一起基于工程电气设计的水电站柴油发电机组容量选择

孙 静 王小青 汪太兴 孟 军

（国网芜湖供电公司信息通信分公司）

一起基于工程电气设计的水电站柴油发电机组容量选择

孙 静 王小青 汪太兴 孟 军

（国网芜湖供电公司信息通信分公司）

本文讲述一起基于丝绸之路沿线国家落成的水电站，在工程电气设计时额外配置柴油发电机组容量的选择，包括事故紧急状态下的厂用电运行方式、负荷统计和起动压降校验的过程，并得出类似境外水电站总承包工程柴油发电机选型方法的结论。

水电站电气设计；柴油发电机；容量选择

0 引言

随着“一带一路”的扩展，推动着中国制造业不断走出国门。其中我国风电、水电等一系列项目在丝绸之路沿线落成，然而境外水电站工程EPC总承包已成为我国水电站工程建设单位发展的趋势，因而国内水电站设计行业也逐步走向国际市场。几乎所有境外水电站的项目合同均要求建设的水电站配置应急柴油发电机，满足电站黑启动（若有）和事故保安的需要。因此，在工程电气设计上如何使所选择的柴油发电机组的容量满足项目合同和电站运行的要求，同时最大限度地降低 EPC总承包方的设备投资是电气工程师需要解决的重要问题。

1 水电站电气设计概述

某境外水电站为径流式电站（如下图所示），采用引水式开发，无拦河闸（坝），利用地下互联室直接接上一梯级水电站尾水，通过有压引水隧洞、压力管道向地下厂房机组供水发电。电站装机3台，总装机容量486MW，拟以5回230kV出线。水电站主要布线形式为：发电机变压器为单元连接，230kV侧通过用双总线连接。电站厂用电源主要有三种形式，一是从3个发电机—变压器单元接线的变压器低压侧分别通过厂用变压器引接，二是从电力系统侧通过主变压器倒送电取得，三是总承包商与业主所签订的技术协议上要求电站设置一台应急柴油发电机组，机组持续功率应通过设计阶段的计算确定，但不应小于400kW。

图 某径流式水电站

2 柴油发电机组容量的选择

在国内外的水电工程中，并没有现行的技术规范规程对柴油发电机组的容量选择计算做出明确规定，目前国内的水电工程的计算主要是依据水利电力出版社出版的《电力工程电气设计手册（电气一次部分）》中的相关内容。因此该水电站的柴油发电机组的容量计算主要根据总承包方和业主签订的技术协议，在《电力工程电气设计手册（电气一次部分）》的计算方法的基础上进行计算，并进行选择。

2.1 柴油发电机组运行工况分析

在统计柴油发电机组在应急状态下所承担的厂用电负荷之前，应充分分析电站所面临的所有应急状态，一般情况下水电站的柴油发电机组应能分别承担电站黑启动或者事故保安情况下的厂用电负荷。

本电站为径流式引水发电电站，进水口取自上游电站尾水，因此在一般情况下，本电站向电力系统送电时，上游电站也应同时正在发电运行。在电力系统事故需黑起动时，应先由上游电站承担黑启动任务，本电站一般情况下不承担黑启动任务。在这里针对配置的电站柴油发电机组主要担当了部分厂用电负荷只为事故保安启动时的一台机组紧急停机的负荷。

但由于本工程签订的技术协议指出：柴油发电机组应承担电站事故保安负荷，如事故照明、渗漏排水、直流充电机、UPS、主要房间的空调系统、通风系统等，所以，应急柴油发电机组的最大工作容量的运行条件下应具有安保负载并为设备的黑启动操作。

2.2 机组黑启动情况说明

根据《电力工程电气设计手册（电气一次部分）》的计算方法，国内工程的计算中会将所有负荷统计后考虑负荷的同时率Kdf，境外工程业主无法接受由国内工程经验得出的负荷同时率Kdf，因此必须分析所有负荷同时出现时的情况（Kdf=1时的情况），并取此最大值，从而去掉一些没有同时出现的负荷，这种分析必须从黑启动的流程开始。

