1、系统解决方案 簿竣黪港糕麓 海上无人石油平台UPS与柴油发电机组匹配问题 刘国锋。万光芬，魏澈 (中海油研究总院，北京100027) 摘 要：从UPS产生的谐波对海上无人平台电力系统、发电机组及UPS自身等造成的危害切入，结合海上平台 UPS的运行情况分别从UPS和柴油发电机组不兼容的原因及选型要点两方面探讨海上无人石油平台UPS系统和柴 油发电机组之间的容量匹配问题。 关键词：海上石油平台；A-?-台；UPS；柴油发电机组；容量匹配；谐波 UPS and DieseI Generator Matching Problem in Unmanned Offshore OiI PIalfOrm L
2、IU Guofeng，WAN Guangfen，WEI Che (CNOOC Research Institute，Beijing 100027，China) Abstract：The harm caused by harmonic of UPS on power system，generator and UPS of unmanned offshore oil platform are introducedCombined with operation condition of UPS of unmauned offshore oil platform，the matching proble
3、m of UPS and diesel generator capacity is discussed from aspects of incompatible reason of UPS and diesel generator and selection Keywords：offshore 0n platform；unmanned oil platform；UPS；diesel generator sets；capacity match；harmonic 0引言 海上石油平台电源系统主要由主电源、应急发电 机组和UPS组成当主电源失电后。应急发电机组应 快速自动起动并向应急负荷连续供电至少
4、18h以满 足海上石油平台上的重要应急设备及系统的用电要 求。对于关键性负载(如平台通信、火灾测控及仪表控 制等系统设备)需要将UPS和应急柴油发电机组合 使用以提高供电系统的连续性和可靠性。因此保障 UPS和应急柴油发电机组的稳定可靠运行对于海上 石油平台的安全运行至关重要 1 UPS与柴油发电机组配套使用时易出现的 问题 由于UPS使用的整流器和逆变器等电子开关元 件会产生谐波当UPS作为柴油发电机组负载时会不 断地向发电机组反射大量的高次谐波其中以5次和 7次谐波危害最严重尤其是非线性负载较大而发电 机组容量较小时容易出现不同程度的异常现象或者 故障： (1)UPS产生的电流谐波分量“倒
5、流”造成输入 电压波形畸变造成发电机组输出电压稳定性差形 作者简介：刘国锋，从事海洋油气电力系统设计和研究工作。 收稿日期：20140712 10 、nn chinacaaacom 自动化应用 成震荡(震荡范围达到1020)：同时将导致发电 机组输出电流大范围摆动且该摆动无法调整最终 造成UPS损坏 (2)发电机组输出频率漂移使发电机组震动加 剧，加速机械磨损，甚至损坏机件，同时将致使UPS保 护动作不能正常工作 (3)UPS因检测到过电压或过频率而自动关断整 流器由后备电池组向负载供电 如此反复会造成电 池过分放电循环大大缩短电池寿命严重者会将电 池电量全部放光输出中断 当频率变换超出预先设
6、 定的极限值时逆变器频率变化无法跟上旁路电源的 频率变化旁路静态开关将禁止切换到旁路可能造 成UPS的损坏 2某海上石油平台UPS运行情况 选取海上某石油平台UPS进行现场检测其UPS 负载数据如表1所示UPS电能质量测试数据如表2 所示。 表1 某海上石油平台UPS负载数据 电压 A视在功率kVA有功功率kW无功功率kvar功率因数 系统解决方案 雾鬻 溪嚣 表2某海上石油平台UPS电能质量测试数据 表4 UPS不同整流滤波方式的比较 频率偏差，Hz电压偏差，电压总畸变率，电流总畸变率， 测试点名称 国标实测国标实测国标 实测 实测 从海上平台现场测试数据分析该UPS正常工况 下为轻载运行，
7、输入侧功率因数低(05左右)，总谐波 电流畸变率高对平台电力系统的电能质量有一定的 影响尤其是对无人简易平台小型电力系统及其电气 设备有较大影响。 3 UPS与柴油发电机组间的匹配选择 UI)s与柴油发电机组合所带来的问题是客观存在 的。对于海上有人石油平台，应急用电负荷通常较大， 柴油发电机组容量一般为6301500kWUPS容量一般 不超过10100kVA两者容量相差较大UPS产生的谐 波对柴油发电机影响相对较小：而对于海上简易无人石 油平台而言平台上应急柴油发电机和UPS两者容量 比较接近。二者问的相互影响较大。需考虑匹配问题。 UPS与发电机组问的匹配问题涉及到两者的选 型重点是两个自
8、动调节系统的兼容性需要在两者 间采取适当措施予以解决 既要避免发生“大马拉小 车”的现象又要保证整个供电系统安全稳定运行。 31 UPS的选择 UPS系统作为非线性负载整流方式一般有6脉 冲可控硅(SCR)相控整流、12脉冲可控硅(SCR)相控整 流和IGBT高频整流器等目前小容量UPS多采用6脉冲 整流。不同整流方式下UPS技术参数对比如表3所示。 表3 UPS不同整流方式对比 功 数谐 全流无功损耗 电嫠金围 UPS输人谐波电流是造成UPS和柴油发电机组 匹配问题的主要原因 IEEE std519等标准要求商业 和工业用户向公共电源系统反馈的最大总谐波失真 (TDD)应小于5，故如果UPS
