港区新型柴油电站的供电工艺

翟永革

某些电站装置需要在恶劣环境（高温、高湿、高盐雾、强紫外线）中连续不间断且高负荷工况下工作，因此对电站的可靠性、稳定性、经济性、使用寿命、安全性、自动化水平及排放等方面都有非常高的要求。目前海南远海电站主要以高速柴油发电机组及中低速柴油发电机组为主，但存在以下问题：

1）高速机组存在油耗高，使用寿命短，维护保养成本高，环境适应能力差等缺点，一般用作应急供电，不适宜用于长期连续供电场合。

2）中低速机组存在技术落后，油耗高，可靠性低，污染严重，噪音高，自动化程度低等缺点，一般用于船舶供电。

为解决目前特定区域电站存在的问题，我公司作为系统集成商，研制开发了适应远海使用要求的新型柴油电站[1-2]，解决了以下问题：

1）选用先进的中速船用柴油机作为动力，配套先进的水冷船用发电机，从根本上解决了目前远海电站存在的技术落后，可靠性差的问题[3-4]。

2）采用海水冷却方式，改变了传统的淡水冷却方式，节约宝贵的淡水资源。

3）采用先进的黑烟净化技术，净化效率可达90%以上，有效地降低电站排放，保护环境。

4）采用先进的降噪技术，机旁1 m噪音控制在85 dB内，机房外噪音控制在55 dB内，有效避免噪音损伤，同时也改善电站周围环境。

5）采用最先进的数字控制技术，对电站系统的主机及配套辅机、配电设备、机房设备等进行智能化、数字化、系统化控制，从而有效的保障电站系统安全可靠的运行。

1 项目概况

项目电站设计容量为12 000 kW，选用12套1 000 kW柴油发电机组，共2座中心电站，每站6套机组；每个电站配备柴油供油单元、海水换热装置、滑油分离器装置、空气进气滤清器装置、黑烟净化装置、黑启动设备等辅助机械，为远海港区提供电力保障。

中心电站平面图见图1。

图1 中心电站平面图Fig.1 Plan of centralstation

2 主机选型

2.1 发动机选型

选用具有国际先进水平的德国MAN公司的6L21/31中速柴油机，1 000 r/min，1 290 kW，采用国内许可证生产。该发动机有以下优点：

1）发动机采用模块化及无管道设计，零部件数量较其它同类发动机少40%以上，重量减轻30%以上，因此发动机具有结构紧凑、重量轻等优点，适应远海电站运输及安装等特殊要求。

2）由于零部件数量大大减少，使零部件的可靠性及使用寿命也大大提高，减少了发动机的日常维护保养工作量，检修周期也延长到10 000~20 000 h，在正常维护保养下发动机的使用寿命可以连续使用30 a以上。

3）由于发动机S/D的提高，在保证燃烧室足够高度的前提下，发动机的压缩比也增加到16以上，使燃油消耗率下降，热效率一般可达到45%~46%，此外由于中速机的活塞顶部的尺寸通常小于气缸内径，火焰环可以刮掉活塞顶端的积炭，优化活塞环的工作条件，降低滑油的消耗率。

2.2 发电机选型

本项目选用具有国际先进水平的利莱森玛LSA53L75/6P发电机，1 000 r/min，1 000 kW/1 250 kVA，采用国内生产。该发电机有以下优点：

1）发电机定子绕组及转子绕组均经过特殊浸漆工艺处理，发电机绝缘等级提高到H级绝缘，极大地提高了发电机运行的可靠性及使用寿命。

2）采用水冷结构，IP等级达到IP44，从根本上杜绝了三高（高温、高湿、高盐雾）空气对发电机绕组的浸蚀和腐蚀，从而提高了发电机环境的适应能力。

3）发电机效率达96%以上，电站发电效率高。

3 海水冷却方式

通常高速机组的冷却方式为风扇水箱冷却，存在冷却效率低，故障率高，可靠性低等缺点，而传统的中低速机组采用开式淡水冷却，同样存在淡水消耗大，冷却装置占地大等缺点。根据远海电站使用地点海水资源丰富的这一优势，利于海水作为电站的冷却介质，因此海水冷却方式具有冷却效率高，结构简单可靠，占地面积小，经济环保等优点。

