孫 靜 王小青 汪太興 孟 軍

（國網(wǎng)蕪湖供電公司信息通信分公司）

一起基于工程電氣設(shè)計(jì)的水電站柴油發(fā)電機(jī)組容量選擇

孫 靜 王小青 汪太興 孟 軍

（國網(wǎng)蕪湖供電公司信息通信分公司）

本文講述一起基于絲綢之路沿線國家落成的水電站，在工程電氣設(shè)計(jì)時(shí)額外配置柴油發(fā)電機(jī)組容量的選擇，包括事故緊急狀態(tài)下的廠用電運(yùn)行方式、負(fù)荷統(tǒng)計(jì)和起動(dòng)壓降校驗(yàn)的過程，并得出類似境外水電站總承包工程柴油發(fā)電機(jī)選型方法的結(jié)論。

水電站電氣設(shè)計(jì)；柴油發(fā)電機(jī)；容量選擇

0 引言

隨著“一帶一路”的擴(kuò)展，推動(dòng)著中國制造業(yè)不斷走出國門。其中我國風(fēng)電、水電等一系列項(xiàng)目在絲綢之路沿線落成，然而境外水電站工程EPC總承包已成為我國水電站工程建設(shè)單位發(fā)展的趨勢(shì)，因而國內(nèi)水電站設(shè)計(jì)行業(yè)也逐步走向國際市場(chǎng)。幾乎所有境外水電站的項(xiàng)目合同均要求建設(shè)的水電站配置應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，滿足電站黑啟動(dòng)（若有）和事故保安的需要。因此，在工程電氣設(shè)計(jì)上如何使所選擇的柴油發(fā)電機(jī)組的容量滿足項(xiàng)目合同和電站運(yùn)行的要求，同時(shí)最大限度地降低 EPC總承包方的設(shè)備投資是電氣工程師需要解決的重要問題。

1 水電站電氣設(shè)計(jì)概述

某境外水電站為徑流式電站（如下圖所示），采用引水式開發(fā)，無攔河閘（壩），利用地下互聯(lián)室直接接上一梯級(jí)水電站尾水，通過有壓引水隧洞、壓力管道向地下廠房機(jī)組供水發(fā)電。電站裝機(jī)3臺(tái)，總裝機(jī)容量486MW，擬以5回230kV出線。水電站主要布線形式為：發(fā)電機(jī)變壓器為單元連接，230kV側(cè)通過用雙總線連接。電站廠用電源主要有三種形式，一是從3個(gè)發(fā)電機(jī)—變壓器單元接線的變壓器低壓側(cè)分別通過廠用變壓器引接，二是從電力系統(tǒng)側(cè)通過主變壓器倒送電取得，三是總承包商與業(yè)主所簽訂的技術(shù)協(xié)議上要求電站設(shè)置一臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組，機(jī)組持續(xù)功率應(yīng)通過設(shè)計(jì)階段的計(jì)算確定，但不應(yīng)小于400kW。

圖 某徑流式水電站

2 柴油發(fā)電機(jī)組容量的選擇

在國內(nèi)外的水電工程中，并沒有現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)范規(guī)程對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的容量選擇計(jì)算做出明確規(guī)定，目前國內(nèi)的水電工程的計(jì)算主要是依據(jù)水利電力出版社出版的《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)（電氣一次部分）》中的相關(guān)內(nèi)容。因此該水電站的柴油發(fā)電機(jī)組的容量計(jì)算主要根據(jù)總承包方和業(yè)主簽訂的技術(shù)協(xié)議，在《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)（電氣一次部分）》的計(jì)算方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算，并進(jìn)行選擇。

2.1 柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行工況分析

在統(tǒng)計(jì)柴油發(fā)電機(jī)組在應(yīng)急狀態(tài)下所承擔(dān)的廠用電負(fù)荷之前，應(yīng)充分分析電站所面臨的所有應(yīng)急狀態(tài)，一般情況下水電站的柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)能分別承擔(dān)電站黑啟動(dòng)或者事故保安情況下的廠用電負(fù)荷。

