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1、柴油发电机组改造可行性论证张海利，张春军，彭加成（天津国华盘山发电有限责任公司，天津301900 ）【摘要】：柴油发电机组是发电厂必备的保安电源。国华盘电公司（以下简称“盘电”）四台俄供柴油发电机 组运行中故障频发，可靠性已经大大降低，因此柴油发电机组的改造势在必行。以下就俄供机组相关回路 进行分析，对改造可行性以及需要解决和注意的问题进行论证。【关键词】：柴油机 可行性 论证1、引言在大容量发电机组电源系统中，柴油发电机组作为机组保安电源的最后防线，它的可靠 性、接带负荷能力、与机组各级电源的衔接环节尤为重要。盘电公司俄供柴油发电机组运行 近20年，其控制系统、润滑油系统、压缩空气系统等故障
2、造成机组不能正常起动、停运， 或机组退备等异常事件时有发生。俄供柴油发电机组已不能满足厂用电系统正常备用要求， 设备急需进行改造，以满足安全生产需求。2、国华盘电公司厂用电设备基本情况介绍2.1、国华盘电公司电源系统方式简介盘电每台机组6kV厂用电母线共分两段运行，其工作电源取自发电机出口 T接高压变压 器负荷侧，备用电源取自220kV蓟山#2线，经高压备用变压器降压后供给。两段6kV母线 上除布置机组运行时需要的重要6kV辅机外，还分别接有5台低压厂用变压器，相对应带有 5条0.4kV母线段NCA-NCE段，做为0.4kV厂用辅机的电源供给。其中的NCB、NCC、NCD段 采用分段接线，其母
3、线后半段接带机组的保安负荷。5条母线段设置一台低压变压器作为备 用电源，低压备用变压器电源取自临机公用系统母线段。正常运行中各低压母线由相应低压 变压器供电，当工作电源失电时，相对应低压备用电源开关自动投入运行。考虑到机组保安 电源可靠性问题和低压备用变压器容量问题，在一台机组厂用电源全失时，低压备用电源仅 投向保安母线段（NCB、NCC、NCD ）的后半段，此外每台机组还设置了两台柴油发电机作为 保安母线段后半段的备用电源。在保证交流备用电源的基础上，在动力直流母线段上设置两 台直流润滑油泵、一台直流密封油泵。2.2、柴油发电机、直流电源系统的认识厂用电源全失时柴油机从起动到接带负荷的瞬间，
4、保安母线后半段失电，交流润滑、密 封油泵停运。此时，直流电源通过蓄电池向直流润滑、密封油泵供电，直流保安负荷在投入 上没有先交流后直流的先后顺序。因此，直流电源和柴油机在厂用电源全失事故中承载同样 重要的作用。有关问题将在3.1.2章节中详细阐述。2.3、NCB、NCC、NCD保安母线后半段负荷统计保安电源的容量计算是按照所有双套保安负荷均按额定容量运行计算的。合计为 909.6kW,由于俄罗斯设计冗余较大（可靠系数按照1.5计算），故为了对保安电源的容量考 评而进行的柴油发电机带载试验，可结合机组各系统达到额定出力运行时，各转机设备的实 际容量进行考评，通过厂用电全失时设备实际运行工况，保安
5、电源最终接带负荷323kW。3、柴油发电机组现状及对改造柴油发电机经验借鉴3.1柴油发电机的起动及接带负荷能力3.1.1柴油发电机作为机组的保安电源，其可靠起动至关重要。处于自动起动状态的柴油 发电机组，当厂用电源全部失电后发出起动指令，柴油发电机组起动成功后接带保安母线段 后半段运行。起动控制回路，如附图一所示。当保安母线段后半段跳闸失电时，同时发出备 用电源合闸信号及启动柴油机信号；当备用电源合闸成功，则柴油机退出运行；当备用电源 合闸失败，则应发出柴油机电源开关合闸命令。当保安母线段备用电源进线开关和分段开关 均断开后，柴油发电机备用进线开关自动合闸。3.1.2两台柴油发电机起动方式同时