3.1 系统描述

1）柴油机冷却水冷却器单元，板式换热器板片材料为钛板，淡水出冷却器温度为36益，1套/机，6套/电站，共12套，室内安装。

2）发电机冷却水冷却器单元，1套/机，6套/电站，共12套，室内安装。每套冷却器单元主要包括以下设备：发电机冷却水冷却器，钛板，淡水出冷却器温度为36益。发电机冷却水循环泵，1套/机，压力0.2~0.4 MPa。管道阀件和底座等部件，1套/单元。

3.2 系统控制

1）本系统通过对自吸式海水泵的控制，完成整个发电机组以及辅助设备对海水冷却要求。控制系统主要包括步科触摸屏、PLC系统、深海输入模块DSE2131、深海输出模块DSE2157等元器件。自吸式海水取水泵分为A（1a、1b泵）、B（1c、1d泵）两组，每组2台。

2）发电机冷却用海水取水泵的启动与柴油发电机组运行工况联动，正常工况下，A、B泵组互通电动阀关闭，任意启动A组或者B组水泵的1台泵，同时启动该台水泵对应的紫外线消毒器及自清洗过滤器，通过变频控制调节水泵供水量，满足1~3台发电机冷却用水需求，连续运行1~2周后自动切换轮流启动备用泵。极端工况下，6台发电机组并机运行时，分别启动A组和B组水泵的1台泵，实现2台泵同时运行，同时启动紫外线协同消毒器和自清洗过滤器，当恢复正常工况时，相应地停止运行1台泵及其对应的消毒器、过滤器。如果其中1组水泵的2台泵同时故障，则打开A、B泵组互通电动阀，同时启动另一组2台泵供水。A组泵海水进水阀与紫外线协同消毒同步启动，B组泵海水进水阀与紫外线协同消毒同步启动。冷却水进水管电动阀与发电机联动，某台发电机启动，该发电机对应的冷却水进水管电动阀打开，发动机停止，冷却水进水管电动阀关闭。

4 黑烟净化

发电机运行过程中产生的烟气如没有净化，直接排放会对周围环境造成污染。为消除污染需增加黑烟净化装置，对发电机组排烟进行治理。在深入了解新型电站使用环境、安装条件、工作状态等相关情况后，提出如下净化工艺，可消除发电机烟尘对环境的污染，且不会影响机组正常运行。

采用DOC（废气净化）+CDPF（黑烟净化）+三级水雾喷淋这3种净化方式，确保机组黑烟净化率达到90%以上。

4.1 DOC装置

柴油引擎废气净化器DOC，使用的是直通式的金属载体，表面涂敷贵金属触媒铂金（Pt）和钯金（Pd）；当有害气体分子一氧化碳CO和碳氢化合物HC与触媒接触的时候，在一定的温度下，就被转化成无害的二氧化碳CO2和水蒸气H2O；同时，触媒把废气中的NO转化成NO2，NO2具有极强的氧化性，利用发动机废气的余热，在很低的温度下（210益），把被过滤下来的黑烟颗粒自动地“二次燃烧掉”；由于DOC采用的是金属载体，其具有良好的导热性、机械抗振性；另外其箔带壁厚只有0.05 mm，因此载体具有比较大的表面积，使贵金属触媒具有良好的快速反应性和比较低的排气阻力。

DOC主要目的是降低碳氢化合物HC、一氧化碳CO、氮氧化合物NOX的排放及部分颗粒物PM。尽管PM中的碳烟很难被它氧化，但它能非常有效地氧化PM中的可溶性有机物（SOF）。而且HC、CO还能被再次降低。其氧化原理与汽油机三元催化器氧化HC和CO的原理基本一样。同时对于目前法规还未限制的有害成分（如多环芳香烃，乙醛等）都能净化。DOC可以使有毒的HC部分减少50%~90%，CO减少70%~90%，NOX减少20%~35%，PM减少15%左右，多环芳香碳氢化合物排放减少56%，乙醛减少70%。

