10千伏柴油發(fā)電機(jī)在機(jī)場(chǎng)供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

首都機(jī)場(chǎng)集團(tuán)有限公司北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng) 齊 驥

對(duì)大型民用機(jī)場(chǎng)而言，提高運(yùn)行效率、保障業(yè)務(wù)連續(xù)性、給旅客提供最大的便利是運(yùn)行中的重中之重，所有這一切的前提是機(jī)場(chǎng)可以做到不間斷供電?？紤]到機(jī)場(chǎng)數(shù)據(jù)中心設(shè)備用電容量，且由于400伏低壓柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行存在傳輸缺陷，因此使用10千伏的高壓柴油發(fā)電機(jī)組作為后備電源是最佳選擇。

1 原理與設(shè)計(jì)

1.1 數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)

由于機(jī)場(chǎng)的供電保障級(jí)別較高，因此市電為三路進(jìn)線供電，分別來自兩個(gè)不同的110千伏變電站的不同母線段。其中兩路主用、一路備用，當(dāng)某一路停電時(shí)備用市電通過母聯(lián)開關(guān)繼續(xù)給負(fù)載供電。數(shù)據(jù)中心主要負(fù)載為UPS、IT設(shè)備，以及制冷系統(tǒng)設(shè)備、照明設(shè)備、消防及通風(fēng)設(shè)備。

市電配電母線上開關(guān)配置說明：S201-市電配電母線1段上1#市電進(jìn)線開關(guān)；S202-市電配電母線2段上2#市電進(jìn)線開關(guān)；S203-市電配電母線3段上3#市電進(jìn)線開關(guān)；S211-市電配電母線1段上發(fā)電機(jī)進(jìn)線開關(guān)；S221-市電配電母線2段上發(fā)電機(jī)進(jìn)線開關(guān)。S234、S245-母聯(lián)開關(guān)。S212-218、S222-S228饋線開關(guān)。

發(fā)電機(jī)并機(jī)母線上開關(guān)配置說明：E201-饋線至市電配電母線1段開關(guān)；E202-饋線至市電配電母線2段開關(guān)；E11-E14,E21-E24-發(fā)電機(jī)進(jìn)線開關(guān)；PT-E1-1#發(fā)電機(jī)電源檢測(cè)開關(guān)；PT-E2-2#發(fā)電機(jī)電源檢測(cè)開關(guān)。

市電配電母線上PT配置說明：PT-S1-1#市電電源檢測(cè)開關(guān)；PT-S22#市電電源檢測(cè)開關(guān)；PTS3-3#市電電源檢測(cè)開關(guān)；PT39、PT49、PT59-隔離保護(hù)開關(guān)。

柴油發(fā)電機(jī)組說明：G1-1#柴油發(fā)電機(jī)；G2-1#柴油發(fā)電機(jī)；G3-1#柴油發(fā)電機(jī)。

1.2 柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)原則

市電電源檢測(cè)開關(guān)PT-S1、PT-S2、PT-S3監(jiān)測(cè)三路市電電源電壓，電壓信號(hào)分別接入市電配電母線1段進(jìn)線開關(guān)S201、市電配電母線2段進(jìn)線開關(guān)S202、市電配電母線3段進(jìn)線開關(guān)S203；柴油發(fā)電機(jī)1段并機(jī)母線檢測(cè)開關(guān)PT-E1、2段并機(jī)母線PT-E2監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)電源電壓，電壓信號(hào)分別接入市電配電母線1段上柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線開關(guān)S211、2段上柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線開關(guān)S221；當(dāng)1#、2#、3#市電電源失電時(shí)，對(duì)應(yīng)PT-S1、PT-S2、PT-S3失壓，綜保發(fā)出指令使S201、S202、S203斷開，同時(shí)發(fā)出市電失電信號(hào)1、2、3至市電與柴油發(fā)電機(jī)電源轉(zhuǎn)換控制單元柜；市電與柴油發(fā)電機(jī)電源轉(zhuǎn)換控制單元柜接收到3組市電失電信號(hào)后，三臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)G1、G2、G3自動(dòng)啟動(dòng)并機(jī)，處于熱備狀態(tài)。

1.3 開關(guān)閉鎖要求

S201、S202、S203、S234、S245間設(shè)置電氣連鎖，同一時(shí)間最多只能有3只開關(guān)處于閉合狀態(tài)；只有S201、S202、S203均處于斷開狀態(tài)時(shí)，S211、S221才能閉合；反之，只有S211、S221處于斷開位置時(shí)，S201、S202、S203才能閉合。

