赤道几内亚马拉博欧洲角燃气电厂扩容项目的电气设计

王鹏飞

(中国机械设备工程股份有限公司，北京 100055)

赤道几内亚马拉博欧洲角燃气电厂扩容项目建设位置，位于赤道几内亚第一大岛——比奥科岛的北部、赤道几内亚首都马拉博市西北部的欧洲角，距离马拉博市区7.2 km，毗邻原马拉博电厂的西侧.该建设位置东距大西洋0.9 km，北距欧洲角内天然气厂1.2 km，南距离马拉博机场1.8 km.南北两侧均有公路，交通比较便利.该项目建设位置比奥科岛属于火山岛，地势起伏，南侧有河流，厂址范围内多为林地，植被茂盛，地势较平坦，高程在海拔30 m左右.

赤道几内亚马拉博欧洲角燃气电厂扩容项目由中国机械设备股份有限公司承担EPC[1]总承包.该项目于2009年10月29日由中国机械设备股份有限公司(简称总承包方)与赤道几内亚能矿部(简称业主)签订了EPC[1]工程总承包合同，2010年10月开工建设，2011年6月～10月3台机组分别并网发电.2011年11月4日通过了业主和本项目的工程监理机构——美国Taylor公司组织的初步验收，2012年5月17日获得了业主和监理工程师签发的的接收证书(PAC)，确认本项目“主要机组圆满完成，所有在运行的设备已正常投产，施工达到了设计的要求”.“质保期从2012年1月18日开始计算”，已于2013年1月结束，近期将获得最终完工证明(FAC).本文就该项目电气系统的设计，概略谈及.

1 概述

赤道几内亚马拉博欧洲角燃气电厂扩容项目工程设计是在总承包方通过调查研究，与2009年9月向业主——赤道几内亚能矿部提交技术建议书[5]，并获得业主批准的基础上，由中南电力设计院完成.工程设计执行我国国家标准和规范，由3台南京汽轮发电机(集团)有限责任公司生产的PG6581B型燃气轮发电机组组成，装机总容量为3×42MW.该项目电气系统工程设计范围主要包括发电机、发电机出口断路器、高低压配电装置、电缆、照明、检修及二次回路;主变压器、高压/备用变压器至66 kV配电装置进线侧电缆头处;辅助车间的电气设计;厂用配电装置、电缆、照明及二次回路[2]及本工程围墙范围内防雷接地等内容设计.

2 电气主接线及主要设备的选择

2.1 电气主接线

本工程项目的3台42MW燃气发电机组，均采用发电机－变压器单元接线，接入升压站66 kV高压配电装置.发电机出口装设断路器，用电缆与发电机出口和厂用工作变压器相联.

为满足机组安全起停及提供备用电源，设1台高压起动/备用变压器.该变压器选用油浸双卷，有载调压变压器，容量为3150 kVA，用电缆与升压站66 kV高压配电装置相联.该变压器低压侧设置一段6 kV母线，为每台机组的6 kV启动电机提供电源;并设置1台容量为500 kVA的低压变压器作为厂区备用变压器.同时，每台机组还分别设一台容量为500 kVA的厂用工作变压器，电源分别引自发电机出口.

本项目各级电压中性点接地方式分别为:发电机中性点采用经避雷器接地的方式;6 kV系统采用经电阻接地系统;400 V系统采用直接接地系统[3].

2.2 主要设备的选择

(1)主变压器.本项目主变选用三相两绕组、风冷、油浸式无载低损耗变压器3台.型号为SF11－50000/66;容量为50 MVA;变比为66 ±2 ×2.5%/11 kV;组别为 YN，d11;阻抗为 Ud=10.5%;

(2)高压备用变压器.本项目高压备用变压器选用三相两绕组、风冷、油浸式有载调压低损耗变压器1台.型号为SFZ11－3150/66;容量为3150 kVA;变比为66±8×1.25%/3 kV;组别为Y，yn 0阻抗为Ud=10.5%;

(3)发电机出口断路器.发电机出口断路器额定电压为11 kV;额定电流为3150 A;分断能力为63 kA;动稳定电流为165 kA.

3 厂区用电接线及电气设备布置

3.1 厂区用电系统接线

本项目厂区用电系统接线采用3 kV和400/230 V两级电压厂区用供电系统.

