新聞主題	水電站柴油發(fā)電機組選型配置方案

 

水力發(fā)電廠(chǎng)可分為并入國家電網(wǎng)的大型水力發(fā)電廠(chǎng)和不并入國家電網(wǎng)的偏僻地區的小型水力發(fā)電廠(chǎng)（小水電），前者按照規范要求：“除了工作電源間互為備用和系統倒送電外，大、中型水電廠(chǎng)還應設置廠(chǎng)用電備用電源”，一般已經(jīng)設置了保安柴油發(fā)電機組在內的廠(chǎng)用電備用電源，而后者由于獨立組網(wǎng)以及成本限制，以前都很少配置保安柴油發(fā)電機組，較為常用的做法是從保留的施工變壓器或地區電網(wǎng)引接保安電源，考慮到地區電網(wǎng)十分不穩定，容量也有限制，近年來(lái)有些地區小水電廠(chǎng)已經(jīng)開(kāi)始取消從地區電網(wǎng)引接備用，而開(kāi)始配套保安柴油發(fā)電機組作備用電源。

 

 

一、水力發(fā)電廠(chǎng)保安電源柴油發(fā)電機組的特點(diǎn)和黑啟動(dòng)要求

 

水電廠(chǎng)設置廠(chǎng)用電保安電源主要是確保大壩安全度汛和水淹廠(chǎng)房等事故發(fā)生時(shí)人身及設備的安全。廠(chǎng)用電保安電源通常選用柴油發(fā)電機組，但由于配套附屬設備相對較多，維護工作量相對較大，所以有的水電廠(chǎng)開(kāi)始專(zhuān)設水輪發(fā)電機組代替柴油發(fā)電機組等保安電源，例如惠州抽水蓄能電廠(chǎng)就在下庫裝設2臺1000kW水輪發(fā)電機組作為保安電源。

水輪發(fā)電機組與火電、核電發(fā)電機組相比，具有輔助設備簡(jiǎn)單、廠(chǎng)用電少，啟動(dòng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此電網(wǎng)調度部門(mén)通常指定水電廠(chǎng)作為黑啟動(dòng)電源，水電廠(chǎng)黑啟動(dòng)電源的設置應符合下列規定：

1）當電力系統調度部門(mén)確定水電廠(chǎng)應具備電力系統黑啟動(dòng)功能時(shí)，該水電廠(chǎng)應設置黑啟動(dòng)電源。

2）黑啟動(dòng)電源通常選用能遠方控制快速啟動(dòng)的柴油發(fā)電機組，也可專(zhuān)設水輪發(fā)電機組。

3）黑啟動(dòng)電源容量需滿(mǎn)足啟動(dòng)一臺發(fā)電機組必需的負載，包括發(fā)電機組供水泵、主變壓器冷卻裝置、發(fā)電機組調速系統油壓裝置的主油泵、發(fā)電機高壓油頂起油泵、發(fā)電機組軸承潤滑油冷卻系統、發(fā)電機斷路器操作電源等開(kāi)機所需負載。發(fā)電機組黑啟動(dòng)時(shí)所需考慮的負載可按規程附錄規定選取。

當水電廠(chǎng)需要廠(chǎng)用電保安電源和黑啟動(dòng)電源時(shí)，則宜兼用。此時(shí)電源的容量應按保安負載與黑啟動(dòng)負載二者的最大值選取，但不考慮黑啟動(dòng)的負載與保安負載同時(shí)出現。當大型電廠(chǎng)樞紐布置比較分散、供電范圍廣且距離較遠時(shí)，可將供大壩安全度汛或重要泄洪設施的保安電源（柴油發(fā)電機組）單獨布置在壩區附近。

 

二、水力發(fā)電廠(chǎng)保安柴油發(fā)電機組的選擇

 

1、水力發(fā)電廠(chǎng)保安柴油發(fā)電機組型式選擇

按照使用條件分類(lèi)，柴油發(fā)電機組可分為陸用、船用、掛車(chē)式和汽車(chē)式。其中在《往復式內燃機驅動(dòng)的交流發(fā)電機組第1部分用途、定額和性能》GB/T 2820.1-2009的第6.2條中規定“陸用是指用于陸地上的固定式、可運輸式或移動(dòng)式發(fā)電機組”。目前，國內大多數水電廠(chǎng)柴油發(fā)電機組采用固定式機房安裝形式。

柴油發(fā)電機組性能等級按照《GB/T 2820.1-2009往復式內燃機驅動(dòng)的交流發(fā)電機組第1部分用途、定額和性能》的規定和水電廠(chǎng)保安負載以及黑啟動(dòng)負載的實(shí)際需求，選用適用負載范圍為照明系統、泵、風(fēng)機和卷?yè)P機等的G2級性能等級，該等級柴油發(fā)電機組性能特點(diǎn)：發(fā)電機組的電壓特性與公用電力系統非常相似，當負載變化時(shí)，可有暫時(shí)允許的電壓和頻率的偏差。

