CCS項(xiàng)目雙護(hù)盾TBM供電系統(tǒng)電氣主接線形式分析

李 駿

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 611072)

1 工程概述

CCS項(xiàng)目位于南美洲厄瓜多爾東北部，處于亞馬遜原始森林邊緣地帶叢林中，當(dāng)?shù)卣陧?xiàng)目施工區(qū)域沒有基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。項(xiàng)目部在進(jìn)場前就采用何種方式供電進(jìn)行過詳細(xì)的討論，最終確定的方案是自建自備發(fā)電廠供電系統(tǒng)。項(xiàng)目部自建的供電系統(tǒng)是集輸電線路和發(fā)電、變電、配電設(shè)備組成的系統(tǒng)，項(xiàng)目部對(duì)供電系統(tǒng)的主要要求是供電的安全可靠、同時(shí)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)組、升壓變電站和高壓配電系統(tǒng)，電源系統(tǒng)由九臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組形成九條電源回路，其中任意回路出現(xiàn)故障停止供電時(shí)，其他電源回路應(yīng)仍能擔(dān)負(fù)項(xiàng)目所有的負(fù)荷，以保證可靠供電。高電壓為10 kV，變電所設(shè)兩臺(tái)主變壓器，一臺(tái)停止運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)必須保證安全生產(chǎn)的施工用電負(fù)荷(TBM負(fù)荷區(qū)域)。隨之而來的問題就是要確定采用何種方式發(fā)電？需要采用多大容量的發(fā)電機(jī)組？分析確定項(xiàng)目施工現(xiàn)場所有負(fù)荷的大小。其中CCS項(xiàng)目主體工程之一的引水隧洞采用雙護(hù)盾TBM硬巖掘進(jìn)機(jī)施工是其最大的負(fù)荷區(qū)域，占總負(fù)荷的80%。根據(jù)TBM廠家HK提供的技術(shù)參數(shù)資料以及通過一系列理論計(jì)算論證后最終確定需自建自備總?cè)萘繛?6 200 kW的自發(fā)電柴油發(fā)電廠。

2 柴油發(fā)電廠的基本情況

2.1 廠址環(huán)境

柴油發(fā)電廠位于亞馬遜原始森林厄瓜多爾境內(nèi)，為無人區(qū)，屬熱帶雨林氣候，有一條新建的寬8 m的公路，燃料物資運(yùn)輸可以滿足發(fā)電廠需求。

由于該地區(qū)降水量很大，故該電廠排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須滿足該地區(qū)的排水量，這也是保障發(fā)電廠正常運(yùn)行的條件之一。

2.2 廠區(qū)分布情況

2.2.1 發(fā)電機(jī)組區(qū)域

柴油發(fā)電機(jī)組的型號(hào)和規(guī)格為VPC1800，發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為QSK60-G4，發(fā)電機(jī)型號(hào)為PI734G，并機(jī)系統(tǒng)采用TGCM系統(tǒng)。

2.2.2 10 kV升壓站區(qū)域

變壓器參數(shù)為400 V/10 kV-2 500 kVA，連接發(fā)電機(jī)組與升壓變壓器低壓側(cè)低壓電纜規(guī)格型號(hào)為VV-0.6/1 kV-1×400，10 kV高壓配電系統(tǒng)電源進(jìn)線高壓電纜規(guī)格型號(hào)為YJV22-15 kV-3×50，10 kV高壓配電系統(tǒng)用電負(fù)荷出線高壓電纜規(guī)格型號(hào)為YJV-/8.7-15 kV-3×400。

2.2.3 20 kV升壓站區(qū)域

變壓器規(guī)格型號(hào)為10 kV/20 kV-8 000 kVA。

2.2.4 成套高壓柜區(qū)域

10 kV成套高壓柜型號(hào)和規(guī)格為KYN28-12，20 kV成套高壓柜型號(hào)和規(guī)格為KYN28-24。

2.2.5 中控室區(qū)域

包括通訊系統(tǒng)、機(jī)組運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)KYN28及成套高壓柜監(jiān)控系統(tǒng)。

3 輸電、配電及用電系統(tǒng)

根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)際情況，輸電距離在1～2 km范圍內(nèi)有以下負(fù)荷區(qū)域：26 km營地及混凝土攪拌站、TBM工業(yè)廣場、洞內(nèi)照明排水及皮帶加力站、隧道風(fēng)機(jī)及洞外皮帶機(jī)全部采用10 kV高壓電纜輸送；由于輸水隧洞總施工長度為13 km，根據(jù)TBM用電系統(tǒng)特性及長距離輸電情況，同樣也采用高壓輸電，電壓等級(jí)為20 kV。

