1 引言

隨著(zhù)水運港口行業(yè)的快速發(fā)展，以及高自動(dòng)化用電設備的應用，對供電可靠性的要求不斷提高，特別是針對國外項目，如非洲、東南亞等基礎設施相對落后的地域，社會(huì )電網(wǎng)相對匱乏，無(wú)法滿(mǎn)足港口碼頭設備用電需求。因此，為滿(mǎn)足作業(yè)設備的可靠性供電需求，越來(lái)越多的碼頭項目中需要設置柴油發(fā)電機組。
碼頭10kV 進(jìn)線(xiàn)電源一般引自同一變電站，滿(mǎn)足不了系統雙回路電源供電的可靠性，而從不同變電站引入雙回路電源十分困難且造價(jià)高?？紤]到設備成本及施工便捷性等因素，小型油碼頭、重件配套碼頭等用電設備較少的工程主要采用低壓柴油發(fā)電機組，大型工業(yè)園、自貿區以及集裝箱碼頭等項目中，用電設備較大且作業(yè)頻繁，應考慮采用高壓柴油發(fā)電機組作為備用電源系統。
本文結合巴基斯坦瓜達爾自由區起步區項目的工程實(shí)踐，討論在水運港口項目中使用高壓柴油發(fā)電機組的可行性，進(jìn)而推廣高壓柴油發(fā)電機組在水運港口項目中的應用。
2 發(fā)電機系統容量選擇
發(fā)電機系統容量是柴油發(fā)電機組供電系統的核心環(huán)節，需要考慮的因素較多，如要滿(mǎn)足消防負荷容量需求、滿(mǎn)足電機啟動(dòng)時(shí)電流沖擊、滿(mǎn)足季節性負荷運行需求等，這些都需要進(jìn)行準確的負荷計算才能確定。另外，柴油發(fā)電機組功能不同，選擇容量時(shí)參考的數據亦不相同，如柴油發(fā)電機組作為消防電源備用電源時(shí)，僅需考慮消防時(shí)消防負荷以及重要負荷即可，消防時(shí)需要切除的負荷不需要考慮；柴油發(fā)電機組作為常用電源時(shí)，則需要考慮系統所有用電負荷。
2.1 柴油發(fā)電機組容量選擇的原則
根據本工程實(shí)際情況，暫無(wú)外部電源作為本工程用電電源，即本工程柴油電機組系統是常用電源。在選擇確定柴油發(fā)電機組容量時(shí)，應遵循以下原則：
1）柴油發(fā)電機組的容量應根據用電負荷大小、投入順序及單臺發(fā)電機組最大啟動(dòng)容量等因素綜合考慮【1】。
2）校驗發(fā)電機的短時(shí)過(guò)載能力時(shí)，應選用發(fā)電機組最大視在功率。
3）不考慮短時(shí)不連續運行的負荷。
4）啟動(dòng)時(shí)母線(xiàn)電壓不低于額定電壓的75%。
2.2 發(fā)電機系統容量計算確定
不同計算方式得出的發(fā)電機系統容量不同，具體如下：
1）按照供電系統穩定負荷計算，見(jiàn)式（1）：
Sc1= pε/ ηεcosψ    （1）
式中，pε 為總負荷，kW；ηε 為所帶負荷的綜合效率，一般取0.82～0.88；cosψ 為功率因數，一般取0.8。
2）按尖峰電流計算，見(jiàn)式（2）：
Sc2= Kj（ S0+Smax ）/ Kg    （2）
式中，Kj為電動(dòng)機功率下降的系數，一般取0.9～0.95；S0為Smax投入運行前已投入運行的負荷容量，kV·A；Smax為最大單臺電動(dòng)機或成組電動(dòng)機的啟動(dòng)容量，kV·A；Kg 為發(fā)電機允許的短時(shí)過(guò)載系數，一般取1.4～1.6。
3）按母線(xiàn)允許壓降計算，見(jiàn)式（3）：
Sc3= Kj（ 1-ΔU）Xd′ Sst / ΔU    （3）
式中，ΔU 為發(fā)電機母線(xiàn)允許電壓降，一般取0.2；Xd′為發(fā)電機瞬態(tài)電抗，一般取0.2；SstΔ為導致發(fā)電機最大電壓降的電動(dòng)機的最大啟動(dòng)容量，kV·A。
巴基斯坦瓜達爾自由區起步區項目中，輸入各項用電負荷，通過(guò)計算得：Sc1=7932kV·A，Sc2=3637kV·A，Sc3=4 849kV·A。故選擇的發(fā)電機組總容量＞7 932kV·A 即可。
考慮到發(fā)電機組并機問(wèn)題，選擇的發(fā)電機臺數越少，系統運行故障率越低，可靠性越高，故應選擇單臺大容量發(fā)電機組。通過(guò)對比單臺發(fā)電機的各項參數，如發(fā)電機耗油量、機組尺寸等，同時(shí)考慮經(jīng)濟性，柴油發(fā)電機組的主用功率選擇為1 250kW/1600kV·A，數量為5 用1 備。
3 發(fā)電機系統并機設計
本工程共有6 臺高壓柴油發(fā)電機，并機系統是此發(fā)電機系統的重要環(huán)節，發(fā)電機系統有自同期和準同期2 種并列方法。準同期并列法在發(fā)電機并機系統中被廣泛采用，其有手動(dòng)、半自動(dòng)及自動(dòng)3 種實(shí)現方式。在本工程中，采用的是自動(dòng)準同期并列法。