(1)高压起动/备用系统.为满足机组3 kV起动电机负荷要求，全厂设1段3 kV厂用起动/备用母线，正常时由66 kV配电装置经高压备用变压器供电，66 kV配电装置失电时由黑启动柴油发电机组提供电源;

(2)厂用变压器.经过厂区用负荷计算，厂用设备的选择如下:①工作厂用变压器选用SCB 10－500/10.5型无载调压变压器;容量为500 kVA;变比为10.5±2×2.5%/0.4 kV;阻抗为 Ud=4%;组别为 D，yn 11;②备用变压器选用SCB10－500/3.15型无载调压变压器;容量为500 kVA;变比为3.15±2×2.5%/0.4 kV;阻抗为Ud=4%;组别为Y，yn 0;

(3)400/230 V低压厂区用电系统.400/230 V厂区用电系统，采用PC和MCC的供电方式.其中:①400/230 V工作段接线.对应每台机组，装设3台工作变压器，为燃机辅机低压负荷，公用低压负荷和辅助车间低压负荷供电，并对应每台机设有机组MCC;②厂区及辅助车间低压厂用电接线按工艺系统和就近供电相结合的原则，设立MCC.并引入化水车间车间盘;③400/230 V厂区用电配电装置设备选型主厂房低压厂变均选用干式变压器.主厂房及辅助车间中央盘和车间盘均选用抽屉式开关柜.6 kV和400/230 V厂区用配电装置布置在电气综合楼厂用配电间内.化水车间MCC分别布置在化水车间内.

3.2 电气设备布置

由于本项目厂区总平面为从南向北依次布置，顺序为电气综合楼、3台燃机、冷却塔.为此，高压备用变压器布置在电气综合楼南侧;3台主变压器及66 kV－SF 6气体绝缘开关设备(简称GIS)布置在对面侧升压站内.

4 直流系统、交流不停电电源及二次接线

4.1 直流系统

本工程项目全厂设置一套直流系统，该直流系统向厂内3 kV和380 V系统的控制、保护设备、继电器室、控制室等的直流负荷以及事故照明负荷等供电.直流系统由2组220 V，400 Ah阀控式密封铅酸蓄电池组、2套高频开关电源和直流馈线屏等组成.直流系统接线采用单母线分段.2组蓄电池组分别接于不同的母线段，正常独立运行.两段母线之间设有联络电器，切换过程中允许两组蓄电池短时并联运行.蓄电池组正常为浮充电方式运行，蓄电池的容量能保证在事故时向直流负荷供电1h.充电器为高频开关电源型，电源模块数量为n+1配置.

4.2 交流不停电电源UPS

本工程项目设置一套UPS装置，供热控及电气仪表、计算机控制系统、通信等不停电负荷使用.容量为20kVA，UPS的直流电源由直流系统提供.升压站设备所需的直流及UPS电源分别由升压站直流系统及UPS系统引接.

4.3 二次接线

(1)控制方式及接线.本工程项目采用集中控制方式，电厂设置集中控制室，控制全厂电气系统和设备的运行.燃机发电机组的控制、保护、测量以及发电机出口开关的控制屏等均布置在燃机单元控制室内，其设计、供货均由发电机厂成套提供.在集中控制室内设置操作员站用于控制所有燃机的运行;

(2)控制系统.本工程项目电气系统的控制和监测采用电子计算机控制系统(ECS).计算机控制系统(ECS)监测范围与监控对象包括:厂用工作变压器、高、低压厂用备用变压器、400/230 V PC至MCC馈线等;监测对象包括发电机出口断路器、直流系统、UPS等.其中，①网络结构.控制系统采用分层结构，上层包括操作员兼工程师站、远动主机等，下层设备为就地采集和控制设备.上下层之间采用总线通讯;②设备布置.计算机控制系统(ECS)的所有上层设备均布置在电气综合楼内，其中操作员兼工程师站布置在集中控制室，主机和远动主机布置在电气综合楼的继电器室内;

(3)同期系统.本工程发电机的同期点在发电机出口开关，同期功能由燃机发电机控制系统提供.

(4)元件保护及计量.厂用工作变压器、高压备用用变压器保护采用微机型成套装置.6 kV厂用电系统(包括低备变和电动机)配有综合保护，保护装置均布置于相应的中压开关柜内.400 V厂用电系统框架断路器和配电回路使用断路器自身的保护;马达控制器回路由马达控制器提供电动机保护，短路保护由塑壳开关提供.在发电机出口和厂变高压侧、起备变高压侧设置计量电度表，布置在电度表屏上.