6、起动即第一台机组起动建立电压正常后，经4秒第二台机组与第一台机组同步并列， 接带负荷运行。依职C、D顺序逐次合入柴油发电机备用进线开关（间隔6秒），带三个重要 半段的母线运行。故掌握保安段母线电压失去至重新建立的过程（见附图二），才能分析各 保安系统负荷工作的状况。为了便于阐述，以厂用电全失为范例，对机组保安系统建立电压过程及负荷状况进行说 明。3.1.2.1低压母线段的控制电源在厂用电全失至恢复过程中，低压母线段的控制电源在9-16 秒期间也是消失。所有开关均是死开关。那么在柴油发电机建立起电压的过程中，故障前运 行的设备将带载启动，因此在柴油机改造选择容量以及时间匹配上应做好按容量分级启动
7、设 计。3.1.2.2在保安负荷投入上没有先交流后直流的顺序先后之分。在失电期间因为所有保护装置电源、各负荷开关控制电源没有电压，交流润滑油泵、交 流密封油泵电源开关均不能动作于合闸和分闸，而因为油压低至联锁值直流油泵均在6秒内 起动并建立工作油压。所以柴油发电机不是事故时第一时间接带保安电源的。3.1.2.3自起动会给现场设备带来损坏的隐患。电源恢复对满足自起动条件设备带来影响：生产现场自保持接触器以及速动开关的使用， 在增进了设备抗电源电压波动能力的同时，也带来了隐患。对于滑块联轴器来说，自起动不 会对给设备带来隐患，而对于星型联轴器来说，失电时间10-20秒后自起动将面临损坏的 危险。1
8、CD段电压建立的时间恰好在20秒左右。有这一点看来，柴油发电机启动并建立电 压的过程越是迅速越对事故保安有利。3.1.2.4接带负荷能力分析以最差运行方式，1CD母线段上两台润滑、密封油泵运行来对润滑油、密封油系统的分 析：即12交流密封油泵SU084、12交流润滑油泵SC078以及四台空预器运行，其余两台交 流油泵和三台直流油泵备用。设定油系统电源最差运行方式的意义在于，一是这两台交流油 泵相对来说起动时间最晚；二是起动时在同一段母线上有两台泵同时起动，更利于对柴油发 电机组电流的评估。机组保安电源投入情况阐述:汽轮机停运后转速由3000r / min降至1200r / min大概 需要5-
9、6min，转速降至1200r/min时联起一台顶轴油泵，负载电流增加78A，转速降至 2000r/min时需要破坏真空，3035min汽轮机转速降至0，主机盘车投入运行，增大负 载电流约50A。由此可见，0.4kV厂用段失电时，三台直流油泵SC079、SC080、SC085带载运行，蓄 电池供给负载电流在475A，柴油机备用电源投入后，陆续按照保安段的投运接带直流浮 充柜、交流油泵SC078、SU084、照明、顶轴油泵等负荷运行。因此在柴油发电机改造过 程中，考虑按容量、分级启动时主要针对这些负荷的启动电流以及稳定负荷即可。3.2模拟失压回路在定期起动试验中的应用及注意问题3.2.1模拟失压起
10、动方式的应用：由于柴油发电机组只具备检压，不具备检频的功能，所以，起动试验时禁止将柴油发电 机组与系统并列。必须将B、C、D段柴油发电机备用进线开关停电，而后分别投入保安段模 拟失压压板SAB、SAC、SAD、SA1 （附图一）后，柴油发电机自动起动，并逐次合入柴油发电 机备用进线开关。改造后的柴油发电机组依旧可以沿用此回路。3.2.2当保安段由备用电源带时，不能做柴油机模拟失压起动试验：因为做柴油机模拟失压起动试验时，会起动重要三段备用进线开关跳闸，将导致备用电 源带的母线段失电。所以当重要三段由备用电源带时，不能做柴油机模拟失压起动试验。柴 油发电机改造后此回路依旧存在。3.3柴油发电机空
11、载起动试验致使其辅助冷却系统是否满足要求并不能准确体现在柴油发电机组冷却水单元中设置了水温达到80r冷却单元自起动、水温达到105P时 将直接动作于柴油机停运的保护设计；润滑油达到105P也将动作于柴油发电机停运。改造 后的柴油发电机，依旧存在这些问题，而且要同步解决备用时的防冻以及接带负荷后大量发 热，冷却介质温度升高快的问题，因此，如何配置冷却器小间可以借鉴俄供柴油发电机的经 验。3.4保安母线段工作电源或备用电源恢复，电源倒换必须先停运柴油发电机柴油发电机带保安母线段后半段运行，当厂用电源恢复后，由于保安母线段工作电源进 线开关无检同期功能，故柴油发电机组由工作到备用状态的切换，必须先停