9、输入谐波电流达到标 准值两者匹配问题即可解决。 减小UPS输入谐波电流的方法主要有在整流器输 入端串联电感、前端采用IGBT高频整流器、在整流器输 入端加LC无源滤波器、12脉冲滤波器、总谐波控制有源 滤波器等 UPS不同整流滤波方式的比较如表4所示。 整流、滤波方式 总 变 功 含素 优点 缺点 32柴油发电机组的选择 321发电机组的输出功率 发电机组的输出功率与UPS的容量并不是简单 的一对一关系在考虑了UPS实际负载外还需要考虑 UPS电池充电功率、UPS整机效率、UPS整流方式、UPS 整流器引起的谐波电流失真等 柴油发电机组相对于 UPS的容量越大柴油发电机输出电压失真越小但工 程
10、投资越大_3_ 一般选择发电机组输出功率是UPS容 量的2倍以上柴油发电机输出电压失真减少到10 15即可保证柴油发电机组和uPs的正常运行 但由 于UPS的负载率一般为5080对于发电机组来说 其带载率仅有30左右这样不但造成了发电机组的 容量不能充分利用增加了设备投资而且发电机长期 工作在小负荷下更容易产生积碳、气缸磨损等故障隐 患。增加维护量，降低发电机组的可靠性。综合各种因 素负载率宜在60以上。对柴油发电机组较为有利。 322发电机组的励磁方式 小容量同步发电机的励磁方式主要有无刷永磁 式(PMG)、无刷自励式、三次谐波励磁式和相复励式 等 其中无刷永磁式发电机组的AVR只有信号源来
11、 自发电机的电枢绕组功率源取自PMG的电枢绕组 与同步交流发电机电枢绕组的电势波波形畸变无关 因而可提高发电机组带非线性负载的能力具有更强 的抗无线电干扰能力 一般UPS与柴油发电机组的功率比可在1：f1 25)之间匹配，即可保证柴油发电机的正常工作 33两者配套使用 为了使UPS与柴油发电机匹配工作的交流供电 系统连续可靠地向负载供电需考虑UPS的整流方 式、对频率变化的适应性等，以有效抑制谐波：还要考 虑柴油发电机组的工作方式、励磁方式、额定功率等 重要因素 自动化应用i 2014 12期 11 系统解决方案 臻舅鬻 黧鬻 4案例分析 某无人石油平台应急电力系统结构如图1所示 柴油发电机组
12、主要为主发电机组提供“黑启动”电源并 为部分UPS负荷供电以及UPS电池充电该工况下电 负荷约为65kW；平台UPS主要为平台通信、火灾控测、 仪表控制和电气等系统设备供电电负荷约为10kW UPS容量拟选为15kVA 因柴油发电机和UPS两者电负 荷比较接近，将存在UPS与柴油发电机组匹配问题 UPS负载 图1 某海上无人平台应急电力系统结构 根据上述分析结合海上石油平台应用环境UPS 系统由两套独立的UPS和一个旁通回路组成两套独 立的UPS采用并联冗余的方式运行整流方式拟采用 12脉冲SCR整流+输入隔离变压器或者采用IGBT高 频整流器：为了防止谐波影响系统稳定工作UPS系 统需配有有
13、效的滤波装置 为了尽量减少发电机组容量柴油发电机采用无 刷永磁式同步发电机组 为了使发电机工作在较为经 济、高效的工况下柴油发电机同时为应急照明系统 供电尽量保证发电机带载率在60以上 基于以上 设备选型，并结合无人平台设备运行情况柴油发电 机组容量拟为UPS容量12倍 5结语 UPS与柴油发电机容量较为接近时两者间匹配问 题十分突出，需从UPS的运行工况、整流方式和柴油发 电机组的工作方式、励磁方式、额定功率等方面对柴油发 电机组和UPS进行合理选型实现两者问有效的匹配工 作，以保证平台电力系统的稳定、可靠、连续运行 参考文献 1曹保国UPS应用技术咖北京：北京化学工业出版社，2006 2付
14、涛浅谈UPS电源与发电机组的兼容性【J_科技与 企业，2013，(7) 3王殿魁UPS系统和柴油发电机组的接1：7问题探讨 J电信技术，2005，(5) (上接第9页) 批量选项按钮时在预定单元格内会自动显示检索出 的字码，根据该字码，点击字码选项按钮时，即选中 正常检验一次抽样方案(主表)的纵坐标。 表1样本量字码表 423接收质量限 接收质量限即当一个连续系列批被提交验收抽 样时可允许的最差过程平均质量水平 将代表26 个接收质量限的选项按钮拖进分组框内将选项按钮 按正常检验一次抽样方案(主表)横坐标顺序编辑 为O01、0015、1000。选定其中一个选项按钮设 12 WWWchinaca
15、aacom 自动化应用 置控件格式将其单元格链接至后面一列的单元格 并将该单元格设定为正常检验一次抽样方案(主 表)的横坐标。点击接收质量限选项按钮时即选中 正常检验一次抽样方案(主表)的横坐标 424样本量 样本量即要抽取产品的数量 在EXCEL表中输 人GBT2828标准中的正常检验一次抽样方案(主 表)中实际样本量，即将箭头所指样本量填人表中。 根据得出的横坐标、纵坐标。用“INDEX”公式检索出 表中的样本量 425接收数Ac、拒收数Re 在EXCEL表中输入GBT2828标准中的正常检 验一次抽样方案(主表)接收数内容。根据得出的 横坐标、纵坐标，用“INDEX”公式检索出表中的接 收数Ac。将接收数单元格的内容加1并得到拒收 数Re 5结语 在实际的抽样过程中结合几种抽样方法可丰 富抽样方法的应对性，提高检验过程中检验方案的检 索效率。
