港區新型柴油電站的供電工藝

翟永革

某些電站裝置需要在惡劣環境（高溫、高濕、高鹽霧、強紫外線）中連續不間斷且高負荷工況下工作，因此對電站的可靠性、穩定性、經濟性、使用壽命、安全性、自動化水平及排放等方面都有非常高的要求。目前海南遠海電站主要以高速柴油發電機組及中低速柴油發電機組為主，但存在以下問題：

1）高速機組存在油耗高，使用壽命短，維護保養成本高，環境適應能力差等缺點，一般用作應急供電，不適宜用于長期連續供電場合。

2）中低速機組存在技術落后，油耗高，可靠性低，污染嚴重，噪音高，自動化程度低等缺點，一般用于船舶供電。

為解決目前特定區域電站存在的問題，我公司作為系統集成商，研制開發了適應遠海使用要求的新型柴油電站[1-2]，解決了以下問題：

1）選用先進的中速船用柴油機作為動力，配套先進的水冷船用發電機，從根本上解決了目前遠海電站存在的技術落后，可靠性差的問題[3-4]。

2）采用海水冷卻方式，改變了傳統的淡水冷卻方式，節約寶貴的淡水資源。

3）采用先進的黑煙凈化技術，凈化效率可達90%以上，有效地降低電站排放，保護環境。

4）采用先進的降噪技術，機旁1 m噪音控制在85 dB內，機房外噪音控制在55 dB內，有效避免噪音損傷，同時也改善電站周圍環境。

5）采用最先進的數字控制技術，對電站系統的主機及配套輔機、配電設備、機房設備等進行智能化、數字化、系統化控制，從而有效的保障電站系統安全可靠的運行。

1 項目概況

項目電站設計容量為12 000 kW，選用12套1 000 kW柴油發電機組，共2座中心電站，每站6套機組；每個電站配備柴油供油單元、海水換熱裝置、滑油分離器裝置、空氣進氣濾清器裝置、黑煙凈化裝置、黑啟動設備等輔助機械，為遠海港區提供電力保障。

中心電站平面圖見圖1。

圖1 中心電站平面圖Fig.1 Plan of centralstation

2 主機選型

2.1 發動機選型

選用具有國際先進水平的德國MAN公司的6L21/31中速柴油機，1 000 r/min，1 290 kW，采用國內許可證生產。該發動機有以下優點：

1）發動機采用模塊化及無管道設計，零部件數量較其它同類發動機少40%以上，重量減輕30%以上，因此發動機具有結構緊湊、重量輕等優點，適應遠海電站運輸及安裝等特殊要求。

2）由于零部件數量大大減少，使零部件的可靠性及使用壽命也大大提高，減少了發動機的日常維護保養工作量，檢修周期也延長到10 000~20 000 h，在正常維護保養下發動機的使用壽命可以連續使用30 a以上。

3）由于發動機S/D的提高，在保證燃燒室足夠高度的前提下，發動機的壓縮比也增加到16以上，使燃油消耗率下降，熱效率一般可達到45%~46%，此外由于中速機的活塞頂部的尺寸通常小于氣缸內徑，火焰環可以刮掉活塞頂端的積炭，優化活塞環的工作條件，降低滑油的消耗率。

2.2 發電機選型

本項目選用具有國際先進水平的利萊森瑪LSA53L75/6P發電機，1 000 r/min，1 000 kW/1 250 kVA，采用國內生產。該發電機有以下優點：

1）發電機定子繞組及轉子繞組均經過特殊浸漆工藝處理，發電機絕緣等級提高到H級絕緣，極大地提高了發電機運行的可靠性及使用壽命。

2）采用水冷結構，IP等級達到IP44，從根本上杜絕了三高（高溫、高濕、高鹽霧）空氣對發電機繞組的浸蝕和腐蝕，從而提高了發電機環境的適應能力。

3）發電機效率達96%以上，電站發電效率高。

3 海水冷卻方式

通常高速機組的冷卻方式為風扇水箱冷卻，存在冷卻效率低，故障率高，可靠性低等缺點，而傳統的中低速機組采用開式淡水冷卻，同樣存在淡水消耗大，冷卻裝置占地大等缺點。根據遠海電站使用地點海水資源豐富的這一優勢，利于海水作為電站的冷卻介質，因此海水冷卻方式具有冷卻效率高，結構簡單可靠，占地面積小，經濟環保等優點。