目前，國產(chǎn)柴油發(fā)電機組從啟動(dòng)到安全供電為止的啟動(dòng)時(shí)間可以小于15s，有的制造廠(chǎng)產(chǎn)品啟動(dòng)時(shí)間可在4s～7s，保證值為15s。柴油發(fā)電機組作為水電廠(chǎng)的保安或黑啟動(dòng)、備用電源的重要設備，要求在應急情況下能夠可靠啟動(dòng)并投入正常運行，所以柴油發(fā)電機組應采用快速啟動(dòng)應急型，要求發(fā)電機組應保持隨時(shí)準備啟動(dòng)的熱備用狀態(tài)。當柴油發(fā)電機組連續3次自啟動(dòng)失敗，意味著(zhù)啟動(dòng)回路或發(fā)電機組本身有故障，再次啟動(dòng)也無(wú)用，因此按3次考慮。根據需要一般可規定總時(shí)間不大于30s。若連續3次自啟動(dòng)失敗，應能發(fā)出報警信號，并閉鎖自啟動(dòng)回路。

近年來(lái)發(fā)電機組控制功能已比較完善，可以做到發(fā)電機組無(wú)人值守。智能型發(fā)電機組能自啟動(dòng)、自動(dòng)調壓、自動(dòng)調頻、自動(dòng)調載、自動(dòng)并車(chē)、功率管理（按負載大小自動(dòng)增減發(fā)電機組）、故障自動(dòng)處理、輔機自動(dòng)控制等。根據GB/T 4712-2008《自動(dòng)化柴油發(fā)電機組分級要求》，其自動(dòng)化程度分為三級，可依具體水電廠(chǎng)選定。柴油發(fā)電機組除配置上述的快速自啟動(dòng)裝置外，還需要配置手動(dòng)啟動(dòng)裝置，以便在安裝調試及例行試驗時(shí)使用。

根據GB/T 2820.1-2009《往復式內燃機驅動(dòng)的交流發(fā)電機組第1部分用途、定額和性能》的規定，選型時(shí)還需要對柴油機的型式、冷卻方式、啟動(dòng)電源等提出要求。柴油發(fā)電機組按轉速分高、中、低三類(lèi)。高轉速不低于1000r/min，低轉速不高于500r/min，除此之外為中轉速。高速及廢氣渦輪增壓型柴油發(fā)電機組具有體積小、質(zhì)量小、功率大（輸出功率與體積或排量的比率大）、效率高和啟動(dòng)運行可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此推薦采用，但考慮到增壓型柴油機的氣缸平均有效壓力較高的特點(diǎn)，允許首次加載的負載大小比傳統的非增壓型柴油機要低一些，需要按照允許加負載的程序分批投入負載。

柴油機一般可采用壓縮空氣啟動(dòng)和電啟動(dòng)兩種啟動(dòng)方式。由于壓縮空氣啟動(dòng)需要氣動(dòng)裝置，占用空間較大，不易布置，運行維護比電啟動(dòng)復雜，因此推薦采用電啟動(dòng)方式。柴油發(fā)電機組電啟動(dòng)蓄電池組的電壓為12V或24V。由于發(fā)電機組不經(jīng)常工作，應設置整流充電設備，其輸出電壓可根據蓄電池組浮充或均充電壓大小設置，輸出電流不小于蓄電池10h放電率電流。蓄電池容量必須滿(mǎn)足柴油機連續啟動(dòng)不少于6次的要求。冷卻方式宜采用封閉式循環(huán)水冷卻。

由于目前國內柴油發(fā)電機組供貨市場(chǎng)上采用10kV或6.3kV柴油發(fā)電機組比同容量400V的發(fā)電機組價(jià)格性?xún)r(jià)比差，柴油發(fā)電機組額定電壓宜采用0.4kV，接線(xiàn)應采用星形聯(lián)結，中性點(diǎn)應能引出，其接地方式應滿(mǎn)足下列要求：

1）當廠(chǎng)用電系統中僅裝設一臺柴油發(fā)電機組時(shí)，發(fā)電機中性點(diǎn)應直接接地（降低了系統的內部過(guò)電壓倍數，當某相接地時(shí)，相間電壓為中性點(diǎn)所固定，基本不會(huì )升高。同時(shí)動(dòng)力和照明可以由同一發(fā)電機母線(xiàn)供電），發(fā)電機的接地形式宜與低壓廠(chǎng)用電系統的接地形式相一致。

