10千伏柴油发电机在机场供电系统中的应用

首都机场集团有限公司北京大兴国际机场 齐 骥

对大型民用机场而言，提高运行效率、保障业务连续性、给旅客提供最大的便利是运行中的重中之重，所有这一切的前提是机场可以做到不间断供电。考虑到机场数据中心设备用电容量，且由于400伏低压柴油发电机组并联运行存在传输缺陷，因此使用10千伏的高压柴油发电机组作为后备电源是最佳选择。

1 原理与设计

1.1 数据中心供电系统

由于机场的供电保障级别较高，因此市电为三路进线供电，分别来自两个不同的110千伏变电站的不同母线段。其中两路主用、一路备用，当某一路停电时备用市电通过母联开关继续给负载供电。数据中心主要负载为UPS、IT设备，以及制冷系统设备、照明设备、消防及通风设备。

市电配电母线上开关配置说明：S201-市电配电母线1段上1#市电进线开关；S202-市电配电母线2段上2#市电进线开关；S203-市电配电母线3段上3#市电进线开关；S211-市电配电母线1段上发电机进线开关；S221-市电配电母线2段上发电机进线开关。S234、S245-母联开关。S212-218、S222-S228馈线开关。

发电机并机母线上开关配置说明：E201-馈线至市电配电母线1段开关；E202-馈线至市电配电母线2段开关；E11-E14,E21-E24-发电机进线开关；PT-E1-1#发电机电源检测开关；PT-E2-2#发电机电源检测开关。

市电配电母线上PT配置说明：PT-S1-1#市电电源检测开关；PT-S22#市电电源检测开关；PTS3-3#市电电源检测开关；PT39、PT49、PT59-隔离保护开关。

柴油发电机组说明：G1-1#柴油发电机；G2-1#柴油发电机；G3-1#柴油发电机。

1.2 柴油发电机启动原则

市电电源检测开关PT-S1、PT-S2、PT-S3监测三路市电电源电压，电压信号分别接入市电配电母线1段进线开关S201、市电配电母线2段进线开关S202、市电配电母线3段进线开关S203；柴油发电机1段并机母线检测开关PT-E1、2段并机母线PT-E2监测发电机电源电压，电压信号分别接入市电配电母线1段上柴油发电机进线开关S211、2段上柴油发电机进线开关S221；当1#、2#、3#市电电源失电时，对应PT-S1、PT-S2、PT-S3失压，综保发出指令使S201、S202、S203断开，同时发出市电失电信号1、2、3至市电与柴油发电机电源转换控制单元柜；市电与柴油发电机电源转换控制单元柜接收到3组市电失电信号后，三台柴油发电机G1、G2、G3自动启动并机，处于热备状态。

1.3 开关闭锁要求

S201、S202、S203、S234、S245间设置电气连锁，同一时间最多只能有3只开关处于闭合状态；只有S201、S202、S203均处于断开状态时，S211、S221才能闭合；反之，只有S211、S221处于断开位置时，S201、S202、S203才能闭合。

1.4 继电保护配置原则

本项目配置了3台主用功率为1800千瓦的10千伏柴油发电机。由于柴油发电机组承载短路故障的能力无法与市电电源相比，因此当负载回路发生时短路故障时，其故障切除时间须小于0.5秒，才能保证柴油发电机及时、正常供电。如故障切除时间超过0.5秒，柴油发电机组将因电流过大停机，导致电力供应中断。因此在设计中充分考虑到在柴油发电机回路及其连接线路上装设差动保护，从而保证在各个电气接点发生故障时，均可无延时、有选择性地地将其切除。

市电进线和柴油发电机进线间的自动切换功能由安装在市电进线开关柜、柴油发电机进线开关柜和母联开关柜上的综保装置实现，且综保具备负荷自动加载功能，在柴油发电机进线投入供电前切除掉本母线上相应的IT变压器负荷，待柴油发电机进线成功送电后，按照一定时间以及有限顺序对上述变压器负荷完成负荷的自动加载。柴油发电机并机母线进线柜具备以下保护功能功能：差动保护、速断保护、过流保护、零序、三相失压跳闸/告警、发电机遥信跳闸。柴油发电机并机出线柜具备以下保护功能功能：差动保护、速断保护、过流保护、零序、低压告警。

2 实验

2.1 柴油发电机组控制逻辑

柴油发电机组使用PLC逻辑控制，从启动、并机到并入电网发电，再到切换回市电供电的过程精准可控（图2）。市电与柴油发电机电源转换控制单元柜检测到三路常开节点信号均闭合时，将判定三路市电已失电，市电与柴油发电机电源转换控制单元柜延时5s发出指令后3台机组启动，同时启机逻辑进行自锁，发电机持续工作，直至手动停机后停止工作。

G1并机控制器接收到启动指令后自动启动，稳定后并机控制器自动并机合闸E11或E21，送电至发电母排上；G2并机控制器接收到启动指令后自动启动，稳定后并机控制器自动并机合闸E11或E21，送电至发电母排上；G3并机控制器接收到启动指令后自动启动，稳定后并机控制器自动并机合闸E11或E21，送电至发电母排上。G1、G2、G3随机启动，顺序不定。

市电与柴油发电机电源转换控制单元柜检测到E11-E14和E21-E24断路器为合闸状态；S201、S202、S203断路器为分闸状态。市电与柴油发电机电源转换控制单元柜检测到至少2台发电机正常并机后，延时5s发出指令，使E201和E202合闸并送电至S211和S221开关。

表1 柴油发电机实际带载测试记录

2.2 实验步骤及数据记录

将三路市电进线开关分闸，柴油发电机检测到三路市电信号后自动启动、并机，手动操作闭合柴发发电输入开关使之供电带载40分钟，之后依次恢复三路市电供电。将柴油发电机停机，将并切换至自动模式。

结论：通过实载试验，柴油发电机组能够根据预先设置的判定值自动启动，并网后可替代市电给各设备设施和业务系统进行供电。通过对柴油的消耗量进行监控和分析，可精准判断油箱内柴油支持的应急供电时间。在由柴油发电机供电切换回市电供电时，应重点考虑UPS电池可带载的时间及蓄冷罐剩余制冷时间。