高壓柴油發(fā)電機(jī)組在港珠澳大橋施工中的應(yīng)用及風(fēng)險(xiǎn)分析

劉 超，鄧 敏，李 陽

高壓柴油發(fā)電機(jī)組在港珠澳大橋施工中的應(yīng)用及風(fēng)險(xiǎn)分析

劉 超，鄧 敏，李 陽

（中交二航局第二工程有限公司，重慶401121）

港珠澳大橋沉管預(yù)制廠分為沉管預(yù)制生產(chǎn)區(qū)、辦公區(qū)、生活區(qū)、管內(nèi)小型預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)區(qū)，屬特大型預(yù)制構(gòu)件廠，地域廣闊，點(diǎn)多面廣線長。社會(huì)網(wǎng)電無法到達(dá)預(yù)制廠，為此采用5臺(tái)1 600 kW柴油發(fā)電機(jī)組作為全廠的生產(chǎn)生活用電。文章主要介紹1 600 kW柴油發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用與風(fēng)險(xiǎn)分析。可為類似工程提供參考。

港珠澳大橋；高壓柴油發(fā)電機(jī)組；生產(chǎn)；風(fēng)險(xiǎn)分析

0 引言

電力作為交通工程建設(shè)施工的主要能源保障，工程建設(shè)初期或者網(wǎng)電無法到達(dá)的地方需要依靠柴油發(fā)電機(jī)組提供電力保障。柴油發(fā)電機(jī)組的容量大，持續(xù)供電時(shí)間長，可獨(dú)立運(yùn)行，不受電網(wǎng)的影響，可靠性高。因此柴油發(fā)電機(jī)在工程施工中得到廣泛應(yīng)用[1]。

1 工程概況

港珠澳大橋沉管預(yù)制廠位于珠海桂山鎮(zhèn)牛頭島，地處海洋孤島環(huán)境，網(wǎng)電未能到達(dá)，相鄰島嶼桂山島居民生活用電由小型發(fā)電站提供，無法滿足沉管預(yù)制廠的生產(chǎn)生活用電。

沉管預(yù)制廠包含沉管預(yù)制生產(chǎn)區(qū)、生活辦公區(qū)、管內(nèi)小型預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)區(qū)，屬特大型預(yù)制構(gòu)件廠，地域廣闊，點(diǎn)多面廣線長，且生產(chǎn)任務(wù)重，混凝土生產(chǎn)總方量約90余萬m3，鋼筋轉(zhuǎn)運(yùn)制作總量約20余萬t。因此沉管預(yù)制廠的電力需求特點(diǎn)為:供電線路長，使用區(qū)域點(diǎn)多面廣，用電負(fù)荷重，負(fù)荷波動(dòng)大，對(duì)供電的可靠性要求高。如在沉管預(yù)制混凝土澆筑過程中出現(xiàn)電力供應(yīng)中斷，后果不堪設(shè)想。依據(jù)沉管預(yù)制廠的電力需求特點(diǎn)，從2011年底沉管預(yù)制廠開始建設(shè)10.5 kV高壓供電站，同時(shí)建設(shè)高壓電輸變配設(shè)施。高壓供電站由5臺(tái)1 600 kW高壓發(fā)電機(jī)組組成，依據(jù)線路負(fù)荷自動(dòng)并機(jī)工作，根據(jù)作業(yè)區(qū)域用電需求，配置了8套箱式變壓器、2臺(tái)機(jī)房變壓器、2臺(tái)開關(guān)柜。2012年1月高壓供電站及輸變配已建成投入使用。

2 預(yù)制廠用電負(fù)荷及分布情況

沉管預(yù)制廠用電設(shè)備主要包括混凝土設(shè)備、鋼筋加工設(shè)備、特種設(shè)備、模板、沉管頂推設(shè)備及一次二次舾裝設(shè)備等。用電負(fù)荷見表1，供電分布見圖1。

3 高低壓供電比選

低壓發(fā)電機(jī)組作為備用和應(yīng)急電源，在工業(yè)和工程項(xiàng)目中應(yīng)用較多。高壓發(fā)電機(jī)組主要用于網(wǎng)電未到達(dá)的邊遠(yuǎn)地區(qū)，如孤島、荒漠地區(qū)。高低壓供電比較如下:

1）功率一定時(shí)，電壓越高，電流越小，因此在相同功率條件下，低壓發(fā)電機(jī)組的電流大（均為高壓機(jī)組的26倍），在多臺(tái)機(jī)組并機(jī)運(yùn)行時(shí)，低壓機(jī)組電流很大，而匯流母排的容量是有限的，導(dǎo)致匯流母排的設(shè)計(jì)更為復(fù)雜。高壓發(fā)電機(jī)電流小，即使是多臺(tái)并機(jī)運(yùn)行，匯流母排的設(shè)計(jì)也非常簡單[2]。