4.4 升压站二次线

(1)控制系统.由于升压站已由业主委托分包商进行了设计，因此本期工程新增设备需接入原升压站的控制系统进行监控.本期工程增加三面测控屏，测控设备选择与升压站监控系统的厂家相同型号产品，监控范围包含主变压器、66 kV－SF 6气体绝缘开关设备等;

(2)元件保护.3台主变压器保护均采用微机型成套装置，包括差动保护及完整的后备保护;

(3)计量.在主变高压侧设置计量电度表，布置在新增电度表屏上.计量表计的选择与业主委托分包商设计为同一厂家产品;

(4)新增设备布置.新增的测控屏、主变保护屏及电度表屏安装在原升压站控制室内.

5 过电压保护、接地及照明和检修网络

(1)过电压保护.为防止直击雷，在厂区设避雷针.同时，为防止雷电入侵波对电气设备的损害，在发电机中性点设置氧化锌避雷器;

(2)接地.全厂敷设由水平接地体和垂直接地极组成的人工接地网，接地体材料截面按满足短路热稳定和防腐的要求;

(3)区厂正常照明和直流事故照明.正常交流照明采用400/230 V中性点直接接地的三相四线制系统，灯具电压为230 V，照明电源就近取自400/230 V工作电源.直流事故照明用于集中控制室和保护室内，由110 V蓄电池供电，正常时不工作，仅在交流照明电源出现故障后投入工作.另外，在车间和通道的出入口设置自带蓄电池和充电控制设备的应急灯;

(4)检修及电焊网络.电焊网络直接接于就近的400/230 V电源，并在各检修工作场合设置检修配电箱.

6 电缆设施

6.1 电缆选型

本工程电缆选型的基本原则是:66 kV，10 kV及6 kV电缆均选用铜芯交联聚乙烯电缆;1 kV动力电缆选用阻燃型聚氯乙烯绝缘铜芯电缆;控制电缆选用阻燃铜芯电缆.

6.2 电缆的敷设与防火

本工程项目厂区及车间内设有电缆沟，电缆在电缆沟内沿电缆支架敷设;电缆由电缆沟至设备间采用电缆穿铁管沿墙或地面暗敷设或明敷设.在电缆通道的必要部位，采取下列防火措施:①沿多层布置电缆的托架和支架的层间设置耐火隔板;②在电缆通道出入口和分支处设防火门或防火隔墙;③电缆引入柜、盘的盘底开孔用耐火材料封堵;④电缆密集的电缆沟中设置阻火墙;⑤电缆的适当位置涂防火涂料.

7 结语

本工程在中国机械设备工程股份有限公司第三成套事业部精心组织和项目部的共同努力下，不仅按合同工期圆满地完成了建设任务，而且也取得了较好的经济效益，并顺利地通过业主与美国Taylor公司的工程质量验收[4].其中仅设备安装共有分部工程108个，分项工程248项;其过程检验分项工程合格率为100%，分部工程合格率为98%;交接试验52项、旁站52项，合格品率为100%，工程质量全部合格.特别是经整体调试、试运转以及一年多保修期的运行测试，本项目各项技术指标均符合工程设计要求.实践证明:本项目电气系统的工程设计是符合实际的，达到了业主的要求以及合同约定的质量标准.

[1]国际咨询工程师联合会，中国工程咨询协会.设计采购施工(EPC)/交钥匙工程合同条件(1999年第1版)[S].北京:机械工业出版社，2010.

[2]中华人民共和国经济贸易委员会.燃气—蒸汽联合循环电厂规定(DL/T5174—2003)[S].北京:中国电力出版社，2003:

[3]中华人民共和国经济贸易委员会.火电发电厂设计技术规程(DL/T5000—2000)[S].北京:中国电力出版社，2000.

[4]中华人民共和国经济贸易委员会.电气装置安装工程质量检验评定规程(合订本)(DL/T5161.117—2000)[S].北京:中国电力出版社，2003.

[5]中国机械工程股份有限公司.赤道几内亚马拉博欧洲角燃气电厂扩容项目技术建议书[R].2009.