本電站為徑流式引水發(fā)電電站，進(jìn)水口取自上游電站尾水，因此在一般情況下，本電站向電力系統(tǒng)送電時(shí)，上游電站也應(yīng)同時(shí)正在發(fā)電運(yùn)行。在電力系統(tǒng)事故需黑起動(dòng)時(shí)，應(yīng)先由上游電站承擔(dān)黑啟動(dòng)任務(wù)，本電站一般情況下不承擔(dān)黑啟動(dòng)任務(wù)。在這里針對(duì)配置的電站柴油發(fā)電機(jī)組主要擔(dān)當(dāng)了部分廠用電負(fù)荷只為事故保安啟動(dòng)時(shí)的一臺(tái)機(jī)組緊急停機(jī)的負(fù)荷。

但由于本工程簽訂的技術(shù)協(xié)議指出：柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)承擔(dān)電站事故保安負(fù)荷，如事故照明、滲漏排水、直流充電機(jī)、UPS、主要房間的空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等，所以，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的最大工作容量的運(yùn)行條件下應(yīng)具有安保負(fù)載并為設(shè)備的黑啟動(dòng)操作。

2.2 機(jī)組黑啟動(dòng)情況說明

根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)（電氣一次部分）》的計(jì)算方法，國內(nèi)工程的計(jì)算中會(huì)將所有負(fù)荷統(tǒng)計(jì)后考慮負(fù)荷的同時(shí)率Kdf，境外工程業(yè)主無法接受由國內(nèi)工程經(jīng)驗(yàn)得出的負(fù)荷同時(shí)率Kdf，因此必須分析所有負(fù)荷同時(shí)出現(xiàn)時(shí)的情況（Kdf=1時(shí)的情況），并取此最大值，從而去掉一些沒有同時(shí)出現(xiàn)的負(fù)荷，這種分析必須從黑啟動(dòng)的流程開始。

本電站機(jī)組開始起動(dòng)流程時(shí)，應(yīng)先判斷球閥和調(diào)速器油壓裝置的油壓是否正常，若油壓裝置壓力值低，不滿足開機(jī)條件，流程會(huì)自動(dòng)退出報(bào)警，此時(shí)應(yīng)先啟動(dòng)油壓裝置控制流程，打開油泵并達(dá)到正常油壓成后，油泵停止運(yùn)行，才可進(jìn)入開機(jī)流程。同時(shí)全廠保安負(fù)荷為黑啟動(dòng)過程中的連續(xù)運(yùn)行負(fù)荷，因此最大負(fù)荷總數(shù)應(yīng)為以下兩種情況之一：

情況一：球閥和調(diào)速器油壓裝置運(yùn)行負(fù)荷(機(jī)組啟動(dòng)之前)+全廠保安負(fù)荷。

情況二：機(jī)組啟動(dòng)負(fù)荷+全廠保安負(fù)荷。根據(jù)計(jì)算，情況二為最大負(fù)荷總數(shù)。

2.3 計(jì)算負(fù)荷列表

根據(jù)情況二的負(fù)荷，將負(fù)荷列表如下表所示。其中在設(shè)計(jì)階段可能無法獲得所有電機(jī)負(fù)荷的cosφ和η值，可利用《電力工程電氣設(shè)備手冊(cè)（電氣一次部分）》中的相應(yīng)額定功率和額定轉(zhuǎn)速的電機(jī)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行估算。

表 應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組計(jì)算負(fù)荷列表

需要說明的是，在情況二下，全廠不處于消防疏散和事故排煙的狀態(tài)下，同時(shí)此時(shí)處于緊急情況，通風(fēng)系統(tǒng)主要保證全廠形成暢通的通風(fēng)環(huán)境，使地下廠房各主要區(qū)域形成一定氣流，因此全廠設(shè)置的通風(fēng)風(fēng)機(jī)設(shè)備并不是全部運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)本電站的實(shí)際情況，將開啟主副廠房的送風(fēng)機(jī)、主變洞的排風(fēng)機(jī)和地面開關(guān)站的排風(fēng)機(jī)，以上通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備啟動(dòng)后，全廠即形成進(jìn)廠交通洞→主廠房→母線洞→主變洞→電纜平洞→電纜豎井→地面開關(guān)站的風(fēng)路，即滿足緊急情況下基本的通風(fēng)環(huán)境要求。

