摘要：在海洋钻机机械设备中，应急柴油发电机组的选择是非常重要的。应急柴油发电机不仅需要在紧急情况下为某些安全设备提供电力，而且在平台黑启动时，也为主发电机组的附属机器提供电源。为研究应急柴油发电机的容量，需先确定发电机的负荷。本文阐述了选择柴油发电机组应满足的要求，分析了连续运行发电机组的运转功率，并提出了负载对应急柴油发电机容量选择的影响。
关键词：海洋钻机机械设备；应急柴油发电机容量；负载
前言
海洋钻井平台用电设备的工况比较复杂，由于钻深不同，地质结构不同和操作不同等都会使用电负荷差异悬殊。一般来说，所选应急发电机的容量必须满足以下要求：发电机额定功率持续运行大于或等于负荷的计算功率；发电机的峰值功率，允许功率大于或等于负载；发电机在大容量电机启动时的瞬时电压降不大于15% - 20%。
一、基本原理
1、发电机容量首先满足稳定计算负荷的需要，主要包括在平台黑启动时电力供应和紧急情况下，由供电和应急两部分提供。在海洋平台上设置的应急发电机组应能在最低的环境温度下启动。若此功能不具备，应安装由检验机构批准的辅助预热装置，以确保冷机启动性能。自动启动应急发电机组应配备检验机构批准的启动装置，并配备至少能六次连续起动能源。此外，它还应该配备一个能在30分钟内启动三次的能量源。与此同时，应急发电机组的柴油机应具有独立的冷却装置和燃油供给系统。
2、柴油发电机组的容量大小，除了满足稳定性计算负荷的需要外，还必须进行电动机启动时的电压降校验。当启动任何电机时，该终端允许的电压降应在规定范围内。在编程中取20%的值。当电压降检查和发电机组容量选择时，以下条件不要忽视：1）负荷对发电机总线的影响。从发电机总线开始负载应该等于电机启动能力的总和，只考虑发动机的启动容量是错误的。在工程实践中，这一点很容易被一些设计者忽略，被忽略负载的影响经常被避免或涉及。2）发电机的励磁和调压方式不同，单位容量的选择也将产生重大影响。3）发电机和电机之间配电线路电压降的影响。即发电机端子电压等于电机端子电压和线压之和。电机应以容量大小启动，以降低发电机的容量。但在国家标准图集和工程图纸中，该电机的二次电路图非常少见。更重要的是，常常与一些消防控制要求相矛盾。因此，建议降低发电机的容量，不依赖于电机顺次启动的方法。
二、电动钻机用发电机的技术参数及选用原则
1、海洋钻机发电机的主要技术参数如下。1） 额定输出电压：600 V或660 V，频率50Hz或60 Hz。2） 功率因数：一般取0.7。3） 绝缘：H级（优质聚胺酯和玻璃纤维等）绝缘材料，正常运行时按B级运行。4） 防护措施：具有三防能力，即防潮湿、防盐雾和防霉菌。5）设计环境温度：±40℃，内配空间加热器。6）阻抗值：瞬变电抗X′d ≥19%，为避免多台发电机并联运行时出现振荡现象，电抗一般为Xd≥120%，为消除各可控硅变流器之间的干扰，超瞬变电抗 X″d ≥14%。7）励磁系统：采用无刷励磁系统，具有反应速度快、励磁能力强等优点，能满足在钻井工况时启动泥浆泵等大功率电动机负荷时，电网压降不会超过允许值。
2、选用原则。1） 符合国际标准和规范。所选发电机应符合通用规范标准，并由几个权威船级社认可。2）依据最大工况下的用电负荷选择。3）可控硅负载的特殊性需要适应海洋平台钻井工艺要求。4）适应电压稳压器的动态响应。发电机的动态特性是保证发电机能快速响应钻井条件变化的要求。海洋钻机模块的环境和特殊的地理位置，整个钻井过程的复杂性决定钻井平台电力系统的复杂性和多样性，高技术、高灵敏度和高可靠性是电气设备的基本要求。
三、钻机用发电机的特点
1、晶闸管装置输出直流电压无论如何改变，恒定的直流输出电流晶闸管装置的交流电流基本保持不变，视在功率的发电机和直流电压无关，降低有功功率输出时，直流电压、无功功率将会增加；随着有功功率的增加，直流电压升高时，无功功率降低。
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有功功率：P=S×cosΦ（kW）；
