TBM配套发配电系统.docx

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TBM配套发配电系统

TBM配套发配电系统

作者姓名：

栗庆超

公司：

中国葛洲坝集团第一工程有限公司

所属项目：

GD3引水隧洞TBM项目部

工号：

完成日期：

2015年11月

中国葛洲坝集团第一工程有限公司

摘要

本文以中国葛洲坝集团在埃塞俄比亚承包的GD3大型水力工程为实例。

主要叙述为大型机械设备硬岩掘进机（TBM）配套供电的自主建设的发电和供电系统。

整套系统是柴油发电机组发电，变压器将发电机输出的400V的电升压至20000V，在高压母排并机，通过高压电缆输送给TBM用电设备供电。

整套发配电系统非常的先进。

由于TBM在正常运行的过成中根据不同地质岩层负荷的变化非常剧烈。

由于用电设备的特殊性采用了400/20000V远距离高压供电。

采用了六台型号为C2250D5康明斯1600KW发电机组以应对TBM负荷的剧烈变化。

每台发电机组的发电额定容量最低达到1900KVA。

整套发电系统的发电容量达到11400KVA之多。

目前在大型土建项目上使用如此大发电容量的发电系统实属少见。

此发电系统在负载端发生剧烈负荷变化时低压侧电压控制在400V，电压降上下波动严格控制在5V以内。

20千伏高压侧压降控制在—5%~+5%以内。

电压降控制精度之高也实属空前。

作者将对这整套先进的发配电系统运行两年的实际经验进行总结，针对发电系统的常见故障进行分析和讨论，并且以此为基础，针对发电机组保养的措施进行研究和制定，是全面的改善机组使用质量和使用效率的关键点。

文章将针对这一方面的内容展开论述，详细的分析了发电机组的诸多方面的故障问题，并且对保养的技术手段，进行了深层次的研究，力求为此项工作的进步和发展，做出积极的贡献。

