CCS項目雙護盾TBM供電系統(tǒng)的設(shè)計、運行與維護

劉 振 華， 潘 杰

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 CCS項目自備柴油發(fā)電廠的優(yōu)化設(shè)計

1.1 發(fā)電廠機組的選型設(shè)計

根據(jù)厄瓜多爾CCS項目TBM2有關(guān)的技術(shù)參數(shù)、TBM2正常掘進時的工況運行曲線圖以及TBM2特殊工況運行曲線圖得知：TBM2在正常掘進過程中的負荷變化為0～4 000 kW；4 000～0 kW。而TBM2在出現(xiàn)卡機等特殊情況時的前20 s左右，其功率有可能突加4 200 kW(350 kW×12臺=5 250 kVA)，或突減4 200 kW(350 kW×12臺=5 250 kVA)，此負荷為帶變頻啟動的電動機感性負荷。針對TBM2的運行工況以及CCS項目的實際情況，現(xiàn)場采用了每臺最大功率為1 800 kW的QSK60-G4康明斯發(fā)動機，共9臺。

對于QSK60-G4柴油發(fā)動機與發(fā)電機所能承受的突加負荷說明：QSK60-G4發(fā)動機分別所承受的有功功率：變頻起動系數(shù)為0.85～1。為了保證能成功起動設(shè)備，將此起動系數(shù)放大到1.1倍；瞬間突加5 250 kVA×1.1倍變頻起動系數(shù)=5 775 kVA，有功相當于4 620 kW。每臺最大備用功率為1 800 kW的QSK60-G4發(fā)動機的機組之瞬間突加帶載能力為1 296 kW(=1 800 kW×0.72)，1 296 kW×4臺=5 184 kW>4 800 kW>4 620 kW。

在不計其它負荷的情況下，以上4 620 kW瞬間突加負荷功率接近需要4臺(QSK60-G4)機組。每臺QSK60-G4發(fā)動機的機組相當于瞬間突加帶載能力為1 155 kW，小于機組突加負載能力。如果系統(tǒng)已在瞬間突加前運行有5 000 kW負載，則對應(yīng)需要4臺(QSK60-G4+PI734G)機組分別帶1 250 kW運行，則每臺機組仍有550 kW余量，4臺機共有2 200 kW余量。

在1.1倍的起動系數(shù)下，8臺(已有5 000 kW負載運行，4臺+熱備用運行4臺)運行的QSK60-G4機組總的最大備用容量為：14 400 kW減去已運行的5 000 kW(每 臺 平 均625 kW)，還 有

9 400 kW容量，相當 于 每 臺 機 組 有1 175 kW

(1 800 kW-625 kW)瞬間突 加 負 荷 容 量。而

4 620 kW(1.1倍系數(shù))突加負荷相當于每臺機組僅承受578 kW的突加負荷容量，只相當于機組備用功率的33%，既使加上每臺機組已帶上的625 kW負荷，每臺機組也只有1 203 kW，仍小于QSK60-G4發(fā)電機組的持續(xù)功率，也小于其所能承受的突加負荷容量。在此瞬間突加負荷(最大單步帶載能力的50%)且1.1倍起動系數(shù)下：QSK60-G4機組的頻率降小于5%，完全滿足國家標準GB/T 2820 。

運行方案：在瞬間突加負荷前，起動4臺機組作為熱備用，共6～8臺(視其它負荷運行情況)，QSK60-G4機組運行熱備，即可承受瞬間特殊工況下的突加負荷運行。還有第9臺機組可以作為第二后備用機組，完全可以正常供電。

1.2 高壓配電系統(tǒng)的設(shè)計

發(fā)電廠高壓配電系統(tǒng)設(shè)備的選型主要包括：10 kV系統(tǒng)(圖1)和20 kV系統(tǒng)(圖2),設(shè)備的選型主要包括：變壓器、高壓斷路器、高壓熔斷器、高壓開關(guān)柜等。

