水電站大壩柴油發電機的改造

陳大輝

（中電投貴州金元集團股份有限公司黔北水力發電總廠，貴州 遵義 563000)

水電站大壩柴油發電機的改造

陳大輝

（中電投貴州金元集團股份有限公司黔北水力發電總廠，貴州 遵義 563000)

介紹了某水電站廠用電系統及大壩柴油發電機存在的問題，分析了技術改造的必要性和技術要求，提出了改造方案的實現方式。改造實施后，有效提高了該水電站備用電源的可靠性，為解決類似問題提供了參考。

水電站；柴油發電機；廠用電；可靠性

1 概述

柴油發電機以柴油機為原動機，拖動同步發電機發電，是一種中、小型的發電設備，具有機動靈活、投資較少、啟動方便、運行平穩可靠等優點，不僅受各種自然氣候和地理環境影響較小，還可全天候發電。因此，這種起動迅速、操作維修方便、投資少、環境適應性較強的發電裝置，在水電站中作為備用和應急電源的首選得到了廣泛應用。

2 存在問題

2.1 廠用電系統接線方式

某水電站的廠用電系統接線方式，是由發電機出口6.3 kV母線經1臺廠用變壓器帶400 V廠用母線運行，大壩電源配電柜從400 V廠用母線上接入，柴油發電機出口經1臺斷路器接入大壩電源配電柜。此種廠用電系統運行方式比較薄弱，若廠用變壓器發生故障或6.3 kV母線失壓，則會導致廠用電消失，此時必須啟動柴油發電機才能保證廠用電系統的正常運行。

2.2 廠用電的可靠性

該水電站只有1條35 kV的輸電線路接入110 kV變電站，且距離變電站較遠，遇雷雨天氣易發生線路跳閘、機組停運故障，就會導致廠用電失壓。在特殊天氣時，廠用電的可靠性不高。

2.3 設備陳舊

該水電站柴油發電機的型號為120GF5-1，額定容量150 kVA，額定功率120 kW，額定電壓400/230 V，額定電流217 A，額定功率因數0.8，額定轉速1 500 r/min，相數為3，由貴州柴油發電機廠生產，于1992-01-05投運，現已運行22年，設備陳舊，因此故障率較高。

2.4 其他問題

(1) 該柴油發電機是工程遺留設備，修復頻繁，修理費高，維護工作量大，且備品備件已無法購買。

(2) 該柴油發電機需要預熱幾分鐘才能啟動，在汛期出現緊急情況下不能及時啟動。

(3) 該水電站正常發電放水流量22.5 m3/s，水庫調節庫容3 300萬m3，調節庫容小。據統計，在2012、2013年汛期泄洪水量分別為15 551萬m3、11 536萬m3。從泄洪水量分析，該水電站在汛期泄洪操作較頻繁，只有備用電源可靠，才能保證防汛安全。

3 改造的必要性

由于作為備用電源的大壩柴油發電機不可靠，該水電站防汛壓力大，遇到特殊天氣需要泄洪時，若廠用電消失，柴油發電機將不能正常啟動帶廠用電，就會發生如下事件：

(1) 大壩上游入庫流量大于機組發電流量時，水庫水位會持續上漲，因泄洪閘門不能開啟泄洪，將導致水漫大壩事故；

(2) 因廠房集水井排水泵不能工作，集水井的水得不到及時排出，集水井水位上升，將導致水淹廠房事故；

(3) 廠房周圍流入廠外集水井的集水不能及時排走，將導致水進廠房事故；

(4) 當廠用電失電時間較長，壓油裝置油壓降低，不能對導葉進行開關操作，將導致機組不能正常啟動。

4 大壩柴油發電機改造的技術要求

4.1 技術參數

柴油發電機額定容量：150 kVA；額定功率：120 kW；額定電壓：400/230 V；額定電流：217 A；額定功率因數：0.8；額定轉速：1 500 r/min；相數：3相。