强调了柴油发电机组日常维护的重要性。

简要介绍了柴油发电机的常见问题及解决方法，为提高柴油发电机组管理维护水平提供一定的建议，以此延长发配电系统的使用寿命。

关键词：

中国葛洲坝集团；GD3;柴油发电机组；发配电；维护保养；运行；故障判断；

引言

随着全球经济一体化，国际市场为有实力的大型企业提供了广阔的舞台。

国际工程承包市场因其地域环境、政治不确定性、价值观取向和不同生活习俗等风险因素的存在以及实力差距悬殊。

葛洲坝集团为积极响应国家“走出去”的经济战略方正政策。

葛洲坝集团提出加速建设具有国际竞争力的大型企业集团，国际业务被列为葛洲坝集团重点战略方向。

埃塞俄比亚GD3水电站便是葛洲坝集团响应国家“走出去”政策的一个大型基础设施建设工程的典型。

埃塞俄比亚是位于非洲东部的一个贫穷国家，是世界最不发达国家之一，基础设施落后，连最基本的生活都无法保障，主要以农业和畜牧业为主，工业基础非常落后。

全国电力供应严重不足。

由于埃塞俄比亚资源严重匮乏，煤炭、石油等能源几乎为零，大部分需要进口，但水利资源丰富。

为了改善国内严重短缺的电力供应，埃塞俄比亚政府决定大力开发水利工程发电项目。

GD3便是埃塞俄比亚迄今为止最大的一座水轮发电在建项目。

因此GD3整个项目的所有用电设备都是在用柴油发电机来进行供电。

因为水电建设大部分都是在人间稀少的地方，加上国际水电市场大都在东南亚，非洲，和南美洲等不发达地区。

在这些市场区域普遍电力供应不足。

所以大型柴油发电机供电设备在大型水力工程将设过程中将起到非常重要的作用。

随着国际市场的不断打开，大型的发电机供电设备也将逐渐的运用到项目建设过程中来。

1第一章工程地理位置与环境概况及供电对象

GD-3水电站位于北纬5°38′，东经39°43′，属热带雨林区。

工程区位于埃塞俄比亚首都亚的斯亚贝巴南部稍偏东约400km，靠近索马里、肯尼亚边境地带。

GD-3水电站总体可分为大坝及附属建筑物、输水建筑物、地面厂房及开关站建筑物等，坝址位于Genale主河道中部。

输水系统主要包括进水口、叠梁检修门竖井、低压隧洞段、调压井、事故检修门井、斜井上平段、斜井段、斜井下平段、高压管道段、尾水洞以及明渠段。

进水口位于大坝上游约2.5km的左岸，为钢筋砼结构，结合事故检修闸门以及拦污栅布置。

进水口和调压井之间约为12.4km长的引水隧洞，引水隧洞便是用硬岩掘进机施工开挖直径8.1m的岩石隧洞，将要讲述的便是给硬岩掘进机（TBM）设备配套供电的发配电系统及柴油发电机站。

TBM负载容量大约在6000KVA。

发配电系统提供的发配电容量在11440KVA。

2第二章发配电系统设计及组成

2.1、设计要求

柴油发电机站主要设计建造在大型机械用电设备硬岩掘进机（TBM）进行施工的引水隧洞的洞口边以方便供电。

由于被供电的设备是移动设备，且随着工程的进度，给TBM供电的距离逐渐拉长。

所以我们采取了型号为C2250D5的六台1600KW康明斯柴油发电机并联400伏升20千伏高压远距离输电的方式给用电设备进行供电，减少电缆造成压降，以确保供电的质量能达到设备正常运行的标准。

TBM用电设备用电要求：

硬岩掘进机用电为柴油发电机组并机发电，升压变为20kV（可根据硬岩掘进机要求的电压等级进行供电）后以高压电缆输送电力，电压波动范围－15%～＋10%。

连续皮带机、隧道通风、洞壁照明及现场施工用电，都采用发电机组供电，并根据用电负荷以及用电地点综合安排布置，电压等级400V，电压波动范围－15%～＋10%。

通过滤波和削波装置，达到设备供电所需品质，并考虑应急情况的相关保护措施，确保供电安全。

2.2、发配电系统的组成结构及其功能

发配电系统主要采用了康明斯DMC200集中远程控制系统。

发配电系统主要是由发电机组室、变压器区、高压室、远程监控室和油库组成。

◆发电机组室主要有六台1600KW康明斯柴油发电机和6个低压断路器控制柜构成。

采用的型号为C2250D5的1600KW康明斯发电机组是产自美国的最先进发电设备。

由于技术的保密性，目前国内无法生产。

发电机组主要由PCC3201标准的并机型控制器控制，能够自动实现同步并机，负载分配，包括必要的逆功率保护，失磁保护等功能。

PCC32O1控制系统的工作程序：

当PCC3201控制系统处于AUTO（自动）模式下，发电机组将在收到远置装置发出的启动信号时启动。

控制系统会发出启动机盘车信号并验证发动机是否开始转动，同时控制系统向发动机供应足够的燃油，使发动机达到启动机分离转速。

一旦达到这一速度，控制系统就会使发电机组均匀加速到怠速，当机体温度达到要求或冷却液达到38度（此为此系统设置的温度）发动机将达到额定转速，控制系统将对系统母排电压进行检查。

如果未检测到母排电压，就会等待远程发电机首启动主感应器发出脉冲。

收到这一脉冲信号后，控制器便会向并联断路器发出闭合信号。

如果检测到了母排电压，控制系统就会检测相位旋转是否正确、调整发电机组达到母排电压和频率，然后使发电机组与系统母排同步。

达到同步条件，控制系统将发出闭合并联断路器的信号。

当并联断路器闭合后，发电机组将会承载系统母排总负载中相应比例的负载。

◆变压器区主要是由六台400/20000V的额定容量为2500KVA的电力变压器组成。

变压器主要是为远距离TBM输电提供可能。

在独立的发配电系统中使用也非常的超前。

◆高压室主要是有六个ABB额定电压24KV、额定电流100A的抽屉式高压断路器进线控制柜、一台相匹配的PT柜、两台额定电压24KV、额定电流100A的抽屉式高压断路器出线控制柜和给高压柜组控制回路输电DC100V的直流屏柜组成。

