1、新建燃气电站站内设施使用手册新建燃气电站站内设施使用手册油田电力队技术室二零零二年七月1、概述1.1 建设目的 随着塔河油田原油产量的增加，开发区域的拓展，塔河油田用电需求增长很快；根据塔河油田用电负荷预测，为保证油田电力供应，决定新建燃气电站二期工程。燃气电站二期工程建成投产后将成为塔河油田的主力电站，为塔河油田开发建设提供充足的电力能源供应。1.2 设计规模 燃气电站二期工程第一阶段新建大力神-130型燃气轮机发电机组2台，单机容量为13MW/台；10/35kV升压变电所一座，主变2台，容量为25000kVA/台；35kV出线为平行线路4条；10kV出线柜6面；与已建电站联络线2条；10/
2、0.4kV所用变压器2台，容量为400kVA/台。配套建设电站的道路、土建、配电、自控仪表、风净化、采暖、通风、给排水、消防、燃料气供气、通讯等。1.3 站址选择 塔河油田燃气电站二期工程站址位于已建塔河油田燃气电站东侧，围墙相连；塔河联合站对面，以路相隔；新建电站占地26775m2, 新建燃气电站二期工程各公用及辅助系统依托已建燃气电站和塔河联合站原系统。1.4 塔河油田电力系统现状塔河油田现有供电系统为独立电网，供电电源有4台500kW的塔河油田自备柴油发电站、本工程一期工程建设的2台2220kW天然气引擎发电站（机组为美国瓦克夏公司12V-AT27GL）、在2号联合站附近新建5台500k
3、W柴油发电机临时电站。4x500kW柴油发电机组和5x500kW临时电站已经通过升压变压器与10kV系统相连。2、燃气电站技术方案2.1 燃气轮机发电机组 根据塔河油田电力系统现状和塔河油田用电负荷预测，塔河油田燃气电站二期工程共引进美国索拉公司生产的大力神-130型燃气轮机发电机组4台，分阶段实施，本次投产的是第一阶段引进的2台发电机组。2.2 电气系统方案2.2.1 电站总平面布置总平面布置图见附图二； 该方案Solar发电机机组布置在主厂房东侧，35kV户外开关场布置在主厂房南侧，主厂房北侧为场前区和停车场；35kV出线从本站南侧引出；10kV出线预留区域设在本站东侧；机组余热利用预留区
4、（包括余热锅炉、汽轮机厂房、及循环冷却水厂等）在本站东南侧，在发电站北侧中间位置设大门，电站进站路直接与油田主干公路相连，为满足生产、检修、消防要求，站内设有环形道路，发电站四周设有实体围墙，场前区和户外装置区之间设钢板网围栏。2.2.2 电气主接线形式：10kV侧采用单母线分段接线，两台发电机组分别连接于两段母线上，发电机组自带发电机出口开关柜，发电机出口开关柜通过封闭母线与新建电站10kV母线相连。电站每段10kV母线各设一个回路与燃气引擎发电站10kV母线相连，10kV电力系统采用中性点不直接接地方式，新建机组10kV发电机中性点通过30电阻器接地。正常运行状态下电阻器前隔离开关始终处于
5、合闸状态。10kV高压开关室此次共设10kV配出线高压开关柜6面，同时在发电机出口高压开关柜两侧各预留34个出线间隔。未来在发电机母线上，不宜配出操作频繁、故障较多的电力负荷，以避免当配出回路的保护装置拒动或操作机构拒动时，造成发电机出口断路器的越级动作。为保证电站的可靠运行，应尽量选择操作不频繁、配出容量大的负荷。10kV配电系统中单相接地时的接地电容电流补偿依靠已建10kV系统中的自动补偿消弧线圈；10kV高压开关柜选用中置式金属铠装移开式高压开关柜；考虑新建电站最终规模，主变压器选用2台25000kVA容量变压器。35kV侧采用单母线分段接线形式；根据塔河油田规划方案，35kV出线为平行
