发电机并机升压发电技术的应用

发电机并机升压发电技术的应用

谭慧锋

（中铁五局集团第五工程有限责任公司 湖南长沙 410100）

摘  要 针对隧道涌水量大，设立多级泵站、高压进洞供电，一旦市电停电，势必会导致水无法排出，对隧道临时供电系统设计采取发电机并机升压发电供隧道负荷用电技术保障隧道供电，该技术适用于所需供电距离长、用电负荷大，特别是市电不稳定的山区、反坡排水的隧道或者矿山等临时供电系统设计具有一定的借鉴意义。

关键词 反坡排水 发电机并机 升压供电技术

1概述

在涌水量大、隧道掘进进尺长且反坡排水的项目，需设备立多级泵站，泵站的功率大；市电不够稳定，经常停电时，为了保障隧道内施工用电设备在市电停电的情况能正常运行，必须要有备用电源380V低压柴油发电机发电，由于受到供电线路线径、供电距离的限制，导致备用电源低压柴油发电机必须要往隧道内搬迁，从而确保用电设备需要。柴油发电机进洞，就涉及到隧道内的通风、成本和安全等等，如何构建起可靠的应急备用供电系统，提高施工生产效益和可靠动力保障，这就是长大隧道迫切面对且急需解决的问题。

2优化应急备用供电系统配置优化的必要性

  长大隧道进尺长度远远超出0.4KV有效供电半径，只有采取高压进洞，才能满足用电负荷。随着隧道进尺深入、涌水量越大时，需建立多级泵站分级抽水，从而导致隧道用电负荷集中点多，如需满足用电负荷需求，有些大负荷的泵站必须设置2至3台400KW以上的发电机和三臂台车等大型设备施工使用，需在隧道设置开挖出较大的综合洞室放置发电机，增加了开挖支护成本，且每台发电机所带负荷有限，负荷必须要合理分配，这样就增加了洞内低压配电的使用成本。

为了保障发电机的运转，必须要安排2人以上工作人员对发电机的运转进行巡检，人为根据负荷大小调整设备运转数量，增加了工作人员劳动强度和人工成本。设备运转时发生故障无法解决，需要调配备用发电机替代，增加了调转费用。将发电机放置在隧道内，发电机的尾气问题加速了发电机的维修保养周期，提高了设备的采购费用和维修保养费用，且严重影响隧道内施工作业人员的身体健康，甚至会造成生命危险，为了改善隧道内空气情况，必须要增加通风设备的投入。

针对这种现状，为解决发电机进洞难道大、污染严重、危险系数高的问题，同时在高原使用发电机组原动机功率下降，油耗增加，热负荷上升问题。现以采取在西藏高原铁路线路鲁朗隧2#隧道横洞采用发电机并机发电，通过升压器升压供隧道负荷用电技术，保证隧道的施工用电为例进行论述。

3  发电机并机升压发电技术方案

3.1方案的技术构成

在隧道采用低压柴油发电机并机升压发电技术供隧道负荷用电，在洞外设立并机发电机中心，将多台发电机并机发电，通过并网柜并网后利用升压器升压（0.4KV升至10KV) ，将10KV高压电力输送进隧道，再经过隧道内的各级变压器降压到0.4KV提供给各用电设备，设计由4台500KW发电机（输入400V电压）组成（见附件鲁朗隧道2#斜井低压发电机并机发电机升高低压一次系统）保证隧道的施工用电；每台柴油发电机自带油箱存储量约1000L，按照1台500KW发电机每小时耗油量132L核算，利用发电机并机控制系统，根据用电负荷大小来调节投入的发电机数量和能耗，至少能保障4台发电机连续供电8个小时以上。

图 1鲁朗隧道2#横洞低压发电机并机发电升高底压一次系统

3.2方案的原理实现

采用专为柴油发电机组（原则上并机发电的规格差额控制在50KW以内）并联运行设计和制造的HF系列全自动或手动并机装置，本装置的核心器件采用众智电子HGM-9510/深海DSE8610系列控制器，并提供RS485/RS232通讯接口对发电机组实现全面监控的高性能并机控制，实现2台及2台以上带电子调速器的柴油发电机组的并联运行。当发电机机组启动成功后，送电至并机柜；需并机时，由同步器检测信号作用电调，将待并机组的频率和相位自动调节与母线一致，发出并机信号，作用空气开关合闸、并机，将发电机并机柜所输送出的电力通过升压器升压将400V低压升成10KV高压。其高压送电经过智能高压控制柜实现使用原市电高压进洞供电线路，且确保发电机自发电升压主线路控制回路与市电主线路控制回路实现互锁保障安全供电，自发电升压后在经过洞内的各级变压器降压来满足隧道内各级泵站抽水和其他用电负荷的需求。

