刘 振 华， 潘 杰

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 CCS项目自备柴油发电厂的优化设计

1.1 发电厂机组的选型设计

根据厄瓜多尔CCS项目TBM2有关的技术参数、TBM2正常掘进时的工况运行曲线图以及TBM2特殊工况运行曲线图得知：TBM2在正常掘进过程中的负荷变化为0～4 000 kW；4 000～0 kW。而TBM2在出现卡机等特殊情况时的前20 s左右，其功率有可能突加4 200 kW(350 kW×12台=5 250 kVA)，或突减4 200 kW(350 kW×12台=5 250 kVA)，此负荷为带变频启动的电动机感性负荷。针对TBM2的运行工况以及CCS项目的实际情况，现场采用了每台最大功率为1 800 kW的QSK60-G4康明斯发动机，共9台。

对于QSK60-G4柴油发动机与发电机所能承受的突加负荷说明：QSK60-G4发动机分别所承受的有功功率：变频起动系数为0.85～1。为了保证能成功起动设备，将此起动系数放大到1.1倍；瞬间突加5 250 kVA×1.1倍变频起动系数=5 775 kVA，有功相当于4 620 kW。每台最大备用功率为1 800 kW的QSK60-G4发动机的机组之瞬间突加带载能力为1 296 kW(=1 800 kW×0.72)，1 296 kW×4台=5 184 kW>4 800 kW>4 620 kW。

在不计其它负荷的情况下，以上4 620 kW瞬间突加负荷功率接近需要4台(QSK60-G4)机组。每台QSK60-G4发动机的机组相当于瞬间突加带载能力为1 155 kW，小于机组突加负载能力。如果系统已在瞬间突加前运行有5 000 kW负载，则对应需要4台(QSK60-G4+PI734G)机组分别带1 250 kW运行，则每台机组仍有550 kW余量，4台机共有2 200 kW余量。

在1.1倍的起动系数下，8台(已有5 000 kW负载运行，4台+热备用运行4台)运行的QSK60-G4机组总的最大备用容量为：14 400 kW减去已运行的5 000 kW(每 台 平 均625 kW)，还 有

9 400 kW容量，相当 于 每 台 机 组 有1 175 kW

(1 800 kW-625 kW)瞬间突 加 负 荷 容 量。而

4 620 kW(1.1倍系数)突加负荷相当于每台机组仅承受578 kW的突加负荷容量，只相当于机组备用功率的33%，既使加上每台机组已带上的625 kW负荷，每台机组也只有1 203 kW，仍小于QSK60-G4发电机组的持续功率，也小于其所能承受的突加负荷容量。在此瞬间突加负荷(最大单步带载能力的50%)且1.1倍起动系数下：QSK60-G4机组的频率降小于5%，完全满足国家标准GB/T 2820 。

运行方案：在瞬间突加负荷前，起动4台机组作为热备用，共6～8台(视其它负荷运行情况)，QSK60-G4机组运行热备，即可承受瞬间特殊工况下的突加负荷运行。还有第9台机组可以作为第二后备用机组，完全可以正常供电。

1.2 高压配电系统的设计

发电厂高压配电系统设备的选型主要包括：10 kV系统(图1)和20 kV系统(图2),设备的选型主要包括：变压器、高压断路器、高压熔断器、高压开关柜等。

1.2.1 10 kV系统的设计

10 kV高压配电系统主要考虑的是变压器充磁问题，因此，将单台发电机组并机时的采样点选在高压断路器(变压器出线开关)位置与母线PT的二次侧，同期点选在高压开关位置并确认开关柜采用10 kV等级。为满足10 kV高压配电系统的正常运行，10 kV高压配电系统高压柜的型号选择为:KYN28-12/金属铠装移开式开关设备。

图1 10 kV系统设计图

10 kV变压器的选择：根据发电机组每台最大功率为1 800 kW，同时，考虑到TBM工作与否的负荷变化情况，为了保证发电厂的经济、稳定运行，所选择的变压器型号为：S11-2500/10.5 kV(额定频率：50 Hz；额定容量：2 500 kVA；额定电压：10.5 kV/400 V；短路阻抗：5.56%；连接组别：DYN11；冷却方式：ONAN)的变压器。