3.1 系統描述

1）柴油機冷卻水冷卻器單元，板式換熱器板片材料為鈦板，淡水出冷卻器溫度為36益，1套/機，6套/電站，共12套，室內安裝。

2）發電機冷卻水冷卻器單元，1套/機，6套/電站，共12套，室內安裝。每套冷卻器單元主要包括以下設備：發電機冷卻水冷卻器，鈦板，淡水出冷卻器溫度為36益。發電機冷卻水循環泵，1套/機，壓力0.2~0.4 MPa。管道閥件和底座等部件，1套/單元。

3.2 系統控制

1）本系統通過對自吸式海水泵的控制，完成整個發電機組以及輔助設備對海水冷卻要求?？刂葡到y主要包括步科觸摸屏、PLC系統、深海輸入模塊DSE2131、深海輸出模塊DSE2157等元器件。自吸式海水取水泵分為A（1a、1b泵）、B（1c、1d泵）兩組，每組2臺。

2）發電機冷卻用海水取水泵的啟動與柴油發電機組運行工況聯動，正常工況下，A、B泵組互通電動閥關閉，任意啟動A組或者B組水泵的1臺泵，同時啟動該臺水泵對應的紫外線消毒器及自清洗過濾器，通過變頻控制調節水泵供水量，滿足1~3臺發電機冷卻用水需求，連續運行1~2周后自動切換輪流啟動備用泵。極端工況下，6臺發電機組并機運行時，分別啟動A組和B組水泵的1臺泵，實現2臺泵同時運行，同時啟動紫外線協同消毒器和自清洗過濾器，當恢復正常工況時，相應地停止運行1臺泵及其對應的消毒器、過濾器。如果其中1組水泵的2臺泵同時故障，則打開A、B泵組互通電動閥，同時啟動另一組2臺泵供水。A組泵海水進水閥與紫外線協同消毒同步啟動，B組泵海水進水閥與紫外線協同消毒同步啟動。冷卻水進水管電動閥與發電機聯動，某臺發電機啟動，該發電機對應的冷卻水進水管電動閥打開，發動機停止，冷卻水進水管電動閥關閉。

4 黑煙凈化

發電機運行過程中產生的煙氣如沒有凈化，直接排放會對周圍環境造成污染。為消除污染需增加黑煙凈化裝置，對發電機組排煙進行治理。在深入了解新型電站使用環境、安裝條件、工作狀態等相關情況后，提出如下凈化工藝，可消除發電機煙塵對環境的污染，且不會影響機組正常運行。

采用DOC（廢氣凈化）+CDPF（黑煙凈化）+三級水霧噴淋這3種凈化方式，確保機組黑煙凈化率達到90%以上。

4.1 DOC裝置

柴油引擎廢氣凈化器DOC，使用的是直通式的金屬載體，表面涂敷貴金屬觸媒鉑金（Pt）和鈀金（Pd）；當有害氣體分子一氧化碳CO和碳氫化合物HC與觸媒接觸的時候，在一定的溫度下，就被轉化成無害的二氧化碳CO2和水蒸氣H2O；同時，觸媒把廢氣中的NO轉化成NO2，NO2具有極強的氧化性，利用發動機廢氣的余熱，在很低的溫度下（210益），把被過濾下來的黑煙顆粒自動地“二次燃燒掉”；由于DOC采用的是金屬載體，其具有良好的導熱性、機械抗振性；另外其箔帶壁厚只有0.05 mm，因此載體具有比較大的表面積，使貴金屬觸媒具有良好的快速反應性和比較低的排氣阻力。

DOC主要目的是降低碳氫化合物HC、一氧化碳CO、氮氧化合物NOX的排放及部分顆粒物PM。盡管PM中的碳煙很難被它氧化，但它能非常有效地氧化PM中的可溶性有機物（SOF）。而且HC、CO還能被再次降低。其氧化原理與汽油機三元催化器氧化HC和CO的原理基本一樣。同時對于目前法規還未限制的有害成分（如多環芳香烴，乙醛等）都能凈化。DOC可以使有毒的HC部分減少50%~90%，CO減少70%~90%，NOX減少20%~35%，PM減少15%左右，多環芳香碳氫化合物排放減少56%，乙醛減少70%。