表1 預(yù)制廠用電負(fù)荷表Table 1 E lectric load in Tube Precasting Plan t

圖1 預(yù)制廠供電分布圖Fig.1 Distribution d iagraMof pow er in Tube Precasting Plant

2）預(yù)制廠占地面積廣，從發(fā)電機(jī)房至各箱變最遠(yuǎn)距離約2 km，電站發(fā)出的電需用輸電線路輸送出去，由于輸電線路是有電阻的，且輸電線越長，電阻越大。當(dāng)電流通過輸電線時(shí)就會(huì)產(chǎn)生熱，一部分電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能而損失掉。由焦耳定律: Q=I2Rt知，在輸電時(shí)間一定的情況下，電流產(chǎn)生的熱量與輸電線中電流的平方成正比，與輸電線的電阻成正比。要想減小電能損耗，一是減小輸電線的電阻，二是減小輸電線中的電流強(qiáng)度。在輸電線的電阻不能改變的情況下，采取減小電流的方法可以明顯降低電能的損耗，如果把電流減小到原來的1/2，損失的電能就降為原來的1/4。根據(jù)P=UI可知，當(dāng)電功率一定時(shí)，電壓升高，可以減小電流強(qiáng)度，因此，實(shí)際輸送電能時(shí)可采用高壓輸電的方法來減小輸電線中的電流強(qiáng)度，從而減少輸電過程中電能的損耗。因此，高電壓線路傳輸電能較低電壓線路損耗小、傳輸距離長。在輸送一定功率及輸送距離一定的前提下，電壓越高，電流越小，其優(yōu)點(diǎn)是可以減小電線截面積，節(jié)約有色金屬，且可減小線路中的功率損失和電壓損失。

3）采用高壓柴油發(fā)電機(jī)組，當(dāng)高壓系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，短路電流要比低壓發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)短路電流小很多，所以一旦發(fā)生短路，低壓系統(tǒng)產(chǎn)生的后果或危害要大得多。

4）低壓柴油機(jī)組較高壓柴油機(jī)組配電電壓等級(jí)低，需要布置大量的母線槽，且低壓機(jī)組能夠并機(jī)運(yùn)行的臺(tái)數(shù)有限，需要設(shè)置多個(gè)低壓電源轉(zhuǎn)換裝置等。

5）高壓機(jī)組供電因電壓高，絕緣等級(jí)較低壓電要求高很多，防護(hù)級(jí)別也高。

6）高壓系統(tǒng)可有效減小電壓波動(dòng)，而低壓系統(tǒng)中升壓變壓器局部放電是常有現(xiàn)象，導(dǎo)致變壓器絕緣劣化，存有安全隱患。

4 高壓系統(tǒng)的選型與布局

4.1 高壓發(fā)電機(jī)組選型

經(jīng)多方調(diào)研，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及穩(wěn)定性方面綜合考慮，選擇深圳沃爾奔達(dá)提供的VPM2000G/10型發(fā)電機(jī)組。該發(fā)電機(jī)組精選日本三菱發(fā)動(dòng)機(jī)、廣州英格發(fā)電機(jī)、捷克科邁品牌控制器。機(jī)組具有起動(dòng)快、承受突加負(fù)荷能力強(qiáng)、故障率低、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，節(jié)能環(huán)保，性價(jià)比高，整個(gè)系統(tǒng)具備無市電或者市電停電情況下能在10~15 s內(nèi)自動(dòng)啟動(dòng)并接載用電負(fù)荷。發(fā)電機(jī)組并聯(lián)應(yīng)急供電操作簡單，自帶主輸出電纜，需要并聯(lián)供電的發(fā)電機(jī)組將主電纜引至供電母線處連接，各并聯(lián)發(fā)電機(jī)組之間由機(jī)組自帶信號(hào)電纜相互連接即完成供電準(zhǔn)備工作，快捷高效[3]。發(fā)電機(jī)組比較見表2。

表2 發(fā)電機(jī)組比較Table2 CoMparison ofgenerating sets

4.2 高壓發(fā)電機(jī)組布局

發(fā)電機(jī)房內(nèi)設(shè)5臺(tái)10.5 kV柴油發(fā)電機(jī)，10 kV抽屜式開關(guān)柜12臺(tái)，10 kV/0.4 kV-500 kVA變壓器2臺(tái)，抽屜式低壓柜9臺(tái)，低壓電容補(bǔ)償柜2臺(tái)，110 V-120 Ah直流屏1套，供整個(gè)預(yù)制廠用電。

