1 引言
埃塞俄比亞是位于非洲東北部的一個相對貧窮落后的國家，水力資源豐富，水力資源可利用率占整個非洲的80％以上，但由于基礎設施建設滯后，導致全國電力供應嚴重不足。為了改善嚴重短缺的電力供應情況，埃塞俄比亞政府決定大力開發(fā)水利電力工程項目，GD-3多功能水電站項目是埃塞俄比亞開發(fā)的大型水利電力項目之一。
GD-3多功能水電站項目位于埃塞俄比亞首都亞的斯亞貝巴南部稍偏東約400km，靠近索馬里、肯尼亞邊境地帶，經(jīng)緯坐標為北緯5.38，東經(jīng)39.43。由于埃塞俄比亞電力供應非常緊缺，導致市場現(xiàn)有供電無法滿足GD3工程用電，工程用電只能全部采用柴油發(fā)電機和柴油發(fā)電機站進行供應。
GD-3多功能水電站項目用電量最大的工程設備是為低壓引水隧洞(全長12.4km)施工用的TBM(全斷面硬巖掘進機)設備及其配套設施， 日常負載為左右，高峰負載為8000KRA左右。為解決該大容量、長距離用電問題，工程施工項目部采用了的柴油發(fā)電機站機組，通過柴油發(fā)電機發(fā)電、進行電壓升壓(400V升20KV)、高壓并網(wǎng)、高壓電纜輸送、降壓(20KV降400V和20KV降690V)后使用解決了工程用電問題。
依據(jù)該工程實例簡單論述柴油發(fā)電機組高壓發(fā)配電的組成及控制。
2 發(fā)配電系統(tǒng)設計及組成
2.1 設計要求
柴油發(fā)電機站設計、建造在大型機械用電設備硬巖掘進機(TBM)進行施工的引水隧洞的洞口附近。由于被供電的設備是可移動設備，且隨著工程的進度，給TBM供電的距離逐漸拉長。所以采用了型號為C2250D5的六臺1400KW康明斯柴油發(fā)電機并聯(lián)400V升20KV高壓經(jīng)并網(wǎng)后遠距離輸電的方式給用電設備進行供電，減少電纜造成壓降， 以確保供電的質量能達到設備正常運行的標準。
TBM接入電要求：電壓為20KV， 電壓波動范圍-15％～+10％。TBM設備上配有多臺變壓器，根據(jù)不同用電設備的需求，將電壓降為400V或690V。
2.2發(fā)配電系統(tǒng)的組成結構及其功能
(1)發(fā)配電系統(tǒng)主要采用了康明斯DMC200集中遠程控制系統(tǒng)。
(2)發(fā)配電系統(tǒng)主要是由發(fā)電機組室、變壓器區(qū)、高壓室、遠程監(jiān)控室和油庫組成。
(3)發(fā)電機組室主要有六臺1600KW康明斯柴油發(fā)電機和6個低壓斷路器控制柜構成。
采用的型號為C2250D5的1600KW康明斯發(fā)電機組是產(chǎn)自美國的最先進發(fā)電設備。由于技術的保密性， 目前國內(nèi)無法生產(chǎn)。發(fā)電機組主要由標準的并機型控制器控制，能夠自動實現(xiàn)同步并機，負載分配，包括必要的逆功率保護，失磁保護等功能。