12、运，然后再断开 保安母线段后半段柴油发电机备用进线开关，使母线电压回零后，才能恢复保安母线段工作 电源或备用电源供电，此时保安段母线会有短时失电的过程。改造后，新柴油机仍延用此方 式。4、柴油发电机组改造可行性论证重新设置一台1200kW柴油发电机组作为本机组的应急保安电源，与柴油发电机组配套 的附属设备应包括控制、保护等设备。新柴油发电机组应具备的主要功能：自起动功能、带 负载稳定运行功能、模拟试验功能、自动调节功能等。针对俄供柴油发电机组存在的不足，对新柴油发电机组改造需解决和注意的问题进行相 关论证，主要针对控制回路、保护回路和冷却系统。4.1实现柴油发电机组带载起动试验柴油发电机组控制
13、系统设置同期并列回路，具备检压、检频功能，分别以3、C、D段柴 油发电机备用进线开关做为同期点，实现柴油发电机与保安段正常电源调速、调压同期并网。 试验时可根据需要选择其中一段进行。柴油发电机组起动控制、模拟失压回路可延用原回路 （附图一），B、C、D段柴油发电机备用进线开关的合闸回路需加入检同期。4.2单台机组容量增加有利于降低设备自启动带来的风险减少了柴油发电机间并列的环节。单台1200kW柴油发电机组容量比两台俄制柴油发电 机组增加20%，接带负荷能力大大提高。结合厂用电全失保安电源投入电流分布情况（附 图三），改造后，B、C、D段柴油发电机备用进线开关合闸间隔可改为3秒，这样，有利于
14、保安段电压的尽快恢复。4.3充分考虑低压系统两级电源的配置低压备用变压器开关、柴油发电机进线开关自投时间均为0.5秒，且柴油机的起动闭锁 备用变压器开关的自投，这种设计减少了一级备用电源，增大了柴油机自投带来的隐患。经 过实践验证，柴油发电机开关自投时间整定为1秒。可有效保证备用电源分级配置而不影响 柴油机的备用。4.4新改造的柴油机容量大大提高，同时也带来了接带负荷后大量发热的问题外部环境直接参与散热器的冷却虽然可解决接带负荷后大量发热问题，但却与备用过程 中的防冻问题相矛盾，因此对于附属系统的维护，同样涉及到冷却系统。4.5差动保护、接地保护出口方式选择柴油发电机差动保护、接地保护出口应设
15、置为紧急停机出口。使柴油机停运时间最短。 在发电机故障时，避免造成发电机烧损事故，4.6柴油机带载试验，验证CT极性的正确柴油发电机改造后，空载试验不能准确反映CT极性是否正确，因为空载运行时柴油发 电机的负荷电流很小。只有在带载运行的情况下，CT极性错误，差动保护才会动作。4.7 PT断线闭锁：当所引接的电压量会因回路断线造成误出口时，应提供电压回路断线闭锁4.8柴油发电机附属系统的验证改造后应通过带载试验验证附属系统补油泵、冷却系统等的实际运行能力。5、总结新型大容量单台柴油发电机取代俄供双台小容量柴油发电机，大幅度提高了厂用保安电 源供电可靠性，特别是控制系统的优化，使柴油发电机的运行更
16、加贴近现场，日常维护也更 加便利。本文通过对柴油发电机带载起动试验、低压系统两级电源配置、冷却系统维护、保 护出口方式、CT极性验证等相关问题的探讨，论证了柴油发电机组改造的可行性。参考文献1国华盘山电厂电气二次图纸柴油发电机技术说明书作者简介：1张海利( 1971.02 - )男，本科，天津国华盘山发电有限公司，从事的主要工作：集控 运行值长，职称：助理工程师，通信地址：天津市蓟县别山镇西，邮编：301900， 2张春军( 1969.12 - )，男，本科，天津国华盘山发电有限公司，目前主要从事工作：电气 专业管理，职务：电气主管，职称：工程师，通信地址：天津市蓟县别山镇西，邮编：301900， 3彭加成( 1980.09 - )男，本科，天津国华盘山发电有限公司，从事的主要工作：电气