6、线路4条，预留35kV出线2回。为避免出线线路交叉，在布置上采用单母线双列布置。35kV侧也采用中性点不直接接地方式，在35kV中性点设自动跟踪补偿式消弧线圈以限制单相接地短路电流。35kV开关采用六氟化硫开关。2.2.3 设计运行方式 本期工程新建2台燃气轮机发电机组与燃气引擎发电机组并联运行，构成独立电网。二者之间通过高压电缆线路连接起来，可进行同期并网，并进行自动负荷分配。负荷分配的实现是由SOLAR公司新建的自动负荷分配系统通过将瓦克夏机组控制系统中的调速器、电压调节器和功率模块与新建机组控制系统的负荷分配模块连接起来而实现的。新建机组的启动电源由已建燃气引擎发电机组提供。正常运行方式
7、：首先将瓦克夏机组和已建电源系统发出的电力，通过已建电站和本期工程之间的联络电缆为新建电站的10kV母线供电，10kV母线上的站用变压器工作，为新建燃气轮机组MCC提供电力，进而启动燃气轮机组；当燃气轮机组机组输出电压、频率、相位和其10kV母线上已建系统的参数一致时，自动并车装置将燃气轮机组和瓦克夏机组并机。当燃气轮机组和瓦克夏机组并网组成一个独立电网后，其余没有投入运行的瓦克夏机组或燃气轮机组随时都可以按照运行人员的要求，利用本机组的自动并车装置，并网投入运行。燃气电站二期工程建成后，10kV母联和35kV母联均闭合，并列运行。2.2.4 同期系统燃气电站一期已建成的瓦克夏机组同期点已放在
8、发电机自带的出口开关柜内的真空断路器处，由瓦克夏机组配置的同期装置并车或并网。同时其双母线联络断路器及和柴油发电机组母线联络断路器处也都设为同期点，在运行中可根据运行方式的改变利用其各自的同期装置使母线进行并网。燃气电站新建的索拉机组同期点设在发电机自带的出口开关柜内的真空断路器处，由其配置的同期装置进行并车或并网。其母线分段断路器及与已建电站联络线上的断路器处也设有同期点，可进行并车或并网。2.2.5站控系统在新建电站控制室内设站控系统一套，实现对已建电站和新建电站电气系统和发电机组运行参数和运行状态的监视。并同时实现对新建电站燃料气处理区的监控和调节；予留与未来上一级调度实现通讯的接口。2
9、.2.6 直流电源新建发电机组控制、操作、动力用直流电池系统均由Solar机组统一配置，安装于户内DC电池室内，其中包括：用于机组直流润滑油泵和控制系统的120V直流电池系统（每机组一套），用于负荷分配系统的24V直流电池系统（每现场一套），用于发电机出口开关柜操作、控制的125V直流电池系统（每现场一套，并可为本工程续建的另外两台发电机出口开关柜提供电源）。新建电站35kV断路器和国内配套的10kV断路器所需的操作控制电源采用铅酸免维护直流电池系统，电池容量为2x50Ah，安装于主控室内。2.2.7 继电保护和综合自动化装置本站新建发电机组和发电机出口开关柜的控制保护由Solar机组统一配置
10、的控制系统实现；新建35kV升压变电站和10kV配电装置采用微机综合自动化控制保护系统，该系统集控制、保护、测量、计量及故障录波、谐波分析等功能与一体，同时具备低周减载、重合闸、动态接线图、数据报表打印等功能。该系统10kV部分为分散式布置，35kV部分为集中式布置，在控制室内设计算机作为上位机实现对各控制保护模块的综合管理，各控制保护模块实现上述控制保护功能。各模块既可在有上位机管理时将各电气参数传至上位机并接受上位机传来的遥控指令，也可在与上位机通信中断时独立工作。该系统可通过通信线路与调度中心或其他控制系统相连。根据本站实际情况，10kV各回路控制保护模块分别安装于所在开关柜上，35kV
11、各回路和10/35kV主变控制保护模块集中安装于主控制室。2.2.8 站用电系统：在新建电站10kV高压开关室内设站用干式变压器2台，变压器型号为SCB8-400/10 10.55%/0.4kV，Y/Yn0。在低压配电室设GCS型抽屉式低压配电屏7面，为发电机组MCC和其他低压用电负荷配电；发电机组辅助用电负荷通过机组自带MCC配电。厂房内外电缆敷设均采用电缆沟敷设方式。2.2.9 防雷、防静电接地保护：35kV开关场及发电机组区设30m高避雷针做防雷击保护，35kV孤立档线路通过避雷线保护。户外电气设备外壳、底座、支架及构架，站内可燃气体管线及容器做接地保护，站内可燃气体管线管线接头、法兰、