10 kV高压配电系统断路器的选择：根据《电力装置的过电压保护设计规范》等规范，考虑到厄瓜多尔CCS项目发电厂的实际参数情况，其设计根据高压配电电气的基本情况、高压配电的环境、设计流程以及高压配电设备的电气性能，将G1-G9 10 kV系统真空断路器型号选为：VD4-12/630-31.5 kA。通过测试，其满足短路稳定性校验的一般要求、短路校验的热效应。

10 kV高压配电系统熔断器的选择：熔断器主要是进行短路保护或严重过载保护。根据《电力装置的过电压保护设计规范》规定，为了满足厄瓜多尔CCS项目发电厂的工作要求，在发生故障时能准确地对部分重要设备的故障进行短路或过载保护，其所选用的熔断器：1#～9#高压进线柜PT熔断器型号为XRNT-12/0.5 A；10.5 kV厂用变熔断器型号为XRNT-12/16A；10.5 kV 母线PT熔断器型号为XRNT-12/0.5 A。通过测试，其均满足要求。

1.2.2 20 kV系统的设计

20 kV变压器的选择：根据TBM2正常掘进时的负荷变化(0～4 000 kW；4 000～0 kW)，考虑到在TBM2掘进过程中如果其中一台变压器出现故障，为了保证TBM2能够继续正常工作，不因此变压器的原因而导致其停止工作，另一台变压器则需要单独承担对TBM的供电任务，即所采取的运行方式为:一主一备的运行方式。因此，为满足条件，选择型号为：S11-8000/20 kV(相数：3；额定频率：50 Hz；额定容量8 000 kVA；额定电压：20 kV(Y)/10.5 kV(△)；短路阻抗：7.57%；连接组别：DYN11；冷却方式：ONAN)的变压器，

最终选定的20 kV高压配电系统高压柜的型号为:KYN28-24/金属铠装移开式开关设备(额定电压：24 kV；额定电流300 A；额定开断电流：25 kA)；防护等级：IP4X。系统设计情况见图2。

图2 20 kV系统设计图

1.3 监控系统的设计

目前监控系统的设计主要采用数字化的监控模式，监测管理通过智能电力监控仪表、带有智能接口的低压断路器、中压综合保护继电器、变压器、直流屏等实现遥控、遥测、遥信功能。监控系统的设计首先要提供人机操作交流界面，采用全图形方式编辑的图形画面具有多种显示特性，用户可以非常直观、方便地编辑、定位、查看有关信息和内容，包括画面文件索引选择、事故自动调用画面等内容，以便全方位地显示多种数值。

为了避免监控的不完善，需要建立监控现场采集层。现场采集层由现场监控单元实现对每个变电所的数据进行实时采集分析与处理。对每一回路的断路器状态等参数进行实时监测并上传，执行上位系统下达的命令，包括控制断路器分合闸、修改设置参数等，同时配合软件可以实现把中压线路的过流、过流速断、变压器过热、单项接地等故障信号及时反映到监控中心。

1.4 系统方案的布置设计

为了使系统运行更为稳定，现发电厂全套系统采取机、电分离法(厂房隔离)。机组与配电系统分离可以提高其使用的方便性并降低维护的难度。高压开关柜与高压配电柜设置在高压配电房，而控制柜则设置在中央控制室集中控制，这样的设计不仅可以将发电机组和配电、操作系统进行隔离，改善机组、设备和人员的工作环境，而且可以把所有的运行参数集中显示，方便操作人员监控，以减小工作人员的疲劳。同时，考虑到TBM2的非正常工况，机组开关采用一体式设计，可以灵活的采取各种方式进行组合，从而保证可以随时累加发电机组而不用改动整个系统，减少后续资金和工作量。