4.2 CDPF裝置

柴油引擎黑煙觸媒過濾器CDPF，使用的是“壁流”式DPF過濾器；該過濾器的孔道是一端開口，另一端堵塞；過濾器的微孔孔徑為8~13滋m；當柴油引擎的廢氣和黑煙顆粒流經過濾器的時候，廢氣分子可以直接通過，而黑煙顆粒（50 nm以上）都將被過濾下來，過濾效果一般為：95%~99.9%；被過濾下來的黑煙顆粒如果不能及時“二次燃燒掉”，過濾器芯子有可能在很短的時間內就被堵塞，發動機也將不能正常工作；為此在過濾器內涂敷了貴金屬鉑金（Pt）和鈀金（Pd）；該貴金屬是很好的催化劑，它可以讓被過濾下來的黑煙金屬顆粒，利用發動機廢氣的余熱及時自動的“二次燃燒掉”。

4.3 三級噴淋凈化

濕式凈化裝置具備降溫、除塵、除煙功能。其主要工作原理為從柴油發電機排出的廢氣首先經過DOC+CDPF裝置過濾后，再進行噴淋凈化。噴淋凈化裝置由三級噴頭組成，第一、二、三級噴淋位于過濾球阻隔棉和活性炭之間，可有效阻隔過濾黑煙和炭，噴淋所用噴淋水直接采用發動機冷卻用水，通過噴淋后去除煙氣中的煙塵和有害氣體，過濾裝置由三級過濾器組成，頂部用顆粒狀活性炭吸附有害氣體，活性炭經過水洗淋能再生使壽命延長，水噴淋有效降低溫度，使排氣溫度從500益降低到90益以下，有效清洗煙塵和雜物并使有害氣體起反應變為無害氣體，兩層之間由微孔板隔開，因為活性炭過濾器對有害氣體有較好的吸附作用，因此利用過濾裝置攔截，二次吸附可以使有害氣體去除的較理想。噴淋后先排到排煙通道，再排到大氣中達到降溫、洗煙除塵的效果。

5 降噪技術

采用先進的降噪技術，可實現機旁1 m噪音控制在85 dB內，機房外噪音控制在55 dB內。

影響非計劃性拔管的因素有很多，作為一線的臨床護理工作者，必須對留置的導管進行科學合理的管理。運用意識模糊評估法能及時預測患者意識狀態改變的發生，及時采取有效護理措施，能減少和避免因意識狀態改變導致非計劃性拔管的發生，切實保證患者安全，減輕患者痛苦，促進患者康復，使導管留置期間發揮最大的作用。意識模糊評估法也可以嘗試應用到預防患者其他護理安全方面或危重患者的病情觀察等方面，有助于提高臨床護理質量，保障患者的醫療安全。

5.1 噪聲控制技術

根據噪音的傳播途徑可采取吸聲、隔聲、隔振和阻尼等控制技術。噪聲控制不僅可以解決發電機組噪聲污染問題，并且可改良機組室過熱問題，而不影響發電機本身的正常輸出功率和例行維修。

根據發電機組噪聲大的特點，在噪聲源自身的噪聲無法降低的情況下，對噪聲的治理需要對空氣聲及固體聲進行綜合治理。根據需要的降噪量，對該發電機采取隔聲、吸聲、消聲等綜合措施治理。

5.2 發電機組煙道消聲及排煙處理

發電機組排氣噪音在治理前高達100多dB，排氣部位噪音穿透力強、傳播距離遠，為危害最大的主要聲源。因此采用復合型消聲器進行消聲，將噪聲控制在允許的范圍內，通過設置在機房的排煙管井，將煙排出。

機組配置消音器，能有效降低機組噪聲。排煙管及消音器安裝在靜音箱體上，能有效避免高溫灼傷操作人員。

5.3 進、排風的消音、吸音

機組室的進風采用自然進風，進風口為機組室后部及兩側，為消除進風噪聲，將進風通道設置成迷宮式進風通道，并在進風通道表面敷設高效吸音材料，以消除進風噪聲。

機組室的排風噪聲通過設置排風消聲器來消除排風噪聲，排風消聲器安裝在機組的前部，即發動機水箱前面，此消聲器為全鋼架結構，內充高效吸音材料，夾雙層玻璃布，外包鋼板網護面，使用角鋼定位。不僅排風阻力小，且不影響通風散熱，使降噪和保證發電機正常運轉能同步進行。