12、阀门等做跨接线以预防静电危害。主控室内PE、IE接地系统必须做到有效隔离。2.3 供气系统方案：立式分离器+精细过滤器工艺 自输气首站出来的燃料气，Q=1040104 m3/d，P=3.50MPaG，T=3050，经过约1000m长的DN150供气管道进入本燃气电站后，P=3.45MPaG3.48MPaG，T=2540，首先经过自力式调压阀调压至3.25MPaG，进入立式气液分离器分掉游离液体以及大于80微米以上的游离液滴和固体颗粒后，再进入精细过滤器，进一步将大于10微米以上的游离液滴和固体颗粒分离，最后经过电加热器加热至4060后（将天然气的温度控制在温升为 1015之间），分别进入两台燃
13、气轮机发电机组配套供货的过滤计量装置。2.4 风净化及压缩空气系统根据引进燃气轮机发电机组和国内配套冷却用空气过滤器的需要，本站设风净化装置1套，包括两台螺杆式空气压缩机（LU610-IIAI，P=0.8Mpa,a=1.85m3/min）和一台微加热再生式空气干燥器(PE-3/8-B，P=0.77MPA，压力露点-40)及附属设备，另设露点分析仪一台用于在线露点监视（就地显示），压力变送器一台用于净化风压力监视（信号远传至控制室集中监视），净化空气储罐（V=6m3）一个作为储备气源。本套风净化装置净化风除少量用于仪表风外，主要用于自清式过滤器的反吹。2.5 通风及空调2.5.1 高压开关室装设
14、事故通风强制排风风扇；2.5.2 主控室、办公室等经常有人值班的房间装设分体式空调；2.5.3电池室做强制通风；2.6采暖：采用高温辐射式电暖器采暖；同时包括对已建电站的改造；2.7 通讯：2.7.1 站内主控室安装行政电话3台，分别安装于主控室、办公室和所长室；2.7.2 主控室另设卫星接入电话一台；2.8 给排水及消防：2.8.1 消防水源引自已建电站消防水管网，供水管线管径为DN150；2.8.2 室外设SX100型室外地下式消火栓4套；2.8.3 站内生活用水引自已建生活水系统，排水经化粪池排至污水蒸发池； 3 主要工艺设备技术性能及操作3.1 燃气轮机发电机组大力神-130工业型燃气
15、轮机发电机组为橇装式结构，燃气轮机、发电机、齿轮箱、启动系统、滑油系统（除冷却器外）、燃料系统均安装于橇上，并密封于机罩内，底部有底座支撑、底座采用结构钢焊接，长14.629m，宽3.15m，机组结构紧凑、安装与检修方便，整个机组适用于沙漠环境、户外安装，并有在沙漠地区户外安装的运行经验。3.1.1 燃气轮机大力神-130型燃气轮机为单轴轴流式发动机，输出齿轮箱安装于燃气轮机进气端，发电机连接于燃气轮机组冷端。燃气轮机输出轴功率在ISO条件下的出力为14540kW，效率为35.8%；Titan130(大力神130)燃气轮机发电机组的性能工作条件ISO状况现场状况环境温度 1535海拔 m093
16、0进气风道损失 毫米水柱0100排气烟道损失 毫米水柱0100相对湿度 %6050发电机终端电力 kW134909356功率因数0.80.8效率 %33.2230.11）大力神-130燃气轮机压气机为11级，压比16.7:1，满负荷时的进气量为47kg/s；动力涡轮和压气机在同一轴上，共分3级；环形燃烧室设有21个燃料喷嘴。2）燃气轮机、发电机、齿轮箱采用同一套矿物油润滑油系统，滑油冷却器采用风冷，橇外安装；润滑油系统设有3微米滑油双过滤器，通过手动切换阀可以在机组正常运行时，更换滑油过滤器的滤芯。燃气轮机发电机组正常工作时，由辅助齿轮箱驱动的机组主滑油泵驱动滑油系统正常运行；在燃气轮机发电机