3.3供电线路一次回路技术

3.3.1市电停电时的技术实现

市电停电时,智能高压控制柜的微机系统获得停电信号，发出指令断开市电高压柜进线回路，然后闭合发电机升压后的高压控制柜进线回路；与此同时柴油发电机并机柜获得市电停电信号，立即发出发电机自行启动指令，实现多台发电机启动运转发电（分自动/手动启动两种模式），当机组启动成功后，送电至并机柜，需并机时，由同步器检测信号，作用电调，将待各发电机组的频率和相位自动调节与母线一致，发出并机信号，作用空气开关合闸、并机，并机后使用手动合闸主回路的合闸开关，将并机发出的电源通过升压器升压后向洞内输送高压。

3.3.2接入市电的技术实现

当市电来电时，智能高压控制柜的微机系统获得市电来电信号，发出断开发电机升压的高压控制柜进线回路的指令，然后闭合市电高压柜进线回路，市电直接为隧道内提供电力需求；与此同时发电机并机柜获得市电来电信号，立即发出发电机的停止发电机指令，实现多台发电机停止运转（分自动/手动启动两种模式），由电工断开并机柜主回路的分闸开关。自发电与市电供电线路一次回路流程图如下：

图 2自发电与市电供电线路一次回路流程图

4  并机发电及智能高压控制柜送电技术

4.1 低压发电并机过程

4.1.1低压柴油发电机启动准备
（1）检查机油油位，冷却液液位，燃油油量，检查并排除发动机的“三漏”现象。
（2）检查电器线路连接是否可靠，是否存在破皮，短接等漏电、短路隐患。
（3）断路器合分闸手柄是否处于分闸状态，蓄电池电缆连接是否正确、可靠。
（4）检查清洁机组、冷却风扇周围不能有任何异动物品，排气系统周围不能有易燃物品。
（5）如果机组第一次启动或较长时间停用后再次启动，应先排净燃油系统中的空气。

4.1.2低压柴油发电机启动的自动操作
（1）按“AUTO”键，当远程开机（带载）输入有效时，进入“开机延时”。
（2）发电机组状态页显示“开机延时”倒计时。
（3）开机延时结束后，预热续电器输出，发电机组状态页显示“预热延时XX”。
（4）预热启动后，待各发电机组启动发电的频率和相位自动调节与母线一致，发出并机信号，自动作用空气开关合闸、并机，手动合闸主回路的合闸开关，发电机供电。

4.1.3手动操作
（1）按“MANUAL”键，控制器进入“手动模式”，手动模式指示灯亮。
按“START”键，则起动发电机组，自动判断起动成功，自动升速至高速运行。柴油发电机组运行过程中出现水温高、油压低、超速、电压异常等情况时，能够有效快速保护停机。
（2）手动停机：按“STOP”键，可以使正在运行的发电机组停机。
（3）根据情况，并网柜有“主用/备用”选择档，当旋转开关指向“主用”档时，第1台机组优先启动，备用机组延时启动。当旋转开关指向“备用”档时，优先启动机组互换。

4.1.4低压柴油发电机的运行
（1）机组启动后检查机油压力，冷却水温，频率，电压等机组运行参数是否正常，并在此检查机油液位是否在规定刻度范围内，若不是，则须及时添加。
（2）检查机组燃油，机油，冷却液，进排气系统是否存在漏液，发电机是否有发热冒烟和焦味的现象以及不正常的声音，并及时处理。
（3）机组在额定转速下，空载运行5分钟左右，检查无异常状况，即可合闸向负载供电，环境温度较低时，需要空载暖机，水温升至50~60℃后再合闸带载，严禁超载。
（4）检查机组各连载处有无松动和异常震动现象，并及时处理。
（5）机组运行时须有专人值守，每15~30分钟记录一次运行参数及环境温度。
（6）连续运行时，每8小时检查一次机油液位。

4.1.5低压柴油发电机停机
（1）停机前需将机组完全卸载，分闸，空载运行5分钟左右，将控制钥匙拧到“0”位置，使机组停机。
（2）自动化系统在手动状态下时，按下停机键使机组停机。
（3）自动化系统在自动状态时，当市电恢复后，ATS开关由发电位置转换到市电投入位置，机组经过降速延时后停机，最后进入待命状态直至市电再次发生异常。（如需停机也可按下停机键进行停机，但需先卸载分闸后进行）

4.1.6低压柴油发电机紧急停机
（1）当发生下述异常状况时，可迅速采取紧急停机：a机油压力突然降至1.5㎏/cm2

以下而未自动停机；b冷却水温在5分钟内急剧升至100℃以上而未自动停机；c油管断

裂，喷油等；d现场明显出现火险，电击，爆炸等危险，机组运行极不平稳，排烟异常；

e 机组发出异常响声（如敲击声）。
（2）按下紧急停机按钮，机组立刻停机（自动化系统有此功能）。
（3）自动化系统在按下紧急停机按钮停机后或故障停机后如需再次启动，必须待故