2）當兩臺及以上柴油發(fā)電機組并列運行時(shí)，發(fā)電機組的中性點(diǎn)應經(jīng)接地刀開(kāi)關(guān)（隔離開(kāi)關(guān)）接地，以便防止發(fā)電機中性導體產(chǎn)生三次諧波導致發(fā)電機發(fā)熱；當兩臺發(fā)電機組的中性導體存在環(huán)流時(shí)，應只將其中一臺運行并合閘帶載中的發(fā)電機的中性點(diǎn)接地，其余所有發(fā)電機組的接地刀開(kāi)關(guān)均需要斷開(kāi)，當帶載運行中的發(fā)電機組發(fā)生故障停機、人為換機或者因為優(yōu)先運行原因需要換機時(shí)，接地刀開(kāi)關(guān)需要同時(shí)進(jìn)行切換，保證系統中有且只有一臺帶載運行中的發(fā)電機組的接地刀開(kāi)關(guān)處于合閘狀態(tài)。其接地刀開(kāi)關(guān)可根據發(fā)電機允許的不對稱(chēng)負載電流和中性導體上可能出現的零序電流選擇。

當廠(chǎng)用電系統中裝設兩臺及以上柴油發(fā)電機組并列運行時(shí)，發(fā)電機中性點(diǎn)經(jīng)隔離開(kāi)關(guān)接地，當發(fā)電機的中性導體存在環(huán)流時(shí)，應只將其中一臺發(fā)電機的中性點(diǎn)接地。

3）當廠(chǎng)用電系統中裝設兩臺及以上柴油發(fā)電機組并列運行時(shí)，每臺發(fā)電機組的中性點(diǎn)可分別經(jīng)限流電抗器接地，以便保持中性母線(xiàn)電位偏移不大的條件下，有效地限制中性點(diǎn)引出導體中的諧波電流。其電抗器的額定電流可按發(fā)電機額定電流的25％選擇，阻抗值大小按通過(guò)額定電流時(shí)其端電壓小于10V選擇。

當受到電站負載分布、電氣接線(xiàn)和水電廠(chǎng)樞紐布置等條件限制時(shí)，宜采用10kV高壓柴油發(fā)電機組。

無(wú)刷勵磁交流同步發(fā)電機配置有自動(dòng)電壓調整裝置時(shí)，其穩態(tài)電壓調整率最優(yōu)可達到±0.25％，一般要求為±0.5％～±1.0％，這類(lèi)機型能適應各種運行要求，易于實(shí)現發(fā)電機組自動(dòng)化和發(fā)電機組的遙控，因此發(fā)電機宜采用快速反應的無(wú)刷自動(dòng)勵磁裝置；應裝設過(guò)電流和單相接地保護。容量1000kW以上時(shí)應裝設縱聯(lián)差動(dòng)保護等。柴油發(fā)電機組的日用油箱宜按8h耗油量配置。

2、水力發(fā)電廠(chǎng)柴油發(fā)電機組容量的選擇

柴油發(fā)電機組容量應根據其用途，按以下方法進(jìn)行選擇：

1）如作為廠(chǎng)用電保安電源，其容量需大于最大保安負載。

2）如作為黑啟動(dòng)電源，其容量需大于啟動(dòng)一臺發(fā)電機組所必需的用電負載。

3）如既作為廠(chǎng)用電保安電源，也兼作黑啟動(dòng)電源，其容量應按保安負載與黑啟動(dòng)負載二者的最大值選取。柴油發(fā)電機組負載計算應考慮水電廠(chǎng)負載的投運規律。對于在時(shí)間上能錯開(kāi)運行的負載不應全部計入，可以分階段統計同時(shí)運行的負載，取其大者作為計算負載。

4）如作為備用電源，其容量應滿(mǎn)足備用電源容量要求。

柴油發(fā)電機組容量除應按上述要求進(jìn)行容量計算并選型外，還應按下列條件進(jìn)行校驗：確定柴油發(fā)電機組容量時(shí)，除考慮用電總負載外，應著(zhù)重考慮啟動(dòng)電動(dòng)機容量。單臺電動(dòng)機最大啟動(dòng)容量與確定發(fā)電機組容量有直接關(guān)系。發(fā)電機組啟動(dòng)電動(dòng)機容量應考慮發(fā)電機的技術(shù)性能、柴油機的調速性能、負載電動(dòng)機的磁極對數、啟動(dòng)時(shí)發(fā)電機所帶負載大小、功率因數的高低、發(fā)電機的勵磁和調節方式及負載對電壓指標的要求等。為此，設計中確定發(fā)電機組容量時(shí)，應具體分析計算。