高压柜组在整个系统中非常重要，系统采用的是高压侧并机模式，PT柜通过检测高压侧的供电质量反馈给DMC200，再由DMC200控制发电机，充分运用了自动化控制原理，形成了一个非常完美的反馈系统，同时也可以对TBM负载的变化做出快速的调节。

确保了从高压出线端输出的电力的高质量。

◆远程监控室主要是DMC200的远程监视操作柜和给发电机站日常使用的380V的配电柜组成。

DMC200主要功能：

可以在触摸控制显示屏上显示每台发电机设备的详细运行参数，包括发电机组的转速、频率、机油压力、冷却液温度、直流电压、输出电压、输出电流、负载功率、负载电流、总承受负载比例等。

系统也可以远程根据负载相对较小关掉部分机组以节约燃油，负载状况发生变化时自动启动其他机组。

同时也可调成手动模式进行手动控制。

◆油库是由10个容量为5万升油罐组成，其中2个做为发电机组的主供油油罐，另外8个做为常备用储藏油罐。

TBM配套供电流程图

3第三章发电机组概况

3.1柴油发电机组共有六大系统

分别是机油润滑系统、燃油系统、控制保护系统、冷却散热系统、排气系统和启动系统。

3.2发电机组主要部件

发电机组主要部件图

1.底座9.控制柜

2.水箱10.减震垫

3.发动机11.动力线出线盖板

4.排气管12.机组铭牌

5.空气滤清器13.断路器柜

6.发电机14.水箱加水口

7.控制器选配件安装盒15.紧急停机按钮

8.断路器16.控制面板

4第四章发电机组的操作

4.1发电机组开机前检查

在手动开机或把机组放在自动起动前，应作以下工作：

（1）发电机组的接地检查。

（2）绝缘电阻测试---核实发电机绕组线圈是否潮湿。

（3）润滑油位检查---核实润滑油位是否符合发动机油尺上下限的要求。

（4）散热水箱水位检查---核实水箱水位是否符合要求，若水箱水位低，给水箱内添加冷却水。

在发动机太热时不能检查水箱水位。

（5）通风散热检查---确保机房进出通风畅通无阻，进出通风量符合机组冷却要求。

（6）排气管检查---确保排气管安全，排气波纹管没有弯曲，排气畅通无阻，排气口附近没有任何易燃的物品，排气口要伸出建筑物外部，排气管和排气口离行人要有足够的距离，排气管路不能有任何泄露，所有紧固件不能有任何松动。