障排除后才能方可进行。再次启动前先按下复位键（停机键）然后再按手动或者自动减

进入系统正常工作。

4.2 智能高压控制柜送电操作要点

低压柴油发电机自发电升压主线路控制回路与市电主线路控制回路实现互锁保障安全供电，一方回路闭合另外一方回路肯定是断开的，两供电主线路停送电流程操作过程均为一致。
4.2.1送电操作规程

（1）关闭高压控制前后门，检查隔离开关及断路器，是否处于分闸位置；

（2）拿操作杆插入隔离开关操作机构，并同时手按住锁定位置（白色箭头进行解锁）方可顺时针转动机构至合位，并确认隔离开关在合闸位置，此时抽出操作杆；

（3）在仪表门上手动按下合闸按钮（非正常时可操作断路器面板上手动机械合闸按钮），断路器合闸，相应位置显示为合闸，红色灯亮（合闸指示），送电完成。（注：隔离开关在合位时，才能合断路器）
4.2.2停电操作规程
  （1）与送电反之，在仪表门上手动按下分闸按钮（非正常时可操作断路器面板上手动机械分闸按钮），断路器处于分闸位置，并检查断路器面板上有绿色灯亮(分闸指示)，确定断路器指示为分闸位置；

  （2）拿操作杆插入隔离开关操作机构并同时按住锁定位置（白色箭头进行解锁）方可逆时针转动机构至分位，并确定隔离开关在分闸位置，抽出操作杆停电完成。

4.2.4设备配置

采用的设备配备见表1所示。

表1 设备配置表

5 安全及节能

5.1 安全措施

为了保障市电与发电机发电升压两条主线路的互不串通，在两条线路上安装了一台智能高压控制柜实现线路投闸互锁，并安装了高压隔离开关确保控制柜检修时的安全。防止空气潮湿造成高压控制柜柜体有水滴，发生漏电事故，高压控制柜的市电柜、发电机发电升压控制柜、高压电缆并线柜均安装了加热器除湿。

5.2环保节能措施

5.2.1依法

施工中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境卫生的法律、法规和规章制度，加强管理，接受相关单位及部门的监督和检查。
5.2.2依规

加强发电机保养、维修过程中，对废油、含油废弃物、废弃零配件及其它保养、维修过程中产生的废弃物进行收集、集中处理。
5.2.3管理

洞内用电负荷操作人员与并机柜控制人员及时沟通，根据隧道内用电负荷增加与降低，通过并机柜智能监控系统对用电总负荷的进行观察，来决定投入发电机的总数量，从而把发电机的尾气排放量降到最低。
6 效益分析
    在开挖进尺长、涌水量大的隧道，需建立多级泵站分级抽水，隧道用电负荷集中点多大功率条件下,低压柴油发电机洞外并机发电升压供电与洞外高压发电机供电、发电机置放在洞内供电比较表明,低压柴油发电机并机发电升压以下优越性:
   （1）低压柴油发电机洞外并机发电升压技术，电力有保障发电速度快；市电停电时，能迅速根据用电总负荷启动所需发电机数量且有备用发电机，一旦某台使用的发电出现故障，能启动备用发电机供电，确保供电及时；
   （2）低压柴油发电机洞外并机发电升压技术比较高压发电机采购成本低，低压柴油发电机利用率高，配电柜房绝缘等级防护费用投入少且安全保障性高；
   （3）低压柴油发电机洞外并机发电升压比较洞内发电机发电，人工成本节约，设备集中管控，降低了人员劳动强度低；随着涌水量大的隧道，随着开挖进尺加大，泵站设计的级数越多，洞内发电机的操作及巡视需要2人以上，而低压柴油发电机洞外并机发电只要1名电工进行操作和监控即可；
   （4）低压柴油发电机洞外并机发电升压，因减少了备用发电机的数量，降低了设备采购费用，杜绝了发电机尾气排放造成的空气污染带来的各种不良因素，改善了高原施工洞内施工环境，降低了通风设备的投入费用；洞内发电因洞内施工设备尾气造成发电机维保周期需要缩短，而洞外并机发电使设备保养能安装正常周期进行，节约了项目经济成本。

7  结束语

柴油发电机并机通过升压器升压供隧道负荷用电技术，将设备管理与施工现场安全性、适用性相结合，降低了项目的维修运行及管理成本，经过雨季期间停电后，投入柴油机并机供电，充分展示了其性能的优越性和及时性，保障了隧道施工生产。

参考文献

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