CCS項目雙護盾TBM供電系統電氣主接線形式分析

李 駿

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 611072)

1 工程概述

CCS項目位于南美洲厄瓜多爾東北部，處于亞馬遜原始森林邊緣地帶叢林中，當地政府在項目施工區域沒有基礎設施建設。項目部在進場前就采用何種方式供電進行過詳細的討論，最終確定的方案是自建自備發電廠供電系統。項目部自建的供電系統是集輸電線路和發電、變電、配電設備組成的系統，項目部對供電系統的主要要求是供電的安全可靠、同時經濟運行，發電廠的電氣系統包括發電機組、升壓變電站和高壓配電系統，電源系統由九臺柴油發電機機組形成九條電源回路，其中任意回路出現故障停止供電時，其他電源回路應仍能擔負項目所有的負荷，以保證可靠供電。高電壓為10 kV，變電所設兩臺主變壓器，一臺停止運行時，另一臺必須保證安全生產的施工用電負荷(TBM負荷區域)。隨之而來的問題就是要確定采用何種方式發電？需要采用多大容量的發電機組？分析確定項目施工現場所有負荷的大小。其中CCS項目主體工程之一的引水隧洞采用雙護盾TBM硬巖掘進機施工是其最大的負荷區域，占總負荷的80%。根據TBM廠家HK提供的技術參數資料以及通過一系列理論計算論證后最終確定需自建自備總容量為16 200 kW的自發電柴油發電廠。

2 柴油發電廠的基本情況

2.1 廠址環境

柴油發電廠位于亞馬遜原始森林厄瓜多爾境內，為無人區，屬熱帶雨林氣候，有一條新建的寬8 m的公路，燃料物資運輸可以滿足發電廠需求。

由于該地區降水量很大，故該電廠排水系統的設計必須滿足該地區的排水量，這也是保障發電廠正常運行的條件之一。

2.2 廠區分布情況

2.2.1 發電機組區域

柴油發電機組的型號和規格為VPC1800，發動機型號為QSK60-G4，發電機型號為PI734G，并機系統采用TGCM系統。

2.2.2 10 kV升壓站區域

變壓器參數為400 V/10 kV-2 500 kVA，連接發電機組與升壓變壓器低壓側低壓電纜規格型號為VV-0.6/1 kV-1×400，10 kV高壓配電系統電源進線高壓電纜規格型號為YJV22-15 kV-3×50，10 kV高壓配電系統用電負荷出線高壓電纜規格型號為YJV-/8.7-15 kV-3×400。

2.2.3 20 kV升壓站區域

變壓器規格型號為10 kV/20 kV-8 000 kVA。

2.2.4 成套高壓柜區域

10 kV成套高壓柜型號和規格為KYN28-12，20 kV成套高壓柜型號和規格為KYN28-24。

2.2.5 中控室區域

包括通訊系統、機組運行參數監控系統KYN28及成套高壓柜監控系統。

3 輸電、配電及用電系統

根據項目現場實際情況，輸電距離在1～2 km范圍內有以下負荷區域：26 km營地及混凝土攪拌站、TBM工業廣場、洞內照明排水及皮帶加力站、隧道風機及洞外皮帶機全部采用10 kV高壓電纜輸送；由于輸水隧洞總施工長度為13 km，根據TBM用電系統特性及長距離輸電情況，同樣也采用高壓輸電，電壓等級為20 kV。

高壓輸電到其他負荷區域采用降壓變壓器，到達用電設備的額定電壓等級為690 V/380 V/220 V/DC24 V，每個負荷區域都有相應的終端配電室，通過低壓電纜分布到用電設備終端，采用低壓配電箱。

4 柴油發電廠高壓配電裝置電氣主接線形式的優缺點

4.1 電氣主接線要求

對于一個電廠而言，電氣主接線在電廠設計時即根據機組容量、電廠規模及電廠在電力系統中的地位等因素，從供電可靠性、運行的靈活性和方便性、經濟性、發展和擴建的可能性等方面，經綜合比較后確定其接線方式能保證正常和事故情況下的供送電要求，電氣主接線又稱電氣一次接線圖。電氣主接線應滿足以下幾點要求：①運行的可靠性：主接線系統應保證對用戶供電的可靠性，特別是保證對重要負荷的供電；②運行的靈活性：主接線系統應能靈活的適應各種工作情況，特別是當一部分設備檢修或工作情況發生變化時，能夠通過倒換開關的運行方式做到調度靈活、不中斷地向用戶供電；主接線系統還應保證運行操作的方便以及在保證滿足技術條件的要求下做到經濟合理，盡量少占用地，節省投資。