4.2 CDPF装置

柴油引擎黑烟触媒过滤器CDPF，使用的是“壁流”式DPF过滤器；该过滤器的孔道是一端开口，另一端堵塞；过滤器的微孔孔径为8~13滋m；当柴油引擎的废气和黑烟颗粒流经过滤器的时候，废气分子可以直接通过，而黑烟颗粒（50 nm以上）都将被过滤下来，过滤效果一般为：95%~99.9%；被过滤下来的黑烟颗粒如果不能及时“二次燃烧掉”，过滤器芯子有可能在很短的时间内就被堵塞，发动机也将不能正常工作；为此在过滤器内涂敷了贵金属铂金（Pt）和钯金（Pd）；该贵金属是很好的催化剂，它可以让被过滤下来的黑烟金属颗粒，利用发动机废气的余热及时自动的“二次燃烧掉”。

4.3 三级喷淋净化

湿式净化装置具备降温、除尘、除烟功能。其主要工作原理为从柴油发电机排出的废气首先经过DOC+CDPF装置过滤后，再进行喷淋净化。喷淋净化装置由三级喷头组成，第一、二、三级喷淋位于过滤球阻隔棉和活性炭之间，可有效阻隔过滤黑烟和炭，喷淋所用喷淋水直接采用发动机冷却用水，通过喷淋后去除烟气中的烟尘和有害气体，过滤装置由三级过滤器组成，顶部用颗粒状活性炭吸附有害气体，活性炭经过水洗淋能再生使寿命延长，水喷淋有效降低温度，使排气温度从500益降低到90益以下，有效清洗烟尘和杂物并使有害气体起反应变为无害气体，两层之间由微孔板隔开，因为活性炭过滤器对有害气体有较好的吸附作用，因此利用过滤装置拦截，二次吸附可以使有害气体去除的较理想。喷淋后先排到排烟通道，再排到大气中达到降温、洗烟除尘的效果。

5 降噪技术

采用先进的降噪技术，可实现机旁1 m噪音控制在85 dB内，机房外噪音控制在55 dB内。

影响非计划性拔管的因素有很多，作为一线的临床护理工作者，必须对留置的导管进行科学合理的管理。运用意识模糊评估法能及时预测患者意识状态改变的发生，及时采取有效护理措施，能减少和避免因意识状态改变导致非计划性拔管的发生，切实保证患者安全，减轻患者痛苦，促进患者康复，使导管留置期间发挥最大的作用。意识模糊评估法也可以尝试应用到预防患者其他护理安全方面或危重患者的病情观察等方面，有助于提高临床护理质量，保障患者的医疗安全。

5.1 噪声控制技术

根据噪音的传播途径可采取吸声、隔声、隔振和阻尼等控制技术。噪声控制不仅可以解决发电机组噪声污染问题，并且可改良机组室过热问题，而不影响发电机本身的正常输出功率和例行维修。

根据发电机组噪声大的特点，在噪声源自身的噪声无法降低的情况下，对噪声的治理需要对空气声及固体声进行综合治理。根据需要的降噪量，对该发电机采取隔声、吸声、消声等综合措施治理。

5.2 发电机组烟道消声及排烟处理

发电机组排气噪音在治理前高达100多dB，排气部位噪音穿透力强、传播距离远，为危害最大的主要声源。因此采用复合型消声器进行消声，将噪声控制在允许的范围内，通过设置在机房的排烟管井，将烟排出。

机组配置消音器，能有效降低机组噪声。排烟管及消音器安装在静音箱体上，能有效避免高温灼伤操作人员。

5.3 进、排风的消音、吸音

机组室的进风采用自然进风，进风口为机组室后部及两侧，为消除进风噪声，将进风通道设置成迷宫式进风通道，并在进风通道表面敷设高效吸音材料，以消除进风噪声。

机组室的排风噪声通过设置排风消声器来消除排风噪声，排风消声器安装在机组的前部，即发动机水箱前面，此消声器为全钢架结构，内充高效吸音材料，夹双层玻璃布，外包钢板网护面，使用角钢定位。不仅排风阻力小，且不影响通风散热，使降噪和保证发电机正常运转能同步进行。