1.4 繼電保護(hù)配置原則

本項(xiàng)目配置了3臺(tái)主用功率為1800千瓦的10千伏柴油發(fā)電機(jī)。由于柴油發(fā)電機(jī)組承載短路故障的能力無法與市電電源相比，因此當(dāng)負(fù)載回路發(fā)生時(shí)短路故障時(shí)，其故障切除時(shí)間須小于0.5秒，才能保證柴油發(fā)電機(jī)及時(shí)、正常供電。如故障切除時(shí)間超過0.5秒，柴油發(fā)電機(jī)組將因電流過大停機(jī)，導(dǎo)致電力供應(yīng)中斷。因此在設(shè)計(jì)中充分考慮到在柴油發(fā)電機(jī)回路及其連接線路上裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)，從而保證在各個(gè)電氣接點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，均可無延時(shí)、有選擇性地地將其切除。

市電進(jìn)線和柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線間的自動(dòng)切換功能由安裝在市電進(jìn)線開關(guān)柜、柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線開關(guān)柜和母聯(lián)開關(guān)柜上的綜保裝置實(shí)現(xiàn)，且綜保具備負(fù)荷自動(dòng)加載功能，在柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線投入供電前切除掉本母線上相應(yīng)的IT變壓器負(fù)荷，待柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線成功送電后，按照一定時(shí)間以及有限順序?qū)ι鲜鲎儔浩髫?fù)荷完成負(fù)荷的自動(dòng)加載。柴油發(fā)電機(jī)并機(jī)母線進(jìn)線柜具備以下保護(hù)功能功能：差動(dòng)保護(hù)、速斷保護(hù)、過流保護(hù)、零序、三相失壓跳閘/告警、發(fā)電機(jī)遙信跳閘。柴油發(fā)電機(jī)并機(jī)出線柜具備以下保護(hù)功能功能：差動(dòng)保護(hù)、速斷保護(hù)、過流保護(hù)、零序、低壓告警。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 柴油發(fā)電機(jī)組控制邏輯

柴油發(fā)電機(jī)組使用PLC邏輯控制，從啟動(dòng)、并機(jī)到并入電網(wǎng)發(fā)電，再到切換回市電供電的過程精準(zhǔn)可控（圖2）。市電與柴油發(fā)電機(jī)電源轉(zhuǎn)換控制單元柜檢測(cè)到三路常開節(jié)點(diǎn)信號(hào)均閉合時(shí)，將判定三路市電已失電，市電與柴油發(fā)電機(jī)電源轉(zhuǎn)換控制單元柜延時(shí)5s發(fā)出指令后3臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)，同時(shí)啟機(jī)邏輯進(jìn)行自鎖，發(fā)電機(jī)持續(xù)工作，直至手動(dòng)停機(jī)后停止工作。

G1并機(jī)控制器接收到啟動(dòng)指令后自動(dòng)啟動(dòng)，穩(wěn)定后并機(jī)控制器自動(dòng)并機(jī)合閘E11或E21，送電至發(fā)電母排上；G2并機(jī)控制器接收到啟動(dòng)指令后自動(dòng)啟動(dòng)，穩(wěn)定后并機(jī)控制器自動(dòng)并機(jī)合閘E11或E21，送電至發(fā)電母排上；G3并機(jī)控制器接收到啟動(dòng)指令后自動(dòng)啟動(dòng)，穩(wěn)定后并機(jī)控制器自動(dòng)并機(jī)合閘E11或E21，送電至發(fā)電母排上。G1、G2、G3隨機(jī)啟動(dòng)，順序不定。

市電與柴油發(fā)電機(jī)電源轉(zhuǎn)換控制單元柜檢測(cè)到E11-E14和E21-E24斷路器為合閘狀態(tài)；S201、S202、S203斷路器為分閘狀態(tài)。市電與柴油發(fā)電機(jī)電源轉(zhuǎn)換控制單元柜檢測(cè)到至少2臺(tái)發(fā)電機(jī)正常并機(jī)后，延時(shí)5s發(fā)出指令，使E201和E202合閘并送電至S211和S221開關(guān)。

表1 柴油發(fā)電機(jī)實(shí)際帶載測(cè)試記錄

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)記錄

將三路市電進(jìn)線開關(guān)分閘，柴油發(fā)電機(jī)檢測(cè)到三路市電信號(hào)后自動(dòng)啟動(dòng)、并機(jī)，手動(dòng)操作閉合柴發(fā)發(fā)電輸入開關(guān)使之供電帶載40分鐘，之后依次恢復(fù)三路市電供電。將柴油發(fā)電機(jī)停機(jī)，將并切換至自動(dòng)模式。

結(jié)論：通過實(shí)載試驗(yàn)，柴油發(fā)電機(jī)組能夠根據(jù)預(yù)先設(shè)置的判定值自動(dòng)啟動(dòng)，并網(wǎng)后可替代市電給各設(shè)備設(shè)施和業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行供電。通過對(duì)柴油的消耗量進(jìn)行監(jiān)控和分析，可精準(zhǔn)判斷油箱內(nèi)柴油支持的應(yīng)急供電時(shí)間。在由柴油發(fā)電機(jī)供電切換回市電供電時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮UPS電池可帶載的時(shí)間及蓄冷罐剩余制冷時(shí)間。