17、组启动前和停车时，由交流电动机驱动的予/后润滑油泵向滑油系统提供润滑油；当交流电源故障不能供电而燃气轮机停车时，由控制系统自动启动直流马达驱动的后润滑油泵，向滑油系统提供润滑油。3）启动系统：机组启动采用变频驱动的电动机直接启动，启动电机连接于辅助齿轮箱上。4）燃料气系统：机组上配有燃料气调压装置，机组燃料气进气压力要求为2334.5kPa，温度要求高于燃料气露点5.5，调压采用电动燃料控制阀，计量采用质量流量计；5）燃气轮机燃烧空气进气系统：包括自清式空气过滤器、进气管道、消音器。燃烧空气经过自清式空气过滤器的滤芯将空气中的灰尘、砂粒滤掉，保证空气的清洁度；为使滤芯具有较好的过滤能力，采用经
18、过压缩和干燥的清洁压缩干燥空气根据滤芯两侧的压差控制自动反吹，清洗滤芯表面的灰尘。6）燃气轮机排气系统：包括膨胀节、消音器和烟囱，排气温度约为540。7）机罩：整个机橇由机罩罩住，机罩为全钢结构、整装式，具有防风雨、隔热、消音、消防等功能。机罩设有通风系统，包括自清式空气过滤器、进、排气管道，进、排气消音器、换气风扇、防风雨百叶窗等，燃气轮机和发电机机罩均为微正压通风，机罩通风保证燃气轮机和发电机周围空间空气温度在允许范围内。当换气风扇或风扇电动机故障时，燃气轮机发电机组将自动停车，并进行燃料气管线吹扫。机罩内安装有全自动电气控制的火焰探测消防系统，火焰探测系统采用紫外线探头作为主要部件，二级
19、探测系统由热探头构成，热探头配有“比率补偿”，两套探测系统完全独立工作，各自进行火焰探测。当火灾发生时，采用二氧化碳灭火系统自动灭火，同时燃气轮机发电机组立即停机，切断燃料气供应，关掉通风风扇，并启动警铃和警笛。在机罩内有一个单通路可燃气体监视系统，对机罩内的可燃气体进行持续监测，以保证在启动发动机之前周围没有可燃气体。机罩内有交流照明和直流应急照明，机罩内配有起吊装置用于燃气轮机大修时起吊设备。3.1.2 机组配套机械设备机组配套机械设备包括：1）机组燃用空气过滤器：在沙漠环境下满足燃用空气标准的自清式过滤器，由SOLAR公司统一配套，过滤器自清由经过净化干燥的压缩空气吹扫而实现。2）发电机
20、和发动机冷却用空气过滤器 ，该过滤器亦充分考虑了塔里木沙漠的特殊条件，满足在沙漠环境下的使用要求。选用国内生产，并有沙漠使用经验的自清式空气过滤器。3）滑油冷却器：用于冷却润滑油，使之保持合适的使用温度，由索拉公司配套供应，满足室外气温-25.5+40.5的使用要求。4）滑油冲洗及充填小车：用于清洗滑油管道和向机橇内油箱加注润滑油，由SOLAR公司配套供应。5）燃机清洗小车：用于清洗燃气轮机空气压缩机叶片，在停机时使用。由SOLAR公司配套供应。6）燃料气计量、调压和进机过滤器由SOLAR公司提供。7）发电装置区设备平面布置图见附图二。3.1.3发电机发电机按照NEC标准设计、制造，额定电压1
21、0.5kV，40摄氏度时，额定功率为10982kW，发电机在任何环境温度下运行时，都不会限制燃气轮机的出力。发电机采用开放防滴式结构，冷却采用经过滤的新鲜空气，F级绝缘，B级温升。发电机主要技术参数：额定电压：10.5kV;额定功率：10982kW;功率因数：0.8;转速：1500rpm;额定电流：721A;防护等级：IP23；冷却方式：IC01；励磁系统形式：无刷励磁；转子类型：凸极；发电机定子电阻：0.023420;发电机转子电阻：0.05220;D轴同步不饱和电抗：1.92; 饱和电抗：1.63;D轴暂态不饱和电抗：0.27; 饱和电抗：0.24;D轴次暂态不饱和电抗：0.19; 饱和电