5 高壓供電站運(yùn)行管控

5.1 管控組織體系運(yùn)營管理

建立以項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)為供電站站長的管理組織體系，建立供電站成員崗位責(zé)任制并進(jìn)行詳細(xì)職責(zé)分工。

建立了《發(fā)電站巡查制度》、《大負(fù)荷用電設(shè)備啟動(dòng)停止申請(qǐng)簽認(rèn)制度》、《發(fā)電站值班制度》、《發(fā)電站運(yùn)行情況登記制度》、《供電設(shè)備設(shè)施定期巡查巡檢制度》等多項(xiàng)制度，制度落實(shí)情況以書面形式進(jìn)行登記簽認(rèn)。機(jī)房設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)高壓發(fā)電機(jī)組、機(jī)房、油庫等設(shè)備設(shè)施進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠家負(fù)責(zé)設(shè)備運(yùn)行的維護(hù)保養(yǎng)及技術(shù)支持，設(shè)備操作員通過專業(yè)培訓(xùn)，嚴(yán)格按作業(yè)流程進(jìn)行操作。非工作人員嚴(yán)禁入內(nèi)，如需進(jìn)入機(jī)房需登記簽認(rèn)，并進(jìn)行安全交底。發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，工作人員每2 h在運(yùn)行日志上記錄發(fā)電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)及整個(gè)發(fā)電站的運(yùn)行情況。發(fā)電機(jī)組保養(yǎng)嚴(yán)格按設(shè)備生產(chǎn)廠家的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，定期更換三濾及機(jī)油等。每周對(duì)機(jī)組進(jìn)行全面檢查，機(jī)組的發(fā)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)檢查同時(shí)進(jìn)行。發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)整改。

5.2 電力輸變配設(shè)備設(shè)施運(yùn)行管理

每月由專業(yè)的高壓電工對(duì)全部高壓電設(shè)備設(shè)施進(jìn)行全方位巡查并記錄。每季度進(jìn)行1次全部電力設(shè)備設(shè)施測(cè)試檢查，檢查測(cè)試各系統(tǒng)的接地電阻及絕緣電阻是否在規(guī)范以內(nèi)。每年由電力輸變配設(shè)備生產(chǎn)廠家對(duì)全系統(tǒng)進(jìn)行檢查檢測(cè)，及時(shí)更換檢測(cè)不合格的部件。對(duì)于高壓電所用工具，每半年全部換新。

6 高壓供電站風(fēng)險(xiǎn)情況及預(yù)案

如沉管預(yù)制廠高壓供電站有2臺(tái)以上機(jī)組因故停止運(yùn)行，整個(gè)預(yù)制廠就將面臨重大供電風(fēng)險(xiǎn)。

6.1 高壓供電站故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

1）沉管預(yù)制廠可能全面停產(chǎn)，作為島隧工程的關(guān)鍵線路，將導(dǎo)致整體工期延后。

2）對(duì)其它關(guān)鍵環(huán)節(jié)的影響:①深塢區(qū)內(nèi)待沉放管節(jié)一、二次舾裝工作停止，管節(jié)浮運(yùn)沉放工期受到嚴(yán)重影響。②管內(nèi)設(shè)備、安裝船設(shè)備維護(hù)檢修工作將停止，浮運(yùn)沉放設(shè)備保障存在極大隱患。③東、西人工島所需鋼筋由沉管預(yù)制廠集中生產(chǎn)，預(yù)制廠斷電致使鋼筋加工停止，影響人工島工期。

6.2 沉管預(yù)制廠緊急供電應(yīng)急預(yù)案

為避免高壓發(fā)電機(jī)組突發(fā)損壞而造成損失，沉管預(yù)制廠制定緊急供電應(yīng)急預(yù)案。

1）嚴(yán)格控制高壓供電站負(fù)荷。

①高壓發(fā)電機(jī)組不再為混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)供電，僅負(fù)責(zé)長距離小負(fù)荷供電，分別由多臺(tái)機(jī)組單機(jī)輪流運(yùn)行供電。

②強(qiáng)化高壓供電站管理制度，嚴(yán)格執(zhí)行機(jī)組調(diào)度流程。

2）立即組織低壓靜音電站進(jìn)場，三用兩備，由該低壓機(jī)組并網(wǎng)組成臨時(shí)供電站，為混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)提供電力保障。低壓供電站與高壓網(wǎng)絡(luò)供電系統(tǒng)通過配置的專用轉(zhuǎn)換開關(guān)柜給混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)供電，使混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供電源的唯一性，確保安全用電，并建立低壓供電站安全管理及值班制度，確保安全生產(chǎn)用電。