2 供电系统的运行维护

2.1 机组日常维护

2.1.1 运行维护

注意观察运行的发电机上不能有覆盖物，不能有灰尘，预防出现短路情况，如果不可避免的被污染，需将发电机停下来，在做好清洁与干燥工作后检查并确定绝缘、耐压均正常后才能开机。

2.1.2 巡检服务

外观检查：检查蓄电池电压、充电器状态、水加热器运行状态、控制系统的指示灯、按钮开关、显示表工作是否正常、关键部位的连接是否松动。

运行状态检查：机组运行后，柴油机有无“三漏”(漏油、漏水、漏气)现象；机组本体有无异常响声；机组有无释放异味；电压、频率指标是否在额定范围内；带载运行后的机油压力、冷却水温度是否在正常值范围内。

2.2 机组的保养与维护

冷却系统：检查冷却水位, 水位应在注水口下5 cm位置； 若更换冷却水,应检查添加防冻剂的比例；检查所有冷却管道以及夹头有无漏水;若使用水箱散热器,应确认无物体阻塞在散热片上;若使用热交换器, 应确认系统的各阀门置于正确位置。

润滑系统：检查润滑油油位必须在规定的标尺范围刻度内,同时检查润滑油油质,看其有无混入水或燃油；检查润滑系统有无泄漏。

空气滤清系统：主要检查空气滤清器是否清洁,发动机运行时观察指示仪表，检查湿式空气滤清器油盘油位。

电路关断功能：检查内燃机上关断系统所有终端指示灯是否正常。

电池：检查电瓶液是否足够, 电瓶液比重应高于 1.265。

皮带：检查冷却风扇及充电机皮带张紧度，如发现单根磨损应整组更换；如仅有横向裂纹的皮带仍可使用，但纵向有裂纹的皮带则不可再继续使用，必须更换。

控制联接杆：检查液力或电子调速器拉杆润滑是否充分，如有阻风门控制器, 确认系统是否具有良好润滑、有无卡滞。

通气：确认内燃机曲轴箱通气系统无阻碍。

2.3 高压设备的运行与维护

高压设备维护时，必须要形成经常性的制度方案，对于配电系统中的高低压变配电设备，应在每季度各进行一次停电、清扫、检修工作。每年必须对高压变配电设施进行预防性测试一次。对于线路的养护，应按照电力部门的有关规定进行。当供电线路存在异常情况时，应立即采取措施并及时通知项目部相关领导。考虑到维护过程中的检查安全问题，应将制度化与安全管理联系起来，确认所需要维护的高压设备是否停电；其次，操作隔离开关，必须使所要检修的设备与电源侧产生

明显的断开点，以便于提高维护人员的自身安全。高压设备除每年进行设备年检外，平时还应加强对设备的维护工作，维护工作的重点应放在日常操作比较频繁的断路器开关上，以保证其切断故障电流的速断性。

2.4 设备参数监督

在进行系统维护的过程中，应重点检查设备的参数情况，对参数值进行验收，确保设备的正常运行。参数的验收包括多方面，如变压器绕组温度正常、温度较高时冷却风扇能启动，温度再高时能够跳闸保护等；配电开关功能正常；重要负载最好有双电源进行供电；对于重要负载，要做好例行的保养工作；变压器按规定周期做好预防性试验。

在系统优化维护过程中，设备参数如果出现问题，要及时做出处理而不是简单地将其记录了事，要使维护人员认识到设备参数的日常检查关系到整体配电系统的正常运行，对系统优化具有至关重要的作用。

3 结 语

综上所述，对于CCS双护盾供电系统的设计、运行与维护而言，在设计过程中，既要重视基础设备的选择和配置，同时又要考虑到监控系统的安装。而在具体的维护过程中，则要重视日常的维护工作，建立日常维护制度，重视发电厂机组的维护保养工作，使各种设备能够更好地发挥其功能。

作者简介:

刘振华(1984-)，男，四川都江堰人，工程师，从事电气设备技术与管理工作；

潘 杰(1969-)，男，四川眉山人，工程师，从事电气设备管理工作.

(责任编辑：李燕辉)