設置進排風消音箱，機組通過側面進風，前端排風，并在進、排風口安裝高效消音箱，有效地消除噪聲對環境的影響，適合室內、室外使用和安裝。

5.4 隔音式靜音箱

為有效隔斷發電機組工作時產生的噪聲對周圍環境的影響，靜音箱設計成封閉式結構。內置隔聲、吸聲材料，在靜音箱內壁，安裝1層環保高效的隔聲、吸聲材料，外層敷設金屬孔板，能有效地阻隔、吸收發電機組工作時的噪聲。

6 黑啟動設備

6.1 設備構成

本系統主要用于當全網停電時，黑啟動機組啟動，對發電機淡水冷卻板換系統、機組預潤滑系統、滑油分離機系統、風機系統、盤車馬達系統、空壓機系統、柴油供應單元系統、箱內照明系統及海水泵系統、遠程監控系統的控制及供電，保證主供電機組順利啟動，恢復全網供電。系統主要包括監控顯示步科觸摸屏、PLC系統、深海輸入模塊DSE2131、深海輸出模塊DSE2157等元器件。

6.2 系統控制

1）空壓機系統：機組啟動前，對空壓機系統控制及供電，就地/遠程開啟空壓機，向壓力罐內供氣，達到機組啟機的壓力?？刂葡到y對空壓機運行故障監控，保證壓力罐滿足機組啟動需求。

2）預供油系統：機組準備啟動時，會開啟預供油系統，對發動機進行預潤滑，系統對預供油系統進行控制及供電。

3）盤車馬達系統：機組長時間不運行，需要對機組進行盤車，排除發動機內部存在的故障問題，控制系統對盤車系統進行監控及供電。

4）滑油分離系統：滑油分離機包括分離系統、加熱器系統、排渣系統。機組運行啟動時，現場開啟滑油分離機，分離系統分離滑油中水及其他異物，保證滑油質量以免對發動機造成損害，排渣泵排出滑油分離出來的異物?？刂葡到y監控分離機、排渣泵的運行和故障。

5）柴油供給系統：柴油供給系統包括供油泵、板冷系統、排渣系統。機組啟動前預先啟動柴油供給單元，供應整個油路?？刂葡到y監控供油系統2臺供油泵、排渣泵的運行和故障。并通過邏輯關系，根據機組運行的多少來控制啟動泵的數量。

6）風機系統：風機系統包括外罩排風風機、煙道抽風風機。每臺機組對應2套風機，機組運行啟動后，發出開關量指令，啟動風機?？刂葡到y監控風機運行、故障，并發出風機啟動命令。當機組停止運行時，風機停止運行，實現聯動。

7）淡水冷卻系統：包括水泵和板換冷卻器，水泵帶動冷卻水循環用以冷卻發電機?？刂葡到y監控系統運行、故障信號，并發出控制啟動信號。

7 電站管理系統

每個中心電站有6套柴油發電機組，且采用獨立機房，為便于對整個柴油電站系統的控制及管理，根據以往類似項目經驗，采用獨立控制柜，對6套機組實行集中控制。電站輔機控制系統圖見圖2。

集中控制管理柜能對空壓機、滑油分離機、柴油供給單元等輔助設備進行監控，同時對黑啟動機組進行監控，8810控制器通過CAN BUS通訊至主控中心，可有效傳輸發電機組各種狀態參數。琴臺式控制柜由3個單獨柜體組成，其中左邊柜體安裝6臺DSE8810控制器，中間柜體安裝DSE8004集中控制觸摸屏，可實時檢測所有發電機組狀態。