6.3 存在問題及改進(jìn)建議

1）因沉管預(yù)制工期延后，原高壓發(fā)電站技術(shù)服務(wù)合同到期，生產(chǎn)廠家不再繼續(xù)提供技術(shù)服務(wù)。新技術(shù)服務(wù)單位的綜合實(shí)力，新舊技術(shù)服務(wù)單位工作銜接等均存在風(fēng)險(xiǎn)。主要采取的對(duì)策有:

①通過認(rèn)真調(diào)研比選，選擇專業(yè)高壓發(fā)電機(jī)組技術(shù)服務(wù)單位承擔(dān)沉管預(yù)制廠高壓發(fā)電機(jī)組后續(xù)技術(shù)服務(wù)及維護(hù)檢修工作。

②與原技術(shù)服務(wù)單位進(jìn)行協(xié)商，適當(dāng)延長原技術(shù)服務(wù)合同期限3~4個(gè)月，新技術(shù)服務(wù)單位提前進(jìn)場，在工區(qū)項(xiàng)目部的全程督導(dǎo)下做好技術(shù)服務(wù)的交接工作。

2）高壓發(fā)電站選用的是原裝進(jìn)口三菱重工發(fā)動(dòng)機(jī)，近年來隨著國際形勢(shì)的變化，三菱重工配件采購周期變長，對(duì)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行存在較大風(fēng)險(xiǎn)。因預(yù)制工期延后，高壓發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)間延長，各關(guān)鍵配件均存在損壞的風(fēng)險(xiǎn)。主要對(duì)策:

①提前3個(gè)月以上采購儲(chǔ)備發(fā)電機(jī)組配件，并加大配件儲(chǔ)備量。

②對(duì)關(guān)鍵性配件儲(chǔ)備，比如增壓器總成、高壓柴油泵總成等。

③如因配件供應(yīng)不及時(shí)造成多臺(tái)機(jī)組不能正常運(yùn)行，立即啟動(dòng)供電應(yīng)急預(yù)案。

7 結(jié)語

本文介紹了市電無法到達(dá)的港珠澳大橋沉管預(yù)制廠所使用的高壓發(fā)電機(jī)組組成與并網(wǎng)發(fā)電管理，以及在長周期、高強(qiáng)度地以高壓發(fā)電機(jī)組為供電電源時(shí)存在的風(fēng)險(xiǎn)問題、當(dāng)遇到故障時(shí)的應(yīng)急措施與解決方案，可為類似工程施工提供參考。

[1]朱志剛，邵光明，張靜芳.高壓柴油發(fā)電機(jī)組在糯扎渡水電站的應(yīng)用[C]//電氣學(xué)術(shù)交流會(huì)議論文集.中國水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)電氣專業(yè)委員會(huì)，2012.

ZHU Zhi-gang,SHAOGuang-ming,ZHANG Jing-fang.Application ofhigh pressure dieselgenerator in Nuozhadu Hydropower Station[C]//Proceedings of electricalacademic exchange conference. China Electric Power Engineering Society Electrical Professional Committee,2012.

[2]呂洪.淺談10 kV發(fā)電機(jī)組在大型數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用[J].電子世界，2014（14）:41-42.

LüHong.Application of10 kVHigh voltage dieselgenerator in data center[J].ElectronicsWorld,2014(14):41-42.

[3]深圳市沃爾奔達(dá)新能源股份有限公司.港珠澳大橋高壓發(fā)電站報(bào)價(jià)文件[K].2011.

Shenzhen Verypower New Energy Co.,Ltd.Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge high-voltage power stationsquotation documents[K]. 2011.

App lication and risk analysis of high-pressure diesel generator sets in construction of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge

LIUChao,DENGMin,LIYang
（No.2 Engineering Co.,Ltd.of CCCCSecond Harbor Engineering Co.,Ltd.,Chongqing 401121,China）

The Tube Precasting Plant for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge is divided into tube precastproduction area,office area,living area,and small prefabricated pipe production area,which is a super-huge precast plant,vast in area.The power supply for the public electricity network cannot reach the precasting p lant but depends on diesel generator sets for power supply,as a result,five sets of 1 600 kW diesel generators are used for production and living at the plant.The papermainly introduces application and risk analysisof1 600 kW dieselgenerator sets.

Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge;high-pressure diesel generator sets;production;risk analysis

U655.3；TM31

B

2095-7874（2016）07-0118-04

10.7640/zggw js201607034

2016-06-03

劉超（1985—），男，江蘇徐州人，主要從事工程設(shè)備技術(shù)管理方面的工作。E-mail:541649048@qq.com