4.2 電氣主接線具有的優、缺點

4.2.1 可靠性

在研究主接線可靠性時應重視對國內外長期運行的實踐經驗和其可靠性進行定性分析；主接線的可靠性應包括一次部分和相應組成的二次部分在運行中可靠性的綜合，在很大程度上也取決于設備的可靠程度。可靠性的具體要求在于斷路器檢修時不應影響對系統的供電；斷路器或母線故障以及母線檢修時，應盡量減少停運的回路數和停運時間，并要保證對一級負荷及全部或大部分二級負荷的供電。

4.2.2 靈活性

主接線應滿足在調度、檢修及擴建時的靈活性。調度時，應能靈活地投入和切除發電機、變壓器和線路，調配電源和負荷，以滿足系統在事故運行方式、檢修運行方式以及特殊運行方式的系統調度要求；檢修時，可以方便地停運斷路器、母線及其繼電保護設備，進行安全檢修而不致于影響電力網的運行和對用戶的供電；擴建時，可以容易地從初期接線過渡到最終接線。

4.2.3 經濟性

為節省投資，主接線應力求簡單，以節省斷路器、隔離開關、電流和電壓互感器、避雷器等一次設備；要節省繼電保護和二次回路，以節省二次設備和控制電纜；要能限制短路電流，以便于選擇價廉的電氣設備或輕型電器；主接線設計要為配電裝置布置創造條件，盡量使占地面積減少；經濟合理地選擇主變壓器的種類、容量和數量，要避免因兩次變壓而增加的電能損失。

4.3 柴油發電廠電氣主接線形式分析

柴油發電機組通過出口斷路器輸出400 V三相交流電，再通過升壓變壓器高壓側升為10 kV，繼而通過高壓斷路器匯集至10 kV高壓柜母線，10 kV母線出線回路有五條，其中三條回路直接通過10 kV高壓電纜輸送到負荷中心，另外兩條輸送至發電廠20 kV升壓站，匯集至20 kV高壓柜母線，20 kV高壓柜母線為單母線不分段形式。

根據CCS項目現場柴油發電廠的運行情況，電壓等級為10 kV和20 kV(TBM負荷區域供電)兩種，成套高壓配電裝置的主接線采用匯流母線接線方式中的單母線接線。單母線接線方式的優缺點主要是從可靠性、靈活性、經濟性方面考慮：

(1)優點：接線簡單清晰，操作方便，不易發生誤操作，有利于擴建；設備少，投資省，占地面積小。27 km柴油發電廠區域功能很明顯，高壓配電室采用成套高壓柜，智能化程度高，單母線接線方式接線簡單明了，電源進線回路以及用戶出線回路也有相應的標識，還能夠為項目部節省投資。在滿足項目部正常施工用電的前提下，能夠保證在項目建設周期中不出現大的故障，比如母線故障時，單母線接線方式是最佳的選擇。

母線匯流并分配電能，高壓斷路器采用小車式斷路器，接通或斷開電源和負荷電流，10 kV回路出線帶接地刀閘，取代了安全接地線的作用。

(2)缺點：供電可靠性差，母線故障或檢修時，發電廠全廠全區均必須停電，進而直接導致CCS項目施工和生活營地停電時間很長，最終造成項目部要承擔經濟上的重大損失；斷路器檢修

時，所在回路必須停電，直接造成該回路負荷區域停電，使該施工區域用電設備不能工作，進而影響工期；對于TBM負荷區域，只要停電就是重大的經濟損失，而且還不能按時完工，直接影響項目的總工期。

當27 km柴油發電廠出現10 kV母線故障或需要檢修時，直接的結果就是發電廠機組停機，所有負荷區域停電，TBM等一級重要負荷停電，直接影響項目的施工進度，進而面臨最終拖延工期后的巨額罰款。

斷路器出現故障或需要檢修時，直接影響局部負荷區域的供電，使局部施工停滯，電氣設備不能運轉，其結果也會影響TBM掘進機的正常施工，使TBM不能掘進，比如隧洞內外出渣皮帶機系統的供電電源就是一條獨立的、由10 kV高壓電纜輸送的，也就是說：如果發電廠這條出線的高壓斷路器需要檢修或故障不能合閘、不能正常工作時，隧洞皮帶機就不能運行，而直接導致TBM不能正常掘進出渣，直接影響到隧洞施工的進度。

5 結 語

考慮到CCS項目施工的實際情況，筆者理論結合實際分析計算了27 km柴油發電廠電氣主接線采用單母線不分段接線方式是能夠滿足項目施工要求的。因為項目為先期投資，如果采用其他主接線形式將直接導致投資成本增加，雖然單母線不分段接線形式在供電可靠性方面較差，但若工作人員的日常維護到位，減少故障的發生，及時監控電氣設備，做到零故障，依然能夠保障項目施工的用電，從而不影響項目施工進度。

作者簡介:

李 駿(1990-)，男，湖南益陽人，技術員，從事電力系統發電廠技術工作.

(責任編輯：李燕輝)