本电站机组开始起动流程时，应先判断球阀和调速器油压装置的油压是否正常，若油压装置压力值低，不满足开机条件，流程会自动退出报警，此时应先启动油压装置控制流程，打开油泵并达到正常油压成后，油泵停止运行，才可进入开机流程。同时全厂保安负荷为黑启动过程中的连续运行负荷，因此最大负荷总数应为以下两种情况之一：

情况一：球阀和调速器油压装置运行负荷(机组启动之前)+全厂保安负荷。

情况二：机组启动负荷+全厂保安负荷。根据计算，情况二为最大负荷总数。

2.3 计算负荷列表

根据情况二的负荷，将负荷列表如下表所示。其中在设计阶段可能无法获得所有电机负荷的cosφ和η值，可利用《电力工程电气设备手册（电气一次部分）》中的相应额定功率和额定转速的电机的相关参数进行估算。

表 应急柴油发电机组计算负荷列表

需要说明的是，在情况二下，全厂不处于消防疏散和事故排烟的状态下，同时此时处于紧急情况，通风系统主要保证全厂形成畅通的通风环境，使地下厂房各主要区域形成一定气流，因此全厂设置的通风风机设备并不是全部运转。根据本电站的实际情况，将开启主副厂房的送风机、主变洞的排风机和地面开关站的排风机，以上通风系统设备启动后，全厂即形成进厂交通洞→主厂房→母线洞→主变洞→电缆平洞→电缆竖井→地面开关站的风路，即满足紧急情况下基本的通风环境要求。

2.4 根据负荷列表计算所需容量

首先根据负荷统计计算持续运行所需要的容量

计算最大电机启动时所需要的容量，假设最保守的情况是最后启动最大电机，对于本电站，最大电机为技术供水泵，额定功率为110kW。计算有功功率和无功功率分别为118.28kW和60.60kvar。

式中，KDQ为技术供水泵的起动电流倍数，为软起动器起动，3； cosφDQ为技术供水泵起动时功率因数，0.4。

2.5 根据计算结果选择柴油发电机组

根据以上计算的结果，柴油发电机制造厂提供的康明斯KTA38-G1型柴油机，以及斯坦福 KTA38-G1型发电机。KTA38-G1型发电机持续功率（COP）为700kW，并且在本电站柴油发电机组安装海拔高程1325.00m高程上，无需进行功率的修正，因此满足本工程的要求。如果柴油发电机组的安装高程高于要求，应根据ISO15550—2002 规范对机组在实验环境状况下的实测功率进行大气状况的修正。

在技术供水泵起动时，机组运行在短时过负荷状态，根据制造厂提供的试验资料，改机组在1.5倍持续功率过负荷的情况下，可运行20s，并且机组的启动控制装置可以根据过负荷的实际情况，自动调整过负荷运行时间。因此在应急情况下起动全厂最大电机负荷时，该机组的选型满足工程的需要。

3 校验自起动电压降

按最大负荷技术供水泵在所有负荷启动后出现，由于机组的启动控制装置带电压调整功能，所以可以认为机组在起动技术供水泵时所引起的电压变动，与已经承担的负荷几乎无关。因此启动容量为技术供水泵的计算容量

技术供水泵的等值阻抗为

根据制造厂提供的发电机参数和，因此得电压降为

在与业主签订的技术协议中规定机组自启动的电压降不大于15%，因此满足要求。

4 结束语

境外水电站柴油发电机的容量选择与国内水电站工程在方法和原理上是一致的，但也有一些不同之处。在紧急情况下厂用电的运行工况应遵守所签订的技术协议，并充分与业主人员针对电站的实际运行情况进行讨论和分析。另外对于境外工程业主无法认可国内水电站运行经验，因此无法采用国内设计过程中经常采用的经验数值。比如负荷同时率等，因此必须细化分析，所有厂用电负荷可能同时运行的最大值。充分了解以上两点后将有利于提供设计工作者的工作效率，特别对境外水电站的设计工作具有一定的意义。

2016-12-30）