1.2.1 10 kV系統(tǒng)的設(shè)計

10 kV高壓配電系統(tǒng)主要考慮的是變壓器充磁問題，因此，將單臺發(fā)電機組并機時的采樣點選在高壓斷路器(變壓器出線開關(guān))位置與母線PT的二次側(cè)，同期點選在高壓開關(guān)位置并確認開關(guān)柜采用10 kV等級。為滿足10 kV高壓配電系統(tǒng)的正常運行，10 kV高壓配電系統(tǒng)高壓柜的型號選擇為:KYN28-12/金屬鎧裝移開式開關(guān)設(shè)備。

圖1 10 kV系統(tǒng)設(shè)計圖

10 kV變壓器的選擇：根據(jù)發(fā)電機組每臺最大功率為1 800 kW，同時，考慮到TBM工作與否的負荷變化情況，為了保證發(fā)電廠的經(jīng)濟、穩(wěn)定運行，所選擇的變壓器型號為：S11-2500/10.5 kV(額定頻率：50 Hz；額定容量：2 500 kVA；額定電壓：10.5 kV/400 V；短路阻抗：5.56%；連接組別：DYN11；冷卻方式：ONAN)的變壓器。

10 kV高壓配電系統(tǒng)斷路器的選擇：根據(jù)《電力裝置的過電壓保護設(shè)計規(guī)范》等規(guī)范，考慮到厄瓜多爾CCS項目發(fā)電廠的實際參數(shù)情況，其設(shè)計根據(jù)高壓配電電氣的基本情況、高壓配電的環(huán)境、設(shè)計流程以及高壓配電設(shè)備的電氣性能，將G1-G9 10 kV系統(tǒng)真空斷路器型號選為：VD4-12/630-31.5 kA。通過測試，其滿足短路穩(wěn)定性校驗的一般要求、短路校驗的熱效應(yīng)。

10 kV高壓配電系統(tǒng)熔斷器的選擇：熔斷器主要是進行短路保護或嚴重過載保護。根據(jù)《電力裝置的過電壓保護設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，為了滿足厄瓜多爾CCS項目發(fā)電廠的工作要求，在發(fā)生故障時能準確地對部分重要設(shè)備的故障進行短路或過載保護，其所選用的熔斷器：1#～9#高壓進線柜PT熔斷器型號為XRNT-12/0.5 A；10.5 kV廠用變?nèi)蹟嗥餍吞枮閄RNT-12/16A；10.5 kV 母線PT熔斷器型號為XRNT-12/0.5 A。通過測試，其均滿足要求。

1.2.2 20 kV系統(tǒng)的設(shè)計

20 kV變壓器的選擇：根據(jù)TBM2正常掘進時的負荷變化(0～4 000 kW；4 000～0 kW)，考慮到在TBM2掘進過程中如果其中一臺變壓器出現(xiàn)故障，為了保證TBM2能夠繼續(xù)正常工作，不因此變壓器的原因而導(dǎo)致其停止工作，另一臺變壓器則需要單獨承擔對TBM的供電任務(wù)，即所采取的運行方式為:一主一備的運行方式。因此，為滿足條件，選擇型號為：S11-8000/20 kV(相數(shù)：3；額定頻率：50 Hz；額定容量8 000 kVA；額定電壓：20 kV(Y)/10.5 kV(△)；短路阻抗：7.57%；連接組別：DYN11；冷卻方式：ONAN)的變壓器，

最終選定的20 kV高壓配電系統(tǒng)高壓柜的型號為:KYN28-24/金屬鎧裝移開式開關(guān)設(shè)備(額定電壓：24 kV；額定電流300 A；額定開斷電流：25 kA)；防護等級：IP4X。系統(tǒng)設(shè)計情況見圖2。