22、抗：0.18;Q轴同步不饱和电抗：0.97; Q轴次暂态不饱和电抗：0.18; 饱和电抗：0.17;负序电抗：0.18;零序电抗：0.12；单台发电机运行，已带发电机额定负荷70%的负荷，发电机出口压降10%时启动的最大电动机功率：762kW;两台发电机运行，已带发电机额定负荷70%的负荷，发电机出口压降10%时启动的最大电动机功率：1680kW;单台发电机运行，已带发电机额定负荷70%的负荷，发电机出口压降15%时启动的最大电动机功率：1198kW;两台发电机运行，已带发电机额定负荷70%的负荷，发电机出口压降15%时启动的最大电动机功率：2650kW;3.1.4 机组控制系统大力神-130
23、型燃气轮机发电机组每台机组配置一套控制系统，两台机组的控制系统相互独立，可一台机组单独运行，也可多台机组同时运行，并可通过各自的控制系统实现自动负荷分配。 控制系统对机组运行的所有时段进行控制，包括机组的启动、停机、正常运行和故障停机。 控制系统是一个以可编程控制器为核心的高度集成的控制系统、配有监视器和操作盘。由下列部分组成：1）独立式机柜：安装于控制室内，所有燃机运行所必须的开关和指示灯，都安装在控制柜的前面板上；2）可编程控制器：可编程控制器与输入输出模块连接后可实现燃气轮机及附属设备的控制、保护、连锁等功能，实现对操作人员指令的回应以及各模拟量和状态参数的显示和监视；可编程控制器的编程
24、采用“分段传递式逻辑”，同时还包括各种计算和文件传输指令，从而实现了数据的处理、计算和通讯。通过编程终端，用户可以在线对程序进行监视、排除故障和修改，梯形逻辑程序可以在线观看，也可以文本文件的形式打印出来。3）输入输出模块：提供两种数据形式，开关量输入输出和模拟量输入输出；4）温度模块：用于整定温度数据，并将其从机组的热电阻和热电偶获取的信号转换成数据传送给PLC；5）速度模块：进行高频率计算，速度模块有两个输入信道，每个信道可接收500mV28Vac的磁探头信号；6）显示系统：包括工业型计算机和显示软件，可显示系统参数和监视机组运转情况；7）继电器保护模块：控制系统基本配置中包括独立的继电器
25、保护系统，用于燃机设备的紧急停车并控制后润滑，备用继电器保护控制系统都是由瞬动继电器和延时继电器构成的；8）振动保护：振动监视系统在每台燃气轮机和发电机的轴承上和齿轮箱中都配有速度传感元件，这些一次元件可提供预先设定的报警显示和停机触发，通过控制系统实现报警和停机；9）自动同步：可实现机组与机组之间或是机组与母线的自动同步；10) 通讯：燃气轮机控制系统可以与用户监控和数据通讯采集系统之间进行 通讯，接口采用RS232，通讯协议采用MODBUS协议； 11） 现场一次检测元件或变送器：主要包括温度检测元件（热电阻和热电偶）、压力变送器、流量变送器、转速探测器、位移探测器以及各种电量变送器，这些
26、检测元件都随设备一起供货，并在设备出厂时就已经安装在机撬上或高压开关柜内；3.1.5 机组配套电气设备机组配套电气设备包括用于为机组辅机负荷配电的MCC和变频驱动器，为机组控制系统和应急后润滑油泵提供直流电源的120V直流电池系统，为机组负荷分配系统提供直流电源的24V直流电池系统，发电机中性点接地电阻器，发电机出口高压开关柜和为发电机出口高压开关柜提供直流操作控制电源的125V直流电池系统。3.2 电气部分3.2.1 10/35kV主变压器： 新建燃气电站10/35kV升压变压器承担着为塔河油田4号区块、6号区块供电的任务，是电站核心设备之一，设备采用新疆特种变压器厂生产的SFZ9-2500
