田德宝 ，朱永庆 ，罗 磊 ，张彦伟 ，李庆福 ，李立新

（1.宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡721002；2.国家油气钻井装备工程技术研究中心，陕西宝鸡721002）

柴油发电机组加载试验方案的设计与实现

田德宝1，2，朱永庆1，2，罗 磊1，2，张彦伟1，2，李庆福1，2，李立新1

（1.宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡721002；2.国家油气钻井装备工程技术研究中心，陕西宝鸡721002）

为了验证柴油发电机组的带载性能，设计了通过专用加载装置来进行试验的方案。通过突加和突卸负载，考量了机组的瞬态调压特性。该方案方法简单，可操作性强，试验结果一目了然，能够为用户验收柴油发电机组及其控制系统提供准确的依据。

石油钻机；柴油发电机；稳态调压；瞬态调压；加载装置

1 引言

柴油发电机组作为石油钻机的主要动力源，承担着绞车、转盘（顶驱）、泥浆泵以及辅助设备等的供电，它的性能决定着整个钻机的性能。因此，每套钻机在出厂前都要对柴油发电机组进行性能试验，测试它的带载能力。在钻机试验井场，由于绞车、转盘不具备带载条件，通常的做法是利用柴油发电机组驱动泥浆泵组，通过不断加大泥浆泵的泵冲和压力来提高负载率。然而受泵冲和泵压的制约，负载能力有限，这样的加载方式不能使柴油发电机的带载能力发挥到极致。

通常对柴油发电机组的特性考核分为柴油机稳态、瞬态调速特性和发电机稳态、瞬态调压特性。本文在柴油发电机组稳态调压的前提下，利用干式负载装置，搭建加载试验的测试系统，通过突加和突卸负载来验证机组的瞬态调压特性。

2 柴油发电机组加载特性试验

2.1 试验前具备的条件

在做柴油发电机组加载特性试验前，应具备以下条件：

（1）柴油发电机组本身所具有的保护功能试验已完成，并具有安全、可靠的性能；

（2）柴油发电机组负荷试验完毕，各种参数已按技术要求调整，运转正常，能确保柴油发电机组特性试验的正常进行；

（3）用于柴油发电机组特性试验的负载处于正常控制和使用状态；

（4）稳态调压特性正常。

2.2 瞬态调压特性要求

利用加载装置搭建加载测试系统，模拟瞬态情况下的柴油发电机组的突加或突卸电压，通过试验曲线判断机组的瞬态调压特性是否满足标准规定的要求。

国标 GB／T 2820.5－2009中性能等级及运行限值规定：当1＃机组、2＃机组在额定转速和额定电压下运行时，当突加规定的与功率因数对称的负载时，瞬态电压偏差δUdyn≤－25%、δUdyn≤－20%，电压恢复时间 tU.in≤10s、tU.in≤6s；当突卸规定的与功率因数对称的负载时，瞬态电压偏差δUdyn≤＋35%、δUdyn≤＋25%，电压恢复时间 tU.de≤10s、tU.in≤6s。

2.3 加载装置的原理及接线

为了进行此试验，我们专门设计制作了加载装置。它主要是通过投切若干组电阻来实现给发电机组加载，它能将发电机发出的电能以热能的形式消耗掉。总加载功率可以达到5000kW，能很好地满足发电机组的加载试验要求。有手动和自动两种加载模式。手动加载开关将加载指令传给主控制板，控制负载投切电路中相关接触器闭合，投入指定功率的电阻进行加载。手动加载开关能方便地进行多档（1kW、2kW、5kW、10kW、20kW、50kW、100kW、150kW、200kW、250kW）功率加载，各功率档位可以自由组合。自动加载是通过上位机进行的，在上位机的加载画面选择相应的加载功率，依靠工控机与主控制板间的数据传输，实现自动加载，在上位机上还能显示加载过程中的相关电气参数、曲线，并能实现各实验数据报表的输出打印。系统还配备12路温度巡检仪，对电阻箱出口处的温度进行检测，发现异常能及时报警。为了延长电阻的使用寿命，系统还具有风机延时停机功能。整套装置集成在一栋房子内，便于运输，加载装置组成原理框图如图1所示。