由于電動(dòng)機的啟動(dòng)轉矩與電源電壓的平方成正比，為了保證電動(dòng)機有足夠的啟動(dòng)轉矩，采用降壓?jiǎn)?dòng)方式時(shí)，啟動(dòng)時(shí)電源電壓下降不能太低，否則電動(dòng)機的啟動(dòng)轉矩不足以帶動(dòng)電動(dòng)機帶載量?？紤]其他負載的正常運行的電壓要求，保證開(kāi)關(guān)設備的接觸器可靠地工作，希望電動(dòng)機的啟動(dòng)電源電壓下降盡可能低一些，這樣與啟動(dòng)電壓成正比的啟動(dòng)電流也會(huì )相應降低，降低了的啟動(dòng)容量對其余負載的沖擊會(huì )降至最低，啟動(dòng)瞬間最低電壓值就不會(huì )過(guò)低，這樣的話(huà)，就存在一個(gè)電動(dòng)機希望的高啟動(dòng)電壓值與其余負載希望的低瞬間電壓跌落值之間的矛盾，需要達到一個(gè)平衡點(diǎn)，帶負載啟動(dòng)最大容量電動(dòng)機條件下計算發(fā)電機容量時(shí)需要規定柴油發(fā)電機組供電負載母線(xiàn)電壓值，一般為額定電壓400V。

① 按帶負載后啟動(dòng)最大的單臺電動(dòng)機或成組電動(dòng)機的啟動(dòng)條件校驗計算發(fā)電機容量，校驗宜按規程附錄F的方法計算。

② 最大電動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)母線(xiàn)上的電壓水平校驗中，考慮空載啟動(dòng)時(shí)的母線(xiàn)電壓要低于帶負載啟動(dòng)時(shí)的母線(xiàn)電壓。因此，最大電動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)的嚴重條件是空載啟動(dòng)，所以空載啟動(dòng)作為校驗的計算條件，按空載啟動(dòng)最大的單臺電動(dòng)機時(shí)母線(xiàn)允許電壓降校驗發(fā)電機容量。此時(shí)廠(chǎng)用電母線(xiàn)上的電壓水平不宜低于額定電壓的75％，有電梯時(shí)不宜低于80％。

③ 柴油機輸出功率復核。

3、水力發(fā)電廠(chǎng)柴油發(fā)電機組的布置

柴油發(fā)電機組及其附屬設備應布置在單獨房間內。機房位置應根據樞紐布置特點(diǎn)以及電氣接線(xiàn)和用途，并充分考慮通風(fēng)、排煙、噪聲、減振、抗振、環(huán)境保護等條件進(jìn)行選擇。

根據《民用建筑電氣設計規范》JDJ16-2008第6.1.7條規定，單機容量在500kW及以下一般機電一體，可不設控制室，單機容量在500kW以上的多臺發(fā)電機組，考慮運行維護和管理方便，可把機房和控制室分開(kāi)布置，可單獨設置控制室，便于集中控制，也有利于改善工作條件。柴油發(fā)電機房?jì)戎饕O備有柴油發(fā)電機組、控制屏、配電箱、啟動(dòng)蓄電池、燃油供給和冷卻、進(jìn)排風(fēng)系統等，宜設有發(fā)電機組間、儲油間、控制及配電室等，根據JDJ16規范、發(fā)電機組容量大小、發(fā)電機組臺數以及輔助設備配置情況可對上述房間進(jìn)行合并、增減及布置。

柴油發(fā)電機組機房設備布置方式及各部位有關(guān)最小尺寸，是根據發(fā)電機組安全運行要求，便于設備運輸、維護和檢修、輔助設備布置、進(jìn)排風(fēng)以及施工安裝等需要，并結合封閉式自循環(huán)水冷卻方式的應急型發(fā)電機組外廓尺寸提出，并符合下列要求：

機房布置主要以橫向布置為主，這種布置發(fā)電機組中性線(xiàn)與機房的軸線(xiàn)相垂直，操作管理方便，管線(xiàn)短，布置緊湊，方便操作。當受布置場(chǎng)地限制時(shí)，也可縱向布置。機房與控制及配電室毗鄰布置時(shí)，發(fā)電機出線(xiàn)端及電纜溝宜布置在靠近控制及配電室一側以減少電纜長(cháng)度，降低電壓降及節省線(xiàn)纜成本。發(fā)電機組之間、發(fā)電機組外廓到墻的距離應滿(mǎn)足設備搬運、就地操作、維護檢修或輔助設備布置的需要。當發(fā)電機組按照水冷卻方式設計時(shí)，發(fā)電機組端部距離可適當縮??；當發(fā)電機組需要做消聲工程時(shí)，尺寸應另外考慮；發(fā)電機組布置在地下，其凈距可適當加大。當控制屏和配電屏布置在發(fā)電機端或發(fā)電機側時(shí)，其操作通道應分別不小于2m和1.5m。機房?jì)瓤刹辉O置電動(dòng)起重設備，但宜考慮設置設備吊裝、搬運和檢修的措施。

水電廠(chǎng)保安柴油發(fā)電機組的具體容量計算、校驗和選型可參考火電廠(chǎng)保安柴油發(fā)電機組的容量計算、校驗和選型。

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