2.4 根據(jù)負(fù)荷列表計(jì)算所需容量

首先根據(jù)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算持續(xù)運(yùn)行所需要的容量

計(jì)算最大電機(jī)啟動(dòng)時(shí)所需要的容量，假設(shè)最保守的情況是最后啟動(dòng)最大電機(jī)，對(duì)于本電站，最大電機(jī)為技術(shù)供水泵，額定功率為110kW。計(jì)算有功功率和無功功率分別為118.28kW和60.60kvar。

式中，KDQ為技術(shù)供水泵的起動(dòng)電流倍數(shù)，為軟起動(dòng)器起動(dòng)，3； cosφDQ為技術(shù)供水泵起動(dòng)時(shí)功率因數(shù)，0.4。

2.5 根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇柴油發(fā)電機(jī)組

根據(jù)以上計(jì)算的結(jié)果，柴油發(fā)電機(jī)制造廠提供的康明斯KTA38-G1型柴油機(jī)，以及斯坦福 KTA38-G1型發(fā)電機(jī)。KTA38-G1型發(fā)電機(jī)持續(xù)功率（COP）為700kW，并且在本電站柴油發(fā)電機(jī)組安裝海拔高程1325.00m高程上，無需進(jìn)行功率的修正，因此滿足本工程的要求。如果柴油發(fā)電機(jī)組的安裝高程高于要求，應(yīng)根據(jù)ISO15550—2002 規(guī)范對(duì)機(jī)組在實(shí)驗(yàn)環(huán)境狀況下的實(shí)測(cè)功率進(jìn)行大氣狀況的修正。

在技術(shù)供水泵起動(dòng)時(shí)，機(jī)組運(yùn)行在短時(shí)過負(fù)荷狀態(tài)，根據(jù)制造廠提供的試驗(yàn)資料，改機(jī)組在1.5倍持續(xù)功率過負(fù)荷的情況下，可運(yùn)行20s，并且機(jī)組的啟動(dòng)控制裝置可以根據(jù)過負(fù)荷的實(shí)際情況，自動(dòng)調(diào)整過負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間。因此在應(yīng)急情況下起動(dòng)全廠最大電機(jī)負(fù)荷時(shí)，該機(jī)組的選型滿足工程的需要。

3 校驗(yàn)自起動(dòng)電壓降

按最大負(fù)荷技術(shù)供水泵在所有負(fù)荷啟動(dòng)后出現(xiàn)，由于機(jī)組的啟動(dòng)控制裝置帶電壓調(diào)整功能，所以可以認(rèn)為機(jī)組在起動(dòng)技術(shù)供水泵時(shí)所引起的電壓變動(dòng)，與已經(jīng)承擔(dān)的負(fù)荷幾乎無關(guān)。因此啟動(dòng)容量為技術(shù)供水泵的計(jì)算容量

技術(shù)供水泵的等值阻抗為

根據(jù)制造廠提供的發(fā)電機(jī)參數(shù)和，因此得電壓降為

在與業(yè)主簽訂的技術(shù)協(xié)議中規(guī)定機(jī)組自啟動(dòng)的電壓降不大于15%，因此滿足要求。

4 結(jié)束語

境外水電站柴油發(fā)電機(jī)的容量選擇與國內(nèi)水電站工程在方法和原理上是一致的，但也有一些不同之處。在緊急情況下廠用電的運(yùn)行工況應(yīng)遵守所簽訂的技術(shù)協(xié)議，并充分與業(yè)主人員針對(duì)電站的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行討論和分析。另外對(duì)于境外工程業(yè)主無法認(rèn)可國內(nèi)水電站運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，因此無法采用國內(nèi)設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常采用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值。比如負(fù)荷同時(shí)率等，因此必須細(xì)化分析，所有廠用電負(fù)荷可能同時(shí)運(yùn)行的最大值。充分了解以上兩點(diǎn)后將有利于提供設(shè)計(jì)工作者的工作效率，特別對(duì)境外水電站的設(shè)計(jì)工作具有一定的意義。

2016-12-30）