图1 加载装置原理图

在试验时，只要利用电缆将发电机组与加载装置连接，就可以进行试验了，接线示意图如图2所示。

图2 加载试验接线图

2.4 试验步骤及结果

（1）首先将VFD房柴油发电机组并网动力出线口与加载装置（0－5000kW）用动力电缆连接；

（2）确认罐中有足够的柴油用于柴油发电机组进行加载试验；

（3）将柴油发电机控制柜的功率限定值设定为柴油发电机组功率的100%，每台柴油发电机组的额定输出功率为1523kW（发电机组型号为CAT3512CHD）；

（4）分别启动 1＃、2＃柴油机发电机组，使其上网同步运行；

（5）以两台柴油发电机组总功率为设定值（1523×2＝3046kW），利用加载装置的手动加载开关从零到25%、50%、75%分3档逐步进行加载，每档保持10分钟，调节并保持负荷分配均衡，观察并记录每台柴油发电机组控制柜的电压、电流、有功、母排温度及柴油发电机组的润滑油压、柴油油压、冷却水温度等参数；

（6）利用手动加载开关，使柴油发电机组的负荷从75%逐步达到100%左右，此时保持60分钟，记录四台柴油发电机组控制柜的电压、电流、有功、母排温度及柴油发电机组的润滑油压、柴油油压、冷却水温度等参数；

（7）完成测试后，允许柴油发电机组冷却并停车；

（8）分别启动 3＃、4＃柴油机发电机组，使其上网稳定运行，重复上述4－6项试验内容；

（9）试验期间如果柴油发电机组故障停车或发生报警，应解决问题后重新启动试验。

试验后得到，1＃机组50%→100%突加电压曲线如图3所示，100%→0%突卸电压曲线如图4所示；2＃机组50%→100%突加电压曲线如图5所示，100%→0%突卸电压曲线如图6所示。

图3 1＃机组突加电压曲线图

图4 1＃机组突卸电压曲线图

对照国标中规定的性能等级及运行限值，结合柴油发电机组加载试验的突加电压曲线和突卸电压曲线可以看出，机组及控制系统设计满足标准要求，从而也验证了试验方案的可行性。

图5 2＃机组突加电压曲线图

图6 2＃机组突卸电压曲线图

3 结束语

利用专用加载装置对柴油发电机组进行负载加载试验，验证其带载能力。本文设计方案简单，可操作性强，实验结果直观，已经成功应用于我公司生产的数十套钻机的出厂试验中。

［1］赵怡民.交流发电机瞬态电压特性和试验方法［J］.机电设备，2005，（3）：40－41.

［2］薛 原.发电机组瞬态电压测试的新方法［J］.重发科技，1992，（2）：13－17.

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［4］李发海，等.电机学［M］.北京：科学出版社，1999.

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Design and implementation for loading test scheme of diesel generator sets

TIAN De－bao1，2，ZHU Yong－qing1，2，LUO Lei1，2，ZHANG Yan－wei1，2，LI Qing－fu1，2，LI Li－xin1
（1.Baoji Oilfield Machinery Co.，Ltd.，Baoji 721002，China；2.National Oil＆ Gas Drilling Equipment Engineering Research Center，Baoji 721002，China）

In order to verify the performance of the diesel generator set，a special loading device is designed to test the performance of the unit.The scheme adopts the special loading device to carry out the experiment through sudden loading and unloading process.It has the advantages of simple structure，well feasibility，easy operation and clear test results，whichprovidestheaccuratebasisfortheacceptanceofthedieselgeneratorsetsandcontrolsystemfortheusers.

oil drilling rig；diesel generator；steady－state voltage regulation；transient－state voltage regulation；loading device

TM31；TM733

A

1005—7277（2016）05—0045—02

田德宝（1983－），男，河南南阳人，工程师，硕士，现主要从事石油装备控制系统的设计及相关配套工作。

2016－08－01