圖2 20 kV系統(tǒng)設(shè)計圖

1.3 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

目前監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計主要采用數(shù)字化的監(jiān)控模式，監(jiān)測管理通過智能電力監(jiān)控儀表、帶有智能接口的低壓斷路器、中壓綜合保護繼電器、變壓器、直流屏等實現(xiàn)遙控、遙測、遙信功能。監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計首先要提供人機操作交流界面，采用全圖形方式編輯的圖形畫面具有多種顯示特性，用戶可以非常直觀、方便地編輯、定位、查看有關(guān)信息和內(nèi)容，包括畫面文件索引選擇、事故自動調(diào)用畫面等內(nèi)容，以便全方位地顯示多種數(shù)值。

為了避免監(jiān)控的不完善，需要建立監(jiān)控現(xiàn)場采集層?，F(xiàn)場采集層由現(xiàn)場監(jiān)控單元實現(xiàn)對每個變電所的數(shù)據(jù)進行實時采集分析與處理。對每一回路的斷路器狀態(tài)等參數(shù)進行實時監(jiān)測并上傳，執(zhí)行上位系統(tǒng)下達的命令，包括控制斷路器分合閘、修改設(shè)置參數(shù)等，同時配合軟件可以實現(xiàn)把中壓線路的過流、過流速斷、變壓器過熱、單項接地等故障信號及時反映到監(jiān)控中心。

1.4 系統(tǒng)方案的布置設(shè)計

為了使系統(tǒng)運行更為穩(wěn)定，現(xiàn)發(fā)電廠全套系統(tǒng)采取機、電分離法(廠房隔離)。機組與配電系統(tǒng)分離可以提高其使用的方便性并降低維護的難度。高壓開關(guān)柜與高壓配電柜設(shè)置在高壓配電房，而控制柜則設(shè)置在中央控制室集中控制，這樣的設(shè)計不僅可以將發(fā)電機組和配電、操作系統(tǒng)進行隔離，改善機組、設(shè)備和人員的工作環(huán)境，而且可以把所有的運行參數(shù)集中顯示，方便操作人員監(jiān)控，以減小工作人員的疲勞。同時，考慮到TBM2的非正常工況，機組開關(guān)采用一體式設(shè)計，可以靈活的采取各種方式進行組合，從而保證可以隨時累加發(fā)電機組而不用改動整個系統(tǒng)，減少后續(xù)資金和工作量。

2 供電系統(tǒng)的運行維護

2.1 機組日常維護

2.1.1 運行維護

注意觀察運行的發(fā)電機上不能有覆蓋物，不能有灰塵，預(yù)防出現(xiàn)短路情況，如果不可避免的被污染，需將發(fā)電機停下來，在做好清潔與干燥工作后檢查并確定絕緣、耐壓均正常后才能開機。

2.1.2 巡檢服務(wù)

外觀檢查：檢查蓄電池電壓、充電器狀態(tài)、水加熱器運行狀態(tài)、控制系統(tǒng)的指示燈、按鈕開關(guān)、顯示表工作是否正常、關(guān)鍵部位的連接是否松動。

運行狀態(tài)檢查：機組運行后，柴油機有無“三漏”(漏油、漏水、漏氣)現(xiàn)象；機組本體有無異常響聲；機組有無釋放異味；電壓、頻率指標是否在額定范圍內(nèi)；帶載運行后的機油壓力、冷卻水溫度是否在正常值范圍內(nèi)。

2.2 機組的保養(yǎng)與維護

冷卻系統(tǒng)：檢查冷卻水位, 水位應(yīng)在注水口下5 cm位置； 若更換冷卻水,應(yīng)檢查添加防凍劑的比例；檢查所有冷卻管道以及夾頭有無漏水;若使用水箱散熱器,應(yīng)確認無物體阻塞在散熱片上;若使用熱交換器, 應(yīng)確認系統(tǒng)的各閥門置于正確位置。

潤滑系統(tǒng)：檢查潤滑油油位必須在規(guī)定的標尺范圍刻度內(nèi),同時檢查潤滑油油質(zhì),看其有無混入水或燃油；檢查潤滑系統(tǒng)有無泄漏。