4.2 啟動方式

柴油發電機控制器具有自動和手動啟動方式。當自啟動信號輸入或人工按下啟動按鍵時，控制器便自動完成自啟動、運行、故障停機保護等程序控制和過程控制。

4.3 自動監控功能

自動監控發電機在啟動、怠速、升速、全速等過程的速度變化，自動完成啟動電機的投入與撤出、轉速過高與過低的超限停機、速度正常后輸出運行(合閘)信號等動作。

4.4 運行狀態顯示功能

根據系統當前的運行狀況，柴油發電機控制器通過指示燈或控制器上的液晶屏顯示設備當前的各種狀態，包括：待機、開機、供油、自啟動、怠速延時、正常運行、冷卻停機、緊急停機等。

4.5 運行參數顯示功能

柴油發電機啟動后，在控制器顯示屏上能顯示柴油發電機組頻率、電壓、油壓、水溫、運行時間及蓄電池電壓等實時數值。

4.6 保護及信號功能

柴油發電機控制器具有保護功能，具有欠頻(啟動轉速過低、啟動電機與啟動飛輪打滑)、過頻、低電壓、低油壓、水溫高等保護功能。

柴油發電機控制器還具有信號功能，具有欠頻、過頻、低電壓、低油壓、水溫高、啟動失敗、停機失敗等信號，并將上述信號通過報警器輸出。

柴油發電機控制器的保護及信號功能的整定值可以根據用戶需要進行調節。機組在自啟動及運行過程中若出現異常，可通過監控系統及控制屏上相應的指示燈進行顯示。

4.7 油箱要求

(1) 柴油發電機儲油箱容量為100 L，儲油箱具有油位標尺。

(2) 柴油發電機本體具有日用燃油箱。

4.8 啟動電源

采用24 V蓄電池組，作為柴油發電機的啟動電源。

4.9 蓄電池和充電機

(1) 24 V蓄電池組電源為2節蓄電池組成。

(2) 由1臺充電機為24 V蓄電池組充電。

(3) 充電機和24 V蓄電池組分層放在1個控制箱內。

(4) 充電機交流電源空氣開關裝在控制箱內。

4.10 正常啟動條件及啟動時間規定

(1) 柴油發電機的啟動時間應控制在15 s內。

(2) 柴油發電機啟動15 s內，電壓必須達到400 V，頻率必須達到50 Hz。若不能滿足此要求，柴油發電機將自動跳閘。

(3) 柴油發電機只有在水溫、油壓且啟動電壓滿足要求時才能啟動，若上述任一條件未得到滿足，則閉鎖柴油發電機啟動。

(4) 柴油發電機電壓和頻率達到額定值時，滿足自動合上柴油發電機出口斷路器的要求。

5 改造方案的實現方式

(1) 本次改造只是對柴油電機本體進行更換，功能應滿足上述技術要求，原用380 V動力電纜無需更換。

(2) 柴油發電機的外用存儲油箱與柴油發電機本體單獨安裝，油位標尺隨存儲油箱一體。

(3) 柴油發電機與蓄電池的二次線纜通過線槽走線方式實現。

(4) 柴油發電機的煙筒直通外界。

6 結束語

通過對此次柴油發電機的改造，運行人員對柴油發電機的操作變得更加簡單，監視變得更加方便，且增加了柴油發電機的保護和自動功能，使其運行更加安全可靠，有效保障了該水電站的備用電源，大大降低了安全風險。

參考文獻：

1 電力工業部西北電力設計院．《電力工程電氣設計手冊》(電氣一次部分)[M]．中國電力出版社，1998.

2 電力工業部西北電力設計院．《電力工程電氣設計手冊》(電氣二次部分)[M]．中國電力出版社，1998．

3 王慶忠，達 艷．水電廠發電機油壓裝置控制系統改造[J].電力安全技術，2013(1)．

4 金德智，朱建成，董勇衛．發電機內冷水箱水位異常分析[J]．電力安全技術，2011(1)．

5 GB2820—1990工頻柴油機組通用技術條件[S]．

(來源：云南電網公司網站 2015-02-28)

2014-10-22。

陳大輝(1974-)，男，助理工程師，主要從事水電廠生產及運行工作，email：442167920@qq.com。