续启动机组12次，完全满足吊机日常的生产需求，其启动性能大大优于原有蓄电池组。同时经过11-2月4个月冬季环境温度中（-20℃— -30℃）进行日常启动柴油机组作业，平均每天3—5次，启动成功率100%，未出现无法启动机组的情况。验证了超级电容模组良好的低温特性。目前柴油吊车超级电容启动装置在8个平台得到成功应用，共10套。实际使用效果均得到现场作业人员的一致认可。
5结论
本文分析了超级电容工作原理及特性，并通过实际测试验证了超级电容用于替代传统化学蓄电池作为柴油机组启动电源的可行性，同时结合海上平台特点研发了两款分别适用于应急机和柴油吊车的超级电容启动装置产品。通过海上平台的实机测试，验证了超级电容启动模组大电流放电能力和低温特性，其性能和效果得到了平台人员的一致认可，我相信这两款产品具备在海上平台大规模推广的潜力。
参考文献
[1]周冬兰;高立军;汪涛;张宁;超级电容器的储能原理及其电极材料的研究进展[A];2007高技术新材料产业发展研讨会暨《材料导报》编委会年会论文集[C];2007年
[2] 王凯;超级电容器的制备及性能研究[D];大连理工大学;2014年
作者简介：
欧阳俊，男，1973年6月6日出生，工程师，任职于中海石油（中国）有限公司天津分公司，主要研究方向为电气设备维修管理.
论文作者:欧阳俊
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/9/18
标签：电容论文; 柴油论文; 机组论文; 模组论文; 装置论文; 平台论文; 吊车论文; 《电力设备》2018年第14期论文;