控制系統(tǒng)的工作程序：當控制系統(tǒng)處于AUTO(自動)模式下，發(fā)電機組將在收到遠置裝置發(fā)出的啟動信號時啟動?？刂葡到y(tǒng)會發(fā)出啟動機盤車信號并驗證發(fā)動機是否開始轉動，同時控制系統(tǒng)向發(fā)動機供應足夠的燃油，使發(fā)動機達到啟動機分離轉速。一旦達到這一速度，控制系統(tǒng)就會使發(fā)電機組均勻加速到怠速，當機體溫度達到要求或冷卻液達N38度(此為系統(tǒng)設置的溫度)發(fā)動機將達到額定轉速，控制系統(tǒng)將對系統(tǒng)母排電壓進行檢查。如果未檢測到母排電壓，就會等待遠程發(fā)電機首啟動主感應器發(fā)出脈沖。收到這一脈沖信號后，控制器便會向并聯(lián)斷路器發(fā)出閉合信號。如果檢測到了母排電壓，控制系統(tǒng)就會檢測相位旋轉是否正確、調整發(fā)電機組達到母排電壓和頻率，然后使發(fā)電機組與系統(tǒng)母排同步。達到同步條件，控制系統(tǒng)將發(fā)出閉合并聯(lián)斷路器的信號。當并聯(lián)斷路器閉合后，發(fā)電機組將會承載系統(tǒng)母排總負載中相應比例的負載。
(4)變壓器區(qū)主要是由六臺400/20000V的額定容量為2500KVA的電力變壓器組成。
(5)高壓室主要是有六個ABB額定電壓24KV、額定電流100A的抽屜式高壓斷路器進線控制柜、一臺相匹配的PT柜、兩臺額定電壓24KV、額定電流100A的抽屜式高壓斷路器出線控制柜和給高壓柜組控制回路輸電DC100V的直流屏柜組成。
高壓柜組在整個系統(tǒng)中非常重要，系統(tǒng)采用的是高壓側并機模式，PT柜通過檢測高壓側的供電質量反饋給DMC200，再由DMC200控制發(fā)電機，充分運用了自動化控制原理，形成了一個非常完美的反饋系統(tǒng)，同時也可以對TBM負載的變化做出快速的調節(jié)。確保了從高壓出線端輸出的電力的高質量。
(6)遠程監(jiān)控室主要是DMC200的遠程監(jiān)視操作柜和給發(fā)電機站日常使用的380V的配電柜組成。
主要功能：可以在觸摸控制顯示屏上顯示每臺發(fā)電機設備的詳細運行參數(shù)，包括發(fā)電機組的轉速、頻率、機油壓力、冷卻液溫度、直流電壓、輸出電壓、輸出電流、負載功率、負載電流、總承受負載比例等。系統(tǒng)也可以遠程根據(jù)負載相對較小關掉部分機組以節(jié)約燃油，負載狀況發(fā)生變化時自動啟動其他機組。同時也可調成手動模式進行手動控制。
(7)油庫是由10個容量為5萬升油罐組成，其中2個做為發(fā)電機組的主供油油罐，另外8個做為常備用儲藏油罐。
3 發(fā)配電系統(tǒng)的給洞內(nèi)施工的供電安全
在發(fā)電系統(tǒng)給洞內(nèi)施工供電的過程中，供電的安全是起到保護用電設備的非常重要的問題。接下來我們將闡述高壓柜組對TBM用電設備供電過程中的幾種保護。
3.1方向(低壓)過流保護過流元件按相裝設。過流元件可由控制字選擇是否帶方向或低壓閉鎖。
方向元件采用90度接線，按相起動。為相除死區(qū)，方向元件帶有記憶功能(3周)。
動作的最大靈敏角固定為-30，動作范圍150，誤差小于±5。
低壓元件在三個線電壓的任意一個低于低電壓定值時動作，開放被閉鎖過流元件，保證裝置在機電反充電等非故障情況下出現(xiàn)誤動作。
過流元件的判據(jù)為：(a)任一相I>In(b)方向和低壓條件滿足(若投入方向和低壓)
滿足以上條件經(jīng)過流延時出口，In為過流I、II、III段定值?？赏ㄟ^控制字選擇過流I段動作后閉鎖重合閘。
3.2加速保護本裝置設置了獨立的加速段保護，可以選擇使用過流加速和零序過流加速保護，并可通過控制字選擇采用前加速還是后加速。后加速保護與手合加速保護開放時間為3秒，前加速保護必須在重合閘充電后才能投入。