高壓輸電到其他負(fù)荷區(qū)域采用降壓變壓器，到達(dá)用電設(shè)備的額定電壓等級(jí)為690 V/380 V/220 V/DC24 V，每個(gè)負(fù)荷區(qū)域都有相應(yīng)的終端配電室，通過低壓電纜分布到用電設(shè)備終端，采用低壓配電箱。

4 柴油發(fā)電廠高壓配電裝置電氣主接線形式的優(yōu)缺點(diǎn)

4.1 電氣主接線要求

對(duì)于一個(gè)電廠而言，電氣主接線在電廠設(shè)計(jì)時(shí)即根據(jù)機(jī)組容量、電廠規(guī)模及電廠在電力系統(tǒng)中的地位等因素，從供電可靠性、運(yùn)行的靈活性和方便性、經(jīng)濟(jì)性、發(fā)展和擴(kuò)建的可能性等方面，經(jīng)綜合比較后確定其接線方式能保證正常和事故情況下的供送電要求，電氣主接線又稱電氣一次接線圖。電氣主接線應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：①運(yùn)行的可靠性：主接線系統(tǒng)應(yīng)保證對(duì)用戶供電的可靠性，特別是保證對(duì)重要負(fù)荷的供電；②運(yùn)行的靈活性：主接線系統(tǒng)應(yīng)能靈活的適應(yīng)各種工作情況，特別是當(dāng)一部分設(shè)備檢修或工作情況發(fā)生變化時(shí)，能夠通過倒換開關(guān)的運(yùn)行方式做到調(diào)度靈活、不中斷地向用戶供電；主接線系統(tǒng)還應(yīng)保證運(yùn)行操作的方便以及在保證滿足技術(shù)條件的要求下做到經(jīng)濟(jì)合理，盡量少占用地，節(jié)省投資。

4.2 電氣主接線具有的優(yōu)、缺點(diǎn)

4.2.1 可靠性

在研究主接線可靠性時(shí)應(yīng)重視對(duì)國內(nèi)外長期運(yùn)行的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和其可靠性進(jìn)行定性分析；主接線的可靠性應(yīng)包括一次部分和相應(yīng)組成的二次部分在運(yùn)行中可靠性的綜合，在很大程度上也取決于設(shè)備的可靠程度?？煽啃缘木唧w要求在于斷路器檢修時(shí)不應(yīng)影響對(duì)系統(tǒng)的供電；斷路器或母線故障以及母線檢修時(shí)，應(yīng)盡量減少停運(yùn)的回路數(shù)和停運(yùn)時(shí)間，并要保證對(duì)一級(jí)負(fù)荷及全部或大部分二級(jí)負(fù)荷的供電。

4.2.2 靈活性

主接線應(yīng)滿足在調(diào)度、檢修及擴(kuò)建時(shí)的靈活性。調(diào)度時(shí)，應(yīng)能靈活地投入和切除發(fā)電機(jī)、變壓器和線路，調(diào)配電源和負(fù)荷，以滿足系統(tǒng)在事故運(yùn)行方式、檢修運(yùn)行方式以及特殊運(yùn)行方式的系統(tǒng)調(diào)度要求；檢修時(shí)，可以方便地停運(yùn)斷路器、母線及其繼電保護(hù)設(shè)備，進(jìn)行安全檢修而不致于影響電力網(wǎng)的運(yùn)行和對(duì)用戶的供電；擴(kuò)建時(shí)，可以容易地從初期接線過渡到最終接線。

4.2.3 經(jīng)濟(jì)性

為節(jié)省投資，主接線應(yīng)力求簡單，以節(jié)省斷路器、隔離開關(guān)、電流和電壓互感器、避雷器等一次設(shè)備；要節(jié)省繼電保護(hù)和二次回路，以節(jié)省二次設(shè)備和控制電纜；要能限制短路電流，以便于選擇價(jià)廉的電氣設(shè)備或輕型電器；主接線設(shè)計(jì)要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，盡量使占地面積減少；經(jīng)濟(jì)合理地選擇主變壓器的種類、容量和數(shù)量，要避免因兩次變壓而增加的電能損失。

4.3 柴油發(fā)電廠電氣主接線形式分析

柴油發(fā)電機(jī)組通過出口斷路器輸出400 V三相交流電，再通過升壓變壓器高壓側(cè)升為10 kV，繼而通過高壓斷路器匯集至10 kV高壓柜母線，10 kV母線出線回路有五條，其中三條回路直接通過10 kV高壓電纜輸送到負(fù)荷中心，另外兩條輸送至發(fā)電廠20 kV升壓站，匯集至20 kV高壓柜母線，20 kV高壓柜母線為單母線不分段形式。