（7）燃油管路检查---确保机组油箱内燃油加到正常油位，所有燃油管路阀门打开，确保管路没有泄露，各连接部件连接紧固。

（8）电池---确保电池容量足够，电解液液位合适，所有连接正确，电池电压符合机组要求。

4.2发动机的运转

应经常检查机油压力和冷却液温度表。

如果油压或温度不符合技术规范应关闭发动机。

在冷却液温度过低（低于60度）或冷却液温度过高（高于100度）的情况下连续运行，会损坏发动机。

大多数故障会给出一个早期警告。

通过观察和聆听来发现发动机在性能、声音和外观方面的变化，这些变化将预示发动机需要维修。

以下是一些异常情况变化：

l

（1）发动机缺火

l

（2）异常震动

l（3）发动机异常噪声

l（4）发动机工作温度或工作压力的突然变化

l（5）排烟过大

l（6）功率损失

l（7）机油消耗增大

l（8）燃油消耗增大

l（9）燃油、机油或冷却液泄漏。

4.3机油温度

机油温度表的正常读数应在82度和107度之间。

在满负荷状态下，机油温度短时间达到160度时不要惊慌。

机油温度的突然增高如果不是因为负荷的增加所引起，那就预示很可能有机械故障，应立即进行检查。

在发动机起动期间，应逐步增加负荷。

当机油还是冷的时候，它不会起到很好的润滑作用。

连续地或长时间地在机油温度低于82度下怠速运转将引起曲轴箱中的润滑油稀释和产生酸质，从而加速发动机的磨损。

4.4冷却液温度

冷却液温度在74—91度之间是最理想的，此时发动机的工作零件得到了均匀的膨胀，从而获得了最佳油膜间隙。

发动机冷却液的最高温度不得超过102度。

因为发动机冷却液温度达到100度时将会高温报警。

当温度达到102度时发动机将会高温急停。

4.5机油压力

1600KW柴油发电机组的发动机是使用康明斯QSK60型的柴油发动机，油温在107度时的正常的发动机机油压力450千帕。

启动时机油压力高不要惊慌，怠速时机油压力在600千帕左右，随着温度的升高机油压力也会降低，机油压力范围主要是在400—600千帕。

如若发现发动机在正常转速稳定运行时机油压力低于所要求的机油压力范围或频繁波动且范围过大，请及时停机。

5第五章发电机组的日常维护

接下来所叙述的将是每天每班必须检查和日常维护项目，如下：

（1）检查发动机外观

将发动机运行8~10分钟，检查发动机有无机油、冷却液、和燃油的泄漏。

有无异常噪音。

（2）检查冷却风扇叶片

风扇叶片故障会造成人身伤害。

绝不要拉或撬动风扇，否则会损坏风扇叶片并造成风扇故障。

要求每天检查一次冷却风扇，看是否有裂纹、铆钉是否松动、叶片是否弯曲和松动，检查风扇并确保其安装牢固，必要时拧紧螺栓。

（3）检查风扇驱动皮带

每天对皮带进行外观检查。

更换有裂纹或磨损的皮带。

调整表面磨光或发亮的皮带。

这说明皮带打滑了，正确地安装、张紧皮带可使皮带轮和皮带磨损均匀。

皮带损坏的原因：

●张紧不正确

●l宽度或长度不正确

●l皮带轮轴轴向错位

●l安装不正确

●l工作环境恶劣

●l皮带上有机油或润滑脂

（4）检查机油油位

每天检查机油油位。

机油液面在油尺的“L”（低）标记以下或“H”（高）标记以上时，决不允许开动发动机。

停机后要等至少5分钟才能检查机油油位。

这段时间内机油会流回油底壳。

检查机油油位时，发动机必须水平以确保测量准确。

（5）检查冷却液液位

不能从热的发动机上拆下散热器盖。

要等到发动机温度低于50度才能拆下散热器盖。

否则喷出的热的冷却液或蒸汽会造成人身伤害。

慢慢地卸下加注口盖以释放冷却系统压力。

决不能用密封添加剂来阻止冷却系统泄漏。

否则会导致冷却系统阻塞或冷却液流动不畅，从而导致发动机过热。

冷却液液位必须每天检查。

不要往热的发动机中添加冷的冷却液，否则会损坏发动机铸件。

应等到发动机冷却到50度以下时再加注冷却液。

（6）检查进气阻力指示器

机械式阻力指示器用于指示通过干式空气滤清器的空气阻力是否过大。

此装置装在空气滤清器的出口上。

随着滤芯灰尘的增多，指示器窗口内的红色标志

（1）逐渐上升。

更换滤芯后，应按下复位按钮使指示器复位按钮使指示器复位。

绝对不能拆卸指示器上的毛毡垫圈，它是吸收潮气用的。