27、0/35型油浸变压器，产品采用钟罩式结构，冷却方式为自然油循环风冷。安装有有载调压开关、主变冷却器、铁芯多点接地检测仪等附件。产品符合GB1094，GB/T6451-1999，IEC76-1993等技术标准；3.2.1.1 投入运行前的检查和空载冲击合闸：1）运行前的检查：a) 检查各保护装置，断路器整定值及动作灵敏性良好；b) 检查继电器保护，如气体继电器、温控器、压力释放阀的控制、保护回路接线是否正确，必要时进行短路联动试验；c) 检查接地系统是否可靠正确；d) 查对保护整定值；必要时作出调整；2）空载冲击合闸a)保护断路器合闸时，三相同步时差不应大于0.01s;b)空载冲击合闸电压为系统
28、额定电压，合闸次数最多为5次。在冲击时，如果电压值一次达到最高工作电压时，可不再进行冲击合闸试验，视为合格；c)试验结束后，将气体继电器信号接点接报警回路，调整过流保护限值；d)运行前，应将冷却系统开启后，待运转正常，再投入运行；3.2.1.2 运行维护：1)运行：在运行阶段，经常查看油面温度，油位变化，储油柜有无冒油或油位下降现象；查看、视听，变压器运行声音是否正常，有无爆裂等杂音和冷却系统运转是否正常，冷却器、辅助冷却器应能自动投入和切除；经试运行无异常现象发生，则认为变压器正式投入运行；变压器运行，按照水电部变压器运行规程执行；2)维护：投入运行的变压器在第一个月内，不少于5次抽取油样进
29、行化验，如耐压值下降快应进行过滤，如下降至35kV/2.5mm以下时应停止运行；观察铁芯多点接地检测仪的运行情况，报警时及时处理；有载调压开关每三月化验一次油样，必要时应进行过滤或更换，有载调压器动作频繁时应缩短取样时间；定期检查风扇运行是否正常，必要时进行更换；测量绝缘油的各项参数，必要时更换绝缘油并分析原因；检查继电器接线是否正常；定期检查装配螺栓和密封垫等是否正常，有无渗漏和松动；2）变压器故障分析及排除：如气体继电器报警，应迅速查明原因，收集气体分析；如绝缘油不满足要求，应立即采取处理措施；变压器发生下列情况时，应立即停止运行，进行器身检查：a) 变压器油温升超过允许值；b) 因大量漏
30、油，油面下降不能处理；c) 在正常冷却，正常负荷下，油温不正常上升；d) 变压器内部声音不正常，不均匀，有爆裂声音时；e) 释压器、储油柜、开关爆裂喷油时；f) 油的颜色变化严重，油内出现碳化时；g) 套管严重损坏，有放电时；h) 色谱分析，有可燃气体，总烃增长率快时；3.2.2 10kV高压开关柜：燃气电站二期工程所采用的10kV高压开关柜为西安高压开关厂生产的KYN28Z-12铠装型移开式交流金属封闭开关柜，开关柜手车中置式布置，满足IEC298、GB3906等标准要求。本次工程共设计高压开关柜16面，包括10kV出线开关柜6面，10kV所用变压器出线柜2面，主变出线柜2面，母联柜和母联间
31、隔柜各1面，电压互感器柜2面，与已建电站联络线出线柜2面。开关柜内附ZN63型断路器，断路器采用弹簧储能操作机构。3.2.2.1 高压开关柜主要技术性能及结构特点开关柜由柜体和手车两大部分组成，手车由开关柜的主元件和推进底盘车组成，通过操作开关柜的推进底盘车上的推进机构，可实现对手车的进出车操作。开关柜手车中置式布置，同规格的手车可以互换，通过一台由开关柜厂家配套的专用运转车，可方便的进行手车进出柜的操作。断路器手车室门上有观察窗，通过观察窗可以观察手车室内手车所处位置、断路器的分、合闸显示、储能状态显示等状态。同时在高压开关柜继电器室门上设有显示手车位置、储能状态、开关位置的状态指示灯。高压开关柜设有完善的联锁机构，以保证操作本身的正确和操作者的人员安全。这些闭锁功能包括防止带负荷推拉断路器手车，防止误分合断路器、防止接地开关处在闭合位置时关合断路器，防止误入带电间隔室、防止带电时误合接地开关等联锁功能。在母联柜上并装设有带电显示装置以监视一次回路运行情况。3.2.2.2 操作检查：1）柜门的检查：检查上、中、下柜门的开启、关闭和锁定是否灵活准确；检查安装在柜门上的元件、视窗、门锁等附件是否完整、准确；检查柜