根據(jù)CCS項(xiàng)目現(xiàn)場柴油發(fā)電廠的運(yùn)行情況，電壓等級(jí)為10 kV和20 kV(TBM負(fù)荷區(qū)域供電)兩種，成套高壓配電裝置的主接線采用匯流母線接線方式中的單母線接線。單母線接線方式的優(yōu)缺點(diǎn)主要是從可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性方面考慮：

(1)優(yōu)點(diǎn)：接線簡單清晰，操作方便，不易發(fā)生誤操作，有利于擴(kuò)建；設(shè)備少，投資省，占地面積小。27 km柴油發(fā)電廠區(qū)域功能很明顯，高壓配電室采用成套高壓柜，智能化程度高，單母線接線方式接線簡單明了，電源進(jìn)線回路以及用戶出線回路也有相應(yīng)的標(biāo)識(shí)，還能夠?yàn)轫?xiàng)目部節(jié)省投資。在滿足項(xiàng)目部正常施工用電的前提下，能夠保證在項(xiàng)目建設(shè)周期中不出現(xiàn)大的故障，比如母線故障時(shí)，單母線接線方式是最佳的選擇。

母線匯流并分配電能，高壓斷路器采用小車式斷路器，接通或斷開電源和負(fù)荷電流，10 kV回路出線帶接地刀閘，取代了安全接地線的作用。

(2)缺點(diǎn)：供電可靠性差，母線故障或檢修時(shí)，發(fā)電廠全廠全區(qū)均必須停電，進(jìn)而直接導(dǎo)致CCS項(xiàng)目施工和生活營地停電時(shí)間很長，最終造成項(xiàng)目部要承擔(dān)經(jīng)濟(jì)上的重大損失；斷路器檢修

時(shí)，所在回路必須停電，直接造成該回路負(fù)荷區(qū)域停電，使該施工區(qū)域用電設(shè)備不能工作，進(jìn)而影響工期；對(duì)于TBM負(fù)荷區(qū)域，只要停電就是重大的經(jīng)濟(jì)損失，而且還不能按時(shí)完工，直接影響項(xiàng)目的總工期。

當(dāng)27 km柴油發(fā)電廠出現(xiàn)10 kV母線故障或需要檢修時(shí)，直接的結(jié)果就是發(fā)電廠機(jī)組停機(jī)，所有負(fù)荷區(qū)域停電，TBM等一級(jí)重要負(fù)荷停電，直接影響項(xiàng)目的施工進(jìn)度，進(jìn)而面臨最終拖延工期后的巨額罰款。

斷路器出現(xiàn)故障或需要檢修時(shí)，直接影響局部負(fù)荷區(qū)域的供電，使局部施工停滯，電氣設(shè)備不能運(yùn)轉(zhuǎn)，其結(jié)果也會(huì)影響TBM掘進(jìn)機(jī)的正常施工，使TBM不能掘進(jìn)，比如隧洞內(nèi)外出渣皮帶機(jī)系統(tǒng)的供電電源就是一條獨(dú)立的、由10 kV高壓電纜輸送的，也就是說：如果發(fā)電廠這條出線的高壓斷路器需要檢修或故障不能合閘、不能正常工作時(shí)，隧洞皮帶機(jī)就不能運(yùn)行，而直接導(dǎo)致TBM不能正常掘進(jìn)出渣，直接影響到隧洞施工的進(jìn)度。

5 結(jié) 語

考慮到CCS項(xiàng)目施工的實(shí)際情況，筆者理論結(jié)合實(shí)際分析計(jì)算了27 km柴油發(fā)電廠電氣主接線采用單母線不分段接線方式是能夠滿足項(xiàng)目施工要求的。因?yàn)轫?xiàng)目為先期投資，如果采用其他主接線形式將直接導(dǎo)致投資成本增加，雖然單母線不分段接線形式在供電可靠性方面較差，但若工作人員的日常維護(hù)到位，減少故障的發(fā)生，及時(shí)監(jiān)控電氣設(shè)備，做到零故障，依然能夠保障項(xiàng)目施工的用電，從而不影響項(xiàng)目施工進(jìn)度。

作者簡介:

李 駿(1990-)，男，湖南益陽人，技術(shù)員，從事電力系統(tǒng)發(fā)電廠技術(shù)工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)