空氣濾清系統(tǒng)：主要檢查空氣濾清器是否清潔,發(fā)動機運行時觀察指示儀表，檢查濕式空氣濾清器油盤油位。

電路關(guān)斷功能：檢查內(nèi)燃機上關(guān)斷系統(tǒng)所有終端指示燈是否正常。

電池：檢查電瓶液是否足夠, 電瓶液比重應(yīng)高于 1.265。

皮帶：檢查冷卻風扇及充電機皮帶張緊度，如發(fā)現(xiàn)單根磨損應(yīng)整組更換；如僅有橫向裂紋的皮帶仍可使用，但縱向有裂紋的皮帶則不可再繼續(xù)使用，必須更換。

控制聯(lián)接桿：檢查液力或電子調(diào)速器拉桿潤滑是否充分，如有阻風門控制器, 確認系統(tǒng)是否具有良好潤滑、有無卡滯。

通氣：確認內(nèi)燃機曲軸箱通氣系統(tǒng)無阻礙。

2.3 高壓設(shè)備的運行與維護

高壓設(shè)備維護時，必須要形成經(jīng)常性的制度方案，對于配電系統(tǒng)中的高低壓變配電設(shè)備，應(yīng)在每季度各進行一次停電、清掃、檢修工作。每年必須對高壓變配電設(shè)施進行預(yù)防性測試一次。對于線路的養(yǎng)護，應(yīng)按照電力部門的有關(guān)規(guī)定進行。當供電線路存在異常情況時，應(yīng)立即采取措施并及時通知項目部相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)?？紤]到維護過程中的檢查安全問題，應(yīng)將制度化與安全管理聯(lián)系起來，確認所需要維護的高壓設(shè)備是否停電；其次，操作隔離開關(guān)，必須使所要檢修的設(shè)備與電源側(cè)產(chǎn)生

明顯的斷開點，以便于提高維護人員的自身安全。高壓設(shè)備除每年進行設(shè)備年檢外，平時還應(yīng)加強對設(shè)備的維護工作，維護工作的重點應(yīng)放在日常操作比較頻繁的斷路器開關(guān)上，以保證其切斷故障電流的速斷性。

2.4 設(shè)備參數(shù)監(jiān)督

在進行系統(tǒng)維護的過程中，應(yīng)重點檢查設(shè)備的參數(shù)情況，對參數(shù)值進行驗收，確保設(shè)備的正常運行。參數(shù)的驗收包括多方面，如變壓器繞組溫度正常、溫度較高時冷卻風扇能啟動，溫度再高時能夠跳閘保護等；配電開關(guān)功能正常；重要負載最好有雙電源進行供電；對于重要負載，要做好例行的保養(yǎng)工作；變壓器按規(guī)定周期做好預(yù)防性試驗。

在系統(tǒng)優(yōu)化維護過程中，設(shè)備參數(shù)如果出現(xiàn)問題，要及時做出處理而不是簡單地將其記錄了事，要使維護人員認識到設(shè)備參數(shù)的日常檢查關(guān)系到整體配電系統(tǒng)的正常運行，對系統(tǒng)優(yōu)化具有至關(guān)重要的作用。

3 結(jié) 語

綜上所述，對于CCS雙護盾供電系統(tǒng)的設(shè)計、運行與維護而言，在設(shè)計過程中，既要重視基礎(chǔ)設(shè)備的選擇和配置，同時又要考慮到監(jiān)控系統(tǒng)的安裝。而在具體的維護過程中，則要重視日常的維護工作，建立日常維護制度，重視發(fā)電廠機組的維護保養(yǎng)工作，使各種設(shè)備能夠更好地發(fā)揮其功能。

作者簡介:

劉振華(1984-)，男，四川都江堰人，工程師，從事電氣設(shè)備技術(shù)與管理工作；

潘 杰(1969-)，男，四川眉山人，工程師，從事電氣設(shè)備管理工作.

(責任編輯：李燕輝)