无功功率：Q=S×sinΦ（kVAR）；
视在功率：S=P+Q（kVA）。
在同样的视在功率为不同功率因数角Φ时，顶部视在功率S轨道为半弧。一个已知的电压有功功率P值，就能知道功率因数cosΦ值。
2、根据钻探技术的要求，因此，调节晶闸管的控制角设备A可以满足绞车、转盘、泥浆泵无极调速要求，晶闸管装置输出有功功率P随着控制角A变化而改变。因此导致发电机组的操作是需要提供大量的无功功率，特别是电动机在低电压、低速度和轻负荷运转时表现的特别明显。
3、发电机铭牌通常有两种功率，即有功功率和视在功率。发电机额定转速下的视在功率是恒定的，运行时的功率因数cosΦ值取决于其负载，因此发电机运行时的功率因数和晶闸管装置的功率因数相当。
四、设备中机组容量的确定及校验发电机的功率
1、对于海洋钻机机械设备应急柴油发电机组的容量，第一步是平台黑启动时主机组的附加机器需要计算负荷，要在紧急情况下计算安全设备的负荷。一般是先根据生产过程的要求来确定一级负荷，然后考虑其它负载。基于两者的较大值，可以同时满足两方面的相应需求，可以通过组合这些负载来获得容量。
2、当电机启动时，发电机端子上产生一个大的电压降，因此提出相关的规定，此时产生的母线电压不小于额定电压的75%-80%，否则它将导致继电器和接触器失效电压行程，电机无法启动。当发电机母线电压过低时，保护开关动作将导致发电机启动失败。由此可见，最大的电动机在负荷启动时柴油发电机组的电压降是分析应急发电机容量的必要条件和关键部分。一般来说，随着电机功率的增加，应急发电机组的容量也随之增加。
五、机组的连续运转功率及负载对发电机容量选择和影响
1、在选择应急柴油发电机的容量时，应考虑发电机组的连续运行功率在同一种情况下，运行功率需要在额定工况下运行十二小时能够保持正常体温。同时，应急发电机的容量也应考虑到海洋环境温度低的特点，正确调整。准确的容量调整值应参照制造商的生产标准。同时应注意，排气管道和排气百叶窗的设计将影响发电机，因此，工作环境在布置时应科学合理地进行，以实现机组的正常散热。
2、应急柴油发电机组容量的选择，没有统一的计算公式：一些简单将电力变压器的容量确定为10%-20%；其中一些增加到负载；有些是基于投资者的自愿选择，导致应急发电机组的容量选择的不准确性，如容量选择过大是一种浪费的投资，太小而不能满足事故时的使用要求。
3、负载的特性和大小是发电机最关键的因素。当发电机组负荷为非线性时，如品闸管整流器、UPS和高频开关电源被加载时，在深入分析负载的大小对机组的影响程度。众所周知，晶闸管产生电压波形，在触发时产生阶梯型畸变。它包含了大量的高谐波产生，谐波电流流入电力系统，发电机定子绕组线线圈将会造成电压波形的畸变，将损坏与发电机相连的其他负载。正常情况下，当电力由市电供应时，电网的容量大大超过整流的负荷能力，因此是非线性的负荷相对电网容量，影响小，电压畸变不明显。柴油发电供电时，非线性负载所占电源容量达到30%以上时，晶闸管就会由此产生高谐波电流，流过同步发电机定子绕组、电压波形产生严重畸变，使谐波电流造成电机过热，加速电机的绝缘老化。
六、结束语
总之，柴油发电机虽不是海洋钻机系统的核心，但作为一种应急电源设备是保证平台正常运行、确保应急人员安全的重要设置，有其不可替代的作用。因此，新技术的创新与操作人员应不断加强技术培训。
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[5]闫重文.机组的连续运转功率及负载对发电机容量选择和影响[J].科技应用，2016.
论文作者:岳宗林
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/15
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