（7）检查进气管路有无松动

检查进气软管是否有裂纹、穿孔。

卡箍是否松动，这些都可能使发动机损坏。

必要时拧紧或更换这些部件以确保进气系统无泄漏。

检查卡箍下的软管是否腐蚀。

软管腐蚀会导致污物进入发动机内。

必要时应更换软管。

（8）检查进气管有无泄露

发动机进气必须经过过滤，以防止灰尘和杂物进入发动机。

如果进气管损坏或松动，未经过滤的空气就会进入发动机，并引起发动机早期磨损。

目测检查进气管是否松动或损坏。

更换损坏的管道并拧紧松动的卡箍。

（9）检查排气系统有无泄露

涡轮增压器至排气歧管安装密封垫泄漏。

更换密封垫。

涡轮机壳体密封表面空气泄漏。

拧紧V形带卡箍或螺栓：

涡轮增压器V形带螺栓。

检查是否漏气。

如果仍然漏气，则拆下并更换涡轮增压器。

（10）排放处油水分离器的水分

应每天从分离器中排出水分。

关掉发动机，用手打开放水阀，将阀逆时针方向旋转大约1.5至2圈，直到放出水来。

放出滤清器内的积水，直到流出干净的燃油为止。

不要过分拧紧放水阀。

否则会损坏螺纹。

顺时针方向旋转放水阀把它关上。

（11）检查发动机检测系统

（12）发电机组除尘和周围环境的卫生

6第六章发配电系统的常见故障现象及排除方法

1故障现象：

发动机高水温度指示报警，并停机。

排除方法：

指示冷却液温度过高，或液位过低，处理前请

1）检查冷却液液位，如过低则补充，同时检查是否有渗漏，如有修理之。

2）检查冷却系统的冷却空气是否流通，如有障碍清除之。

3）检查风扇皮带，是否打滑或松动，如有上紧之。

2故障现象：

因埃塞俄比亚雨季夜晚飞蛾非常之多。

散热器散热片常被油、灰尘、飞蛾堵死导致发动机高温。

且发动机的散热器为双层水箱不宜清洗。

排除方法：

用空压机产生的压缩空气和水一起冲洗散热器。

第一步，现将金属清洗剂用适量的温水将其化开并均匀的喷洒在散热器油渍多的地方上。

静止十几分钟。

第二步，将加了加了压的水对着散热器进风的方向面进行冲洗，直至将散热器进风面上的油渍、灰尘和飞蛾冲洗干净。

第三步，将加了压的水对着散热器的出风面并使水与散热器出风面垂直冲洗。

（若不垂直将会使散热器的散热片吹倒，造成更大的堵塞。

）

3故障现象：

发动机低机油压力指示报警，并停机。

排除方法：

检查机油油位，有必要时补充机油，检查油管及过滤器是否有渗漏，

如有则修理。

检查机油品质，因机油放置不合理造成机油变质，品质下降。

若有变质立即更换。

4故障现象：

发电机组起动时停机，低燃油压力指示报警。

排除方法：

指示燃油系统可能有问题：

1）检查燃油箱是否有油，渗漏或阻塞，如有排除之；

2）检查燃油过滤器是否太脏，如有更换之；

3）检查空滤器，是否阻塞或太脏，如有更换之；

4）检查供油泵处，并对供油管道进行排空气。

5故障现象：

发电机不能启动。

排除方法：

指示控制系统或起动系统有故障，按下列步骤处理：

1）蓄电池连线接触不良，清洁连接处，并上紧之；

2）蓄电池没充电或失效，充电或换新的。

6故障现象：

蓄电池桩头连线处氧化。

排除方法：

将烧开的沸水浇在蓄电池的桩头上和连接线头上。

将白色物质冲烫掉，等水变凉擦去（如若不擦拭干净，在发动机启动时蓄电池将发生爆炸，危害设备和人身安全），桩头与连接线重新连接上紧即可。

结束语

综上所述，本文主要是针对TBM配套发电配系统的一个综合性概述和系统运行过程中出现的一些问题的阐述和解决办法。

根据对康明斯柴油发电机组的运行和工作当中的一些常见的典型性故障进行深层次的研究和分析，从实际的角度出发，深入并且细致的对故障发生的原因，故障的解决途径方式以及使用操作过程中需要注意的几点事项进行探讨，力求以此为基础。

通过这样的方式更进一步的为有关工作的开展与进行，奠定坚实的理论基础，并且全面的保证发配电系统的正常运行，减少使用和操作过程当中的故障。

本文以中国葛洲坝集团埃塞俄比亚GD3水电站在建TBM项目为实例，力求真实和可操作性为编写原则。

以作者本人在此系统中工作三年的运行工作实例中总结的经验和后期自主学习所得。

尽可能的为以后有关TBM或大型用电机械设备的发配电系统的建设运营提供参考。