设置进排风消音箱，机组通过侧面进风，前端排风，并在进、排风口安装高效消音箱，有效地消除噪声对环境的影响，适合室内、室外使用和安装。

5.4 隔音式静音箱

为有效隔断发电机组工作时产生的噪声对周围环境的影响，静音箱设计成封闭式结构。内置隔声、吸声材料，在静音箱内壁，安装1层环保高效的隔声、吸声材料，外层敷设金属孔板，能有效地阻隔、吸收发电机组工作时的噪声。

6 黑启动设备

6.1 设备构成

本系统主要用于当全网停电时，黑启动机组启动，对发电机淡水冷却板换系统、机组预润滑系统、滑油分离机系统、风机系统、盘车马达系统、空压机系统、柴油供应单元系统、箱内照明系统及海水泵系统、远程监控系统的控制及供电，保证主供电机组顺利启动，恢复全网供电。系统主要包括监控显示步科触摸屏、PLC系统、深海输入模块DSE2131、深海输出模块DSE2157等元器件。

6.2 系统控制

1）空压机系统：机组启动前，对空压机系统控制及供电，就地/远程开启空压机，向压力罐内供气，达到机组启机的压力。控制系统对空压机运行故障监控，保证压力罐满足机组启动需求。

2）预供油系统：机组准备启动时，会开启预供油系统，对发动机进行预润滑，系统对预供油系统进行控制及供电。

3）盘车马达系统：机组长时间不运行，需要对机组进行盘车，排除发动机内部存在的故障问题，控制系统对盘车系统进行监控及供电。

4）滑油分离系统：滑油分离机包括分离系统、加热器系统、排渣系统。机组运行启动时，现场开启滑油分离机，分离系统分离滑油中水及其他异物，保证滑油质量以免对发动机造成损害，排渣泵排出滑油分离出来的异物。控制系统监控分离机、排渣泵的运行和故障。

5）柴油供给系统：柴油供给系统包括供油泵、板冷系统、排渣系统。机组启动前预先启动柴油供给单元，供应整个油路。控制系统监控供油系统2台供油泵、排渣泵的运行和故障。并通过逻辑关系，根据机组运行的多少来控制启动泵的数量。

6）风机系统：风机系统包括外罩排风风机、烟道抽风风机。每台机组对应2套风机，机组运行启动后，发出开关量指令，启动风机。控制系统监控风机运行、故障，并发出风机启动命令。当机组停止运行时，风机停止运行，实现联动。

7）淡水冷却系统：包括水泵和板换冷却器，水泵带动冷却水循环用以冷却发电机。控制系统监控系统运行、故障信号，并发出控制启动信号。

7 电站管理系统

每个中心电站有6套柴油发电机组，且采用独立机房，为便于对整个柴油电站系统的控制及管理，根据以往类似项目经验，采用独立控制柜，对6套机组实行集中控制。电站辅机控制系统图见图2。

集中控制管理柜能对空压机、滑油分离机、柴油供给单元等辅助设备进行监控，同时对黑启动机组进行监控，8810控制器通过CAN BUS通讯至主控中心，可有效传输发电机组各种状态参数。琴台式控制柜由3个单独柜体组成，其中左边柜体安装6台DSE8810控制器，中间柜体安装DSE8004集中控制触摸屏，可实时检测所有发电机组状态。

图2 电站辅机控制系统图Fig.2 The station auxiliary controlsystem

7.1 DSE8810自动并机控制器

DSE8810自启动负载分配并机模块，可用于控制电喷或非电喷以及燃气发动机，提供先进的发动机监控和保护功能。可实现智能负载分配控制，具有功能先进、简单易用等特点，模块智能分配负载功能，依靠模块内部的同步指示器和负载分配器自动实现并联。模块灵活输出，可直接相连常用的调速器和调压器模块，最多支持32台发电机组和32路市电并联，一个系统最多支持40路电源供应。