本工程選用全自動(dòng)并機控制屏，可與選定的柴油發(fā)電機組配套使用，控制多臺發(fā)電機組實(shí)現全自動(dòng)并機運行。自動(dòng)并機控制屏具有機組自動(dòng)同步并車(chē)、自動(dòng)負載分配、并機自動(dòng)裝卸載、逆功保護、油機各故障保護、負載過(guò)載保護等一系列功能[2]。自動(dòng)并機控制屏選用智能控制器，采用西門(mén)子工業(yè)PLC編程控制。全自動(dòng)并機控制屏可實(shí)現以下功能。
3.1 自動(dòng)并機
機組啟動(dòng)成功后，并機柜受電；需要并機時(shí)，由同步器檢測信號，將需要并機機組的頻率和相位自動(dòng)調節與母線(xiàn)一致，發(fā)出信號，完成并機。
3.2 自動(dòng)分配負荷
當多臺機組并列運行，負荷分配器將作用控制器，根據機組以及用電負荷的功率平均分配每臺機組所帶負荷。
3.3 調峰
當多臺機組并聯(lián)運行時(shí)，可根據供電系統負荷率的大小，增減發(fā)電機機組的臺數，并根據用戶(hù)需求自行設定單臺機組負荷率。本工程設定為：若負荷率＜35%時(shí)，機組解列；若負荷率＞80%，增加機組，以使機組運行在最經(jīng)濟的狀態(tài)。
4 發(fā)電機系統差動(dòng)保護整定計算
本工程采用獨立的發(fā)電機系統作為整個(gè)工業(yè)園區的電源系統，發(fā)電機的安全穩定運行至關(guān)重要，決定整個(gè)工業(yè)園區用戶(hù)用電質(zhì)量。為保證發(fā)電機系統運行的可靠性，同時(shí)降低發(fā)電機故障率，設置發(fā)動(dòng)機差動(dòng)保護。差動(dòng)保護能否可靠動(dòng)作取決于差動(dòng)保護整定計算。如表1 所示為發(fā)電機出廠(chǎng)參數。
表1 發(fā)電機性能參數表
圖片
根據發(fā)電機性能參數，結合本工程所在地環(huán)境以及當地電力系統一般運行規定，本工程發(fā)電機系統差動(dòng)保護計算如下。
4.1 比率制動(dòng)系數
比率制動(dòng)系數Kz 整定原則：應按躲過(guò)三相短路時(shí)產(chǎn)生的最大不平衡電流來(lái)整定。通常，對發(fā)電機差動(dòng)保護0.3≤Kz≤0.5，根據實(shí)際情況，本工程取0.42。
4.2 差動(dòng)保護啟動(dòng)電流
啟動(dòng)電流Iq整定原則：按照躲過(guò)正常工況下最大不平衡電路來(lái)整定；差動(dòng)保護裝置中通道回路的調整誤差以及兩側電流互感器的變比誤差都會(huì )產(chǎn)生保護不平衡電流。本工程取Iq=1.1A。
靈敏度校驗：靈敏系數Ksen為按照發(fā)電機端兩相短路時(shí)，短路電流與差動(dòng)保護動(dòng)作電流的比值，要求Ksen≥2【3】。經(jīng)校驗，本工程Ksen=15≥2，靈敏度滿(mǎn)足要求。
4.3 拐點(diǎn)電流
差動(dòng)保護開(kāi)始產(chǎn)生制動(dòng)作用的電流取決于拐點(diǎn)電流Ig 的大小。本工程取Ig=1.94A，經(jīng)校驗，Ksen=9.5≥2，靈敏度滿(mǎn)足要求。
4.4 差動(dòng)速斷保護
差動(dòng)速斷保護，應按躲過(guò)三相短路時(shí)最大不平衡差流來(lái)整定。為保證可靠，一般取差動(dòng)速斷倍數為3～12，本工程取3。故速斷差動(dòng)電流Is=8.3A，取8A；經(jīng)校驗，Ksen=2.1≥2，靈敏度滿(mǎn)足要求。
表2 所示為發(fā)電機差動(dòng)保護整定值計算表，現場(chǎng)柴油發(fā)電機組及高低壓開(kāi)關(guān)柜安裝完成后，可根據此整定值計算表進(jìn)行校驗定值。
表2 發(fā)電機差動(dòng)保護整定值計算表
圖片
5 結語(yǔ)
通過(guò)對11kV 高壓發(fā)電機機組容量確定、設備選型、并機系統設計、差動(dòng)保護整定計算等，完成了巴基斯坦瓜達爾自由區起步區項目中11kV 高壓發(fā)電機獨立供電系統的設計。目前該項目已完成施工，通過(guò)現場(chǎng)試驗調試，結果表明發(fā)電機供電系統保證自貿區滿(mǎn)負荷供電，6 臺發(fā)電機可以實(shí)現自動(dòng)并機并且可以自動(dòng)分配負荷，實(shí)現了本工程供電系統的預期功能。隨著(zhù)高壓柴油發(fā)電機技術(shù)的不斷改進(jìn)完善，相信高壓柴油發(fā)電機組在水運港口領(lǐng)域的應用會(huì )越來(lái)越廣泛。
【參考文獻】
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【3】DL/T 684—2012 大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導則[S].
【作者簡(jiǎn)介】柴治國（1990~），男，河南睢縣人，工程師，從事供配電設計與研究。