圖2 電站輔機控制系統圖Fig.2 The station auxiliary controlsystem

7.1 DSE8810自動并機控制器

DSE8810自啟動負載分配并機模塊，可用于控制電噴或非電噴以及燃氣發動機，提供先進的發動機監控和保護功能?？蓪崿F智能負載分配控制，具有功能先進、簡單易用等特點，模塊智能分配負載功能，依靠模塊內部的同步指示器和負載分配器自動實現并聯。模塊靈活輸出，可直接相連常用的調速器和調壓器模塊，最多支持32臺發電機組和32路市電并聯，一個系統最多支持40路電源供應。

1）基本功能

具有手動/自動功能，具有控制器、負載分配器和同步器的功能（3個功能于一體），做到智能化、人性化并機，系統操作簡單，類似于“傻瓜相機”，支持電噴、非電噴、燃氣發動機，可顯示發動機參數、發電機參數、機組功率和母排參數，不用配任何儀表，支持多國語言，并且顯示內容可編輯（包括中文），具有削峰調節的功能，具有發動機和發電機監控和保護功能，可顯示發動機轉速、發動機油壓、發動機水溫、蓄電池電壓、發電機電壓、發電機電流、發動機頻率等，RS232、RS485、程序設置端口、網絡端口和U盤端口可同時使用，通過DSE8004監控軟件，可實現網絡集中監控，最多支持32臺機組并機。

可實現報警分級，做到預報警、電氣跳閘和停機，可手動控制燃油泵，手動控制發動機轉速，可進行保養運行，有預設保養周期功能，例如發動機運行250 h，需換三濾等，可自行升級軟件版本，例如從3.0版本升級到5.0版本，有250條事件記錄，帶有日期和時間程序，可通過面板和設置軟件進行設定。

2）負載分配特性

可實現不間斷切換、峰值下移/削峰調節、順序啟動多臺機組，可根據負載的需求自動啟動/停止機組、自動平衡運行時間、無電母排檢測、直連調速器和調壓板進行調節，可實現有功和無功功率共享、自動識別模塊的ID號等功能。

3）電站保護功能

可實現過載、短路和逆功率保護，機組控制柜有過載、短路和逆功率保護措施，通過輸出開關來實現，保護裝置能迅速可靠動作，可保證機組無損。發電機具有差動保護，發電機具有繞組、軸承溫度檢測及報警保護裝置。

7.2 DSE8004遠程顯示

DSE8004是15寸觸摸彩屏顯示模塊，可以連接DSE8810系列模塊用于遠程監控，最多可同時監控20臺機組。

DSE8004彩屏顯示模塊具有如下功能：最多可以連接20臺DSE8xxx模塊；可以觸屏控制，類似智能手機屏幕；內置RS232、RS485、Ethnet端口；帶聲音報警功能。

8 結語

以上系統集成后的新型電站滿足了海南遠海高溫、高濕、高鹽霧、強紫外線環境下長期運行的要求，經過實踐證明，工作可靠，性能穩定，可以為類似項目提供借鑒，主要達到了以下效果：

1）電站可靠性提高，由于采用了最先進的發動機及發電機，電站的可靠性顯著提高。

2）電站經濟性提高，經過實測，燃油油耗僅為195 g/（kW·h），機油消耗也僅為0.5 g/（kW·h）。

3）使用壽命延長，電站大修周期可達60 000 h。維護保養成本降低，維護保養方便。

4）采用DOC（廢氣凈化）+CDPF（黑煙凈化）+三級水霧噴淋這3種凈化方式，并進行了優化，確保機組黑煙凈化率達到90%以下。

5）采用自主研發可拆卸式靜音箱等降噪技術，噪音控制在距離機組1 m外55 dB以內。一般電站機房噪音超過100 dB，新型遠海電站機房噪音低于55 dB。

6）自動化水平提高，對電站系統的主機及配套輔機、配電設備、機房設備等進行智能化、數字化、系統化控制，從而有效地保障了電站系統的運行。

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[1]GB 80—90，柴油發電機標準[S].GB 80—90,Standards for dieselgenerator[S].

[2]GB 50303—2015，建筑電氣工程施工質量驗收規范[S].GB 50303—2015,Code for acceptance of construction quality of buildingelectricalengineering[S].

[3] 劉超，鄧敏，李陽.高壓柴油發電機組在港珠澳大橋施工中的應用及風險分析[J].中國港灣建設，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] 孫天一，吳彬，鄧常春. 施工現場機械故障應急處理技術[J]. 中國港灣建設，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.