1）基本功能

具有手动/自动功能，具有控制器、负载分配器和同步器的功能（3个功能于一体），做到智能化、人性化并机，系统操作简单，类似于“傻瓜相机”，支持电喷、非电喷、燃气发动机，可显示发动机参数、发电机参数、机组功率和母排参数，不用配任何仪表，支持多国语言，并且显示内容可编辑（包括中文），具有削峰调节的功能，具有发动机和发电机监控和保护功能，可显示发动机转速、发动机油压、发动机水温、蓄电池电压、发电机电压、发电机电流、发动机频率等，RS232、RS485、程序设置端口、网络端口和U盘端口可同时使用，通过DSE8004监控软件，可实现网络集中监控，最多支持32台机组并机。

可实现报警分级，做到预报警、电气跳闸和停机，可手动控制燃油泵，手动控制发动机转速，可进行保养运行，有预设保养周期功能，例如发动机运行250 h，需换三滤等，可自行升级软件版本，例如从3.0版本升级到5.0版本，有250条事件记录，带有日期和时间程序，可通过面板和设置软件进行设定。

2）负载分配特性

可实现不间断切换、峰值下移/削峰调节、顺序启动多台机组，可根据负载的需求自动启动/停止机组、自动平衡运行时间、无电母排检测、直连调速器和调压板进行调节，可实现有功和无功功率共享、自动识别模块的ID号等功能。

3）电站保护功能

可实现过载、短路和逆功率保护，机组控制柜有过载、短路和逆功率保护措施，通过输出开关来实现，保护装置能迅速可靠动作，可保证机组无损。发电机具有差动保护，发电机具有绕组、轴承温度检测及报警保护装置。

7.2 DSE8004远程显示

DSE8004是15寸触摸彩屏显示模块，可以连接DSE8810系列模块用于远程监控，最多可同时监控20台机组。

DSE8004彩屏显示模块具有如下功能：最多可以连接20台DSE8xxx模块；可以触屏控制，类似智能手机屏幕；内置RS232、RS485、Ethnet端口；带声音报警功能。

8 结语

以上系统集成后的新型电站满足了海南远海高温、高湿、高盐雾、强紫外线环境下长期运行的要求，经过实践证明，工作可靠，性能稳定，可以为类似项目提供借鉴，主要达到了以下效果：

1）电站可靠性提高，由于采用了最先进的发动机及发电机，电站的可靠性显著提高。

2）电站经济性提高，经过实测，燃油油耗仅为195 g/（kW·h），机油消耗也仅为0.5 g/（kW·h）。

3）使用寿命延长，电站大修周期可达60 000 h。维护保养成本降低，维护保养方便。

4）采用DOC（废气净化）+CDPF（黑烟净化）+三级水雾喷淋这3种净化方式，并进行了优化，确保机组黑烟净化率达到90%以下。

5）采用自主研发可拆卸式静音箱等降噪技术，噪音控制在距离机组1 m外55 dB以内。一般电站机房噪音超过100 dB，新型远海电站机房噪音低于55 dB。

6）自动化水平提高，对电站系统的主机及配套辅机、配电设备、机房设备等进行智能化、数字化、系统化控制，从而有效地保障了电站系统的运行。

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[1]GB 80—90，柴油发电机标准[S].GB 80—90,Standards for dieselgenerator[S].

[2]GB 50303—2015，建筑电气工程施工质量验收规范[S].GB 50303—2015,Code for acceptance of construction quality of buildingelectricalengineering[S].

[3] 刘超，邓敏，李阳.高压柴油发电机组在港珠澳大桥施工中的应用及风险分析[J].中国港湾建设，2016，36（7）：118-121.LIU Chao,DENG Min,LIYang.Application and risk analysis of high-pressure dieselgenerator sets in construction of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[J].China Harbour Engineering,2016,36(7):118-121.

[4] 孙天一，吴彬，邓常春. 施工现场机械故障应急处理技术[J]. 中国港湾建设，2015，35（11）：120-122.SUN Tian-yi, WU Bin, DENG Chang-chun. Emergency treatment technology of mechanical fault in construction site[J]. China Har-bour Engineering, 2015, 35(11): 120-122.