柴油发电机自动化技术改造及应用

摘 要：随着油田勘探开发的进度逐步加快，边探井的开发将为公司开发井网的布局提供必要的技术支撑，而边探井的生产落实情况就显得尤为重要，在开发过程中，由于边探井所处的地理位置相对偏远，交通不便、电力、网络缺失等因素，给油井生产带来诸多不便，为了落实开发效果，边探井一般采用发电机供电系统进行开采，而可靠地供电保障才能确保油井采油时率，如实反映油井生产工况，为边探区域开发取全取准资料提供依据。目前，由于操作人员技术水平参差不齐，对设备的性能做不到“四懂三会”，造成设备故障率较高，严重影响了采油时率和区块开发的政策制定。如何最大限度的减少人为因素的影响，确保油井生产时率，文章认为可以通过对柴油发电机组的技术改造，来实现油井自动化监控。

关键词：调速器；电子调速器；远程控制；开井时率

1 改造前柴油机的利弊

目前，公司配备的柴油发电机组的配套柴油机基本为东风135系列柴油发电机组。

该系列柴油发电机组具有操作简便、易于维修的特点，缺点在于发电机组的监控系统较为简单，受人为操控影响因素较大，不能实现故障自检，事故停车，及参数监测和远程“遥控、遥测”技术的实现。

随着发电机组控制系统技术的不断进步，目前所使用的柴油发电机组可以通过技术改造，使改造后的发电机组具有故障自检，事故停车，及参数监测和远程“遥控、遥测”，从而最大限度地减少人为因素的影响，确保油井生产时率。

2 柴油机的改造技术

2.1 柴油机调速器的技术改造

柴油发电机要求负载发生变化时，其输出的电压和频率保持稳定，保证用电设备的运行稳定，不能随负荷的减少或增大导致柴油机输出功率的变化，从而导致所供电的设备电压不稳。

柴油机是输出电压的大小是由不同转速决定的，而转速是通过循环泵油量的调节实现的，通过调节柴油机的油量使其转速达到规定的范围称为柴油机的转速调节。实现这种功能就要通过专门的调速装置，这种根据柴油机负载的不同变化自动调节油量大小使其达到要求的转速范围的装置称为调速器。

调速器按执行机构分为机械式、液压、电子调速器三种。而公司目前使用的柴油发电机所采用的调速器均为机械调速器。

①机械调速器。

是利用飞重产生的离心力直接去移动油量调节机构以调节柴油机的转速，由于要通过操作者的不断观察和工作经验，对发电机组进行调节，所以调速器工作能力小，灵敏度和精度相对较低，操作误差较大，不能实现精准控制，如图1所示。

②电子调速器。

电子调速器的组成包括转速控制器、执行器、转速传感器和相互连接的电缆等，转速控制器上含有转速设定电位器，其设置柴油机的额定转速。转速传感器安装在柴油机的飞轮齿圈部位，它是一个磁电式转速传感器，柴油机的实际转速有这个传感器采集。传感器采集输出的信号为频率与柴油机转速成比例的交流电压信号，该信号经转成为直流电压，与转速设定值比较后得到转速偏差量；该偏差量经经调节器运算放大后转换成电流控制方式向执行器输出驱动电流，执行器在驱动电流的作用下压缩复位弹簧作直线运动输出，其加油方向驱动力与线圈绕组内控制电流成比例，减油方向复位力由复位弹簧产生，执行器输出杆作用柴油机喷油泵齿条相减小转速偏差方向运动从而控制柴油机在所设定的转速下稳定运行。

改造后的柴油机所采用的调速器均为电子调速器。电子调速器采用的是转速信号检测和执行机构采用电气方式的调速器。该调速性能优异、动作灵敏、响应速度快、动态与静态精度高、功能齐全、安装维护方便、便于实现遥控与自动控制，如图2所示。

2.2 电控系统的改造

目前东风4135系列的发电机部分配用的控制箱多为简易电控箱，该电控箱具有操作简便、显示直观，方便维修的特点。

改造后电控箱采用HGM7X20柴油发电机控制器采用32位ARM处理器，实现了多种参数的精密测量、定值调节以及定时、阈值整定等功能，集成了数字化、智能化、网络化技术，用于单台柴油发电机自动化及监控系统，实现了柴油发动机的遥控、本地开机/停机、数据测量、报警保护及“三遥”功能。HGM7X20柴油发电机控制器既可从控制器前面板调整，又可通过控制器带有的远程监控模块接口，利用PC机通过通信接口调整及远程监控，实现对发电机的开机、停机等操作，内置看门狗，确保程序执行顺畅。内置速度检测环节，可精确地判断起动成功、额定运行、超速状态，可循环保存99组历史记录，并可在现场对记录进行查询，确保实时数据的及时性、准确性；所有参数均采用数字化调整，摒弃了常规电位器的模拟调整方法，提高了整机的可靠性和稳定性。

改造后的电控箱具有对发电机数据的实时监控记录、运行自检、故障检测及保护功能，可根据网络情况实现数据远传、遥感、遥测、操作更简便、自动化、信息化程度高等特点，如图3所示。

3 改造后的经济效果评价

3.1 改造前后的维修费用对比

改造前由于受操作人员操作水平的限制发电机组经常因为缺水、机油乳化等人为因素造成柴油机粘缸事故，维修一次大约需要维修费1万元左右，改造前一台柴油发电机组一年维修费用约在3万元左右。

改造后由于增加了自动监控装置，发电机组一旦出现故障，机组便可以启动自检程序进行自检，同时发出报警信号，并根据自检状况可实现继续运行和故障停车指令，最大限度的保证了设备不会带病运行，减少了因设备带病运行造成的损失。改造费用大约1.5万元。（电子调速系统0.8万元、电控箱0.4万元，测试及技术服务费0.3万元）

改造后经济效益，改造后由于增加了监控装置减少了因缺水、机油乳化等人为因素造成的粘缸事故的发生，可有效降低大修费用1万元。

3.2 减少了停井时间，提高了采油时率

改造前由于发电机组的粘缸事故往往维修机组需要1周的时间，停井时间长，采油时率低。

改造后由于杜绝了发电机粘缸事故的发生，减少了停井时间提高了采油时率。

3.3 可实现远程控制

通过改造使改造后的机组具备了数据远传、实时监测、远程控制的功能，提高了设备的自动化控制的性能，如图4所示。

通过具有短信收发及GPRS数据传输功能的SG361 GMS/

GPRS，模块实现了发电机组的远程控制，可实现遥感、遥测的控制需求。同时可以采用手机APP功能实现手机监控方便。

4 结 语

①通过分析，柴油发电机组的技术改造还是可行的，建议使用改造后的柴油机。

②改造后的柴油机减少了认为控制因素，自动化、信息化程度高。

③改造后的柴油机大大降低了维修费用和维修次数，减少了停井时间，提高了采油时率，可实现远程控制