裝置的手合加速回路不需要由外部手動合閘把手的觸電來啟動，此舉主要是考慮到目前許多變電站采用綜合自動化系統(tǒng)后，已取消了控制屏，在現(xiàn)場不再安裝手動操作把手，或僅安裝簡易實物操作把手。
過流加速保護和零序過流加速保護的電流定值和時間定值均可獨立整定。
3.3過負荷保護裝置設有過負荷保護功能，可通過控制字選擇動作于跳閘或警告。投跳閘時，跳閘后閉鎖重合閘。
3.4低周減載設有電壓閉鎖、滑差閉鎖、有流閉鎖。當系統(tǒng)發(fā)生故障，頻率下降過快超過滑差閉鎖定值時瞬時閉鎖低頻減載(滑差閉鎖可由控制字選擇投入)。本線路如果不在運行狀態(tài)(I<0.04In)或負荷電流小于0.1Tn(有流閉鎖可由控制字選擇投入)，則低周減載自動退出。低周減載動作閉鎖重合閘，母線TV異常閉鎖低周減載。
3.5低壓減載低壓減載設有滑差閉鎖。當系統(tǒng)電壓下降過快超過滑差閉鎖定值瞬時閉鎖低壓減載(滑差閉鎖可由控制字選擇投入)。本線路如果不在運行狀態(tài)(I<0.04In)， 則低壓減載自動退出。低壓減載動作閉鎖重合閘。
3.6重合閘重合閘起動方式有兩種：跳位起動和保護起動，當重合閘不投時可整定控制字退出。
重合閘閉鎖條件有：(1)閉鎖重合閘開入；(2)過負荷跳閘；(3)低周減載動作；(4)低壓減載動作；(5)過流I段動作；(6)遙控跳閘；(7)控制回路異常；(8)彈簧未蓄能；(9)重合閘后閉鎖投入時合后狀態(tài)為零。
3.7 TV異常檢測
3.7.1母線TV異常檢測
母線TV異常后發(fā)告警信號。母線TV異常檢測可以用控制字進行投退。當過流保護起動時，閉鎖母線Tv異常檢測?？刂谱滞度?，滿足以下任一條件，10S后報母線TV異常。
于30V且合位或有流；大于18V；不滿足以上情況，10S后母線Tv異常返回。
3.7.2線路TV異常檢查
線路TV異常后發(fā)告警信號。當重合閘檢定方法為檢無壓或檢同期時，線路TV異常檢測自動投入。
線路電壓小于0.85倍線路額定電壓且合位或有流，10S后報線路TV異常。不滿足以上情況，10S后線路TV異常返回。
4 結語
本文主要是針對TBM配套發(fā)電配系統(tǒng)的一個綜合性概述和系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的一些問題的闡述和解決辦法。根據(jù)對康明斯柴油發(fā)電機組進行深層次的研究和分析，從實際的角度出發(fā)，深入并且細致的對發(fā)電系統(tǒng)的控制結構，供電安全的解決途徑方式以及使用操作過程中需要注意的幾點事項進行探討，力求以此為基礎。通過這樣的方式更進一步的為有關工作的開展與進行，奠定堅實的理論基礎，并且全面的保證發(fā)配電系統(tǒng)的正常運行，減少使用和操作過程當中的故障。
現(xiàn)在很多大型工程建設大部分都是在人間稀少的地方，尤其在東南亞，非洲，和南美洲等不發(fā)達地區(qū)。在這些市場區(qū)域普遍電力供應不足。所以大型柴油發(fā)電機供電設備在大型水利電力工程建設過程中將起到非常重要的作用。隨著國際市場的不斷打開，大型的發(fā)電機供電設備也將逐漸的運用到項目建設過程中來。因此柴油發(fā)電機組高壓供電的解決方案還是有其尤為重要的意義。
