CCS項目雙護盾TBM供電系統的設計、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項目自備柴油發電廠的優化設計

1.1 發電廠機組的選型設計

根據厄瓜多爾CCS項目TBM2有關的技術參數、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，現場采用了每臺最大功率為1 800 kW的QSK60-G4康明斯發動機，共9臺。

對于QSK60-G4柴油發動機與發電機所能承受的突加負荷說明：QSK60-G4發動機分別所承受的有功功率：變頻起動系數為0.85～1。為了保證能成功起動設備，將此起動系數放大到1.1倍；瞬間突加5 250 kVA×1.1倍變頻起動系數=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。如果系統已在瞬間突加前運行有5 000 kW負載，則對應需要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)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發電機組的持續功率，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 高壓配電系統的設計

發電廠高壓配電系統設備的選型主要包括：10 kV系統(圖1)和20 kV系統(圖2),設備的選型主要包括：變壓器、高壓斷路器、高壓熔斷器、高壓開關柜等。

1.2.1 10 kV系統的設計

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

圖1 10 kV系統設計圖

10 kV變壓器的選擇：根據發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，為了保證發電廠的經濟、穩定運行，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高壓配電系統斷路器的選擇：根據《電力裝置的過電壓保護設計規范》等規范，考慮到厄瓜多爾CCS項目發電廠的實際參數情況，其設計根據高壓配電電氣的基本情況、高壓配電的環境、設計流程以及高壓配電設備的電氣性能，將G1-G9 10 kV系統真空斷路器型號選為：VD4-12/630-31.5 kA。通過測試，其滿足短路穩定性校驗的一般要求、短路校驗的熱效應。

10 kV高壓配電系統熔斷器的選擇：熔斷器主要是進行短路保護或嚴重過載保護。根據《電力裝置的過電壓保護設計規范》規定，為了滿足厄瓜多爾CCS項目發電廠的工作要求，在發生故障時能準確地對部分重要設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廠用變熔斷器型號為XRNT-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系統的設計

20 kV變壓器的選擇：根據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故障，為了保證TBM2能夠繼續正常工作，不因此變壓器的原因而導致其停止工作，另一臺變壓器則需要單獨承擔對TBM的供電任務，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：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高壓配電系統高壓柜的型號為:KYN28-24/金屬鎧裝移開式開關設備(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。系統設計情況見圖2。

圖2 20 kV系統設計圖

1.3 監控系統的設計

目前監控系統的設計主要采用數字化的監控模式，監測管理通過智能電力監控儀表、帶有智能接口的低壓斷路器、中壓綜合保護繼電器、變壓器、直流屏等實現遙控、遙測、遙信功能。監控系統的設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、查看有關信息和內容，包括畫面文件索引選擇、事故自動調用畫面等內容，以便全方位地顯示多種數值。

為了避免監控的不完善，需要建立監控現場采集層。現場采集層由現場監控單元實現對每個變電所的數據進行實時采集分析與處理。對每一回路的斷路器狀態等參數進行實時監測并上傳，執行上位系統下達的命令，包括控制斷路器分合閘、修改設置參數等，同時配合軟件可以實現把中壓線路的過流、過流速斷、變壓器過熱、單項接地等故障信號及時反映到監控中心。

1.4 系統方案的布置設計

為了使系統運行更為穩定，現發電廠全套系統采取機、電分離法(廠房隔離)。機組與配電系統分離可以提高其使用的方便性并降低維護的難度。高壓開關柜與高壓配電柜設置在高壓配電房，而控制柜則設置在中央控制室集中控制，這樣的設計不僅可以將發電機組和配電、操作系統進行隔離，改善機組、設備和人員的工作環境，而且可以把所有的運行參數集中顯示，方便操作人員監控，以減小工作人員的疲勞。同時，考慮到TBM2的非正常工況，機組開關采用一體式設計，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電機組而不用改動整個系統，減少后續資金和工作量。

2 供電系統的運行維護

2.1 機組日常維護

2.1.1 運行維護

注意觀察運行的發電機上不能有覆蓋物，不能有灰塵，預防出現短路情況，如果不可避免的被污染，需將發電機停下來，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

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

運行狀態檢查：機組運行后，柴油機有無“三漏”(漏油、漏水、漏氣)現象；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；帶載運行后的機油壓力、冷卻水溫度是否在正常值范圍內。

2.2 機組的保養與維護

冷卻系統：檢查冷卻水位, 水位應在注水口下5 cm位置； 若更換冷卻水,應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,應確認無物體阻塞在散熱片上;若使用熱交換器, 應確認系統的各閥門置于正確位置。

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

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

電路關斷功能：檢查內燃機上關斷系統所有終端指示燈是否正常。

電池：檢查電瓶液是否足夠, 電瓶液比重應高于 1.265。

皮帶：檢查冷卻風扇及充電機皮帶張緊度，如發現單根磨損應整組更換；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使用，必須更換。

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

通氣：確認內燃機曲軸箱通氣系統無阻礙。

2.3 高壓設備的運行與維護

高壓設備維護時，必須要形成經常性的制度方案，對于配電系統中的高低壓變配電設備，應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施進行預防性測試一次。對于線路的養護，應按照電力部門的有關規定進行。當供電線路存在異常情況時，應立即采取措施并及時通知項目部相關領導。考慮到維護過程中的檢查安全問題，應將制度化與安全管理聯系起來，確認所需要維護的高壓設備是否停電；其次，操作隔離開關，必須使所要檢修的設備與電源側產生

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

2.4 設備參數監督

在進行系統維護的過程中，應重點檢查設備的參數情況，對參數值進行驗收，確保設備的正常運行。參數的驗收包括多方面，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，要做好例行的保養工作；變壓器按規定周期做好預防性試驗。

在系統優化維護過程中，設備參數如果出現問題，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備參數的日常檢查關系到整體配電系統的正常運行，對系統優化具有至關重要的作用。

3 結 語

綜上所述，對于CCS雙護盾供電系統的設計、運行與維護而言，在設計過程中，既要重視基礎設備的選擇和配置，同時又要考慮到監控系統的安裝。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，重視發電廠機組的維護保養工作，使各種設備能夠更好地發揮其功能。

作者簡介:

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

潘 杰(1969-)，男，四川眉山人，工程師，從事電氣設備管理工作.

(責任編輯：李燕輝)