高原隧道发电设备选型及使用管理

高原隧道发电设备选型及使用管理

摘要：以青海共和至玉树公路雁口山隧道供电系统为例，介绍高原地区发电站设备选型及运行管理方面的经验，对高海拔低温缺氧地区自供电设备选型配套及使用管理提供了依据。

关键词：高原隧道；发电设备选型；使用管理

abstract: take the qinghai gonghe to yushu highway yan mouth mountain tunnel power supply system as an example, introduces the plateau region of power station equipment selection and operation management experience, provide a basis for the selection of power supply equipment and management of high altitude low temperature and hypoxia area.

key words: plateau tunnel; power generation equipment selection; management

中图分类号：tm621.3 献标识码：文章编号：2095-2104（2013）1-0020-02

一、工程概况

青海省共和至玉树公路b6合同段雁口山隧道地处青藏高原，我单位承建隧道出口（双线）约4000米的施工任务。工程所在位置海拔高度4200m，空气稀薄，含氧量约为平原地区的60%，年平均气温3℃，最低气温达-27℃。隧道施工采用钻爆法开挖、无轨运输、机械化衬砌。现场主要用电设备有：电动空压机、砼输送泵、通风设备、砼拌和设备、钢筋加工设备、电焊机、洞内照明及生活用电

等。由于海拔高，施工人员作业效率低，施工主要靠机械化作业，用电量较大。

因地震后玉树当地水电损毁严重，地方电网未连通国家电网，灾后重建工程众多，本地用电极其紧缺，施工用电全靠自发电解决，如何可靠安全并经济地供电成为隧道施工关键技术之一。

二、发电设备选型

1、电站容量确定

本工程主要用电负荷如下：

同时用电系数按0.8计算，实际所需最大供电量为：

2554×0.8=2043.2kw。

2、柴油发电机组的选择与匹配

（1）高原环境对柴油发动机的影响

在高海拔地区，空气稀薄，大气压力低，柴油机的工作特性将发生变化，其变化参数是：海拔每升高1000m，柴油机功率下降8%-13%。依据本地海拔，估算发动机输出功率为平原地区的70%。

（2）柴油机功率补偿

以往实践表明，采取增压技术，可以使柴油机的功率得到一定的补偿，但随着海拔高度的增加，柴油机的功率还是要降低1%-8%，因此在选配柴油机时仍要增加柴油机的功率储备，通过调整喷油泵供油量来进行功率补偿。

（3）发电机组的选择

为了便于并联运行，选用同一型号、同一厂家的设备。为了便于运输、安装及负荷调节，选用中小型多台并联工作。本隧道选用500kw（在此海拔高度估算最大输出功率为350kw）的柴油发动机组，所需台数为：2043.2/350=5.84≈6台。即6台500kw发电机组并联运行（总输出功率2100kw）可以满足本隧道施工最大用电（2043kw）的需求。

基于以上选型计算，根据本地不同发电机组配置使用情况并考虑使用经济性，选用沃尔沃twd1643ge型电喷柴油发动机配无刷发电机，控制系统采用捷克科迈ic-nt 全自动并机系统，设立柴油发电站一座。

三、电站经济分析

自发电站投用，对机组油耗进行分析，实际验证情况如下：

1、输出功率对油耗影响

通过数据统计，在选用0#柴油情况下，不同输出功率下油耗数据如下：

通过以上数据分析，可以发现在本地高原工况下，经济燃油消耗率对应输出功率为240～270kw左右。

查阅沃尔沃twd1643ge出厂参数中油耗标准值如下：

通过实测数据与柴油发动机燃油消耗率标准值对比，可知高原情况下，发动机油耗因气压降低及含氧量下降影响升高较明显。

2、单位电量油耗分析

通过对每月对下计量分表抄表汇总，结合本月集中供油燃油消耗量的计算，在0#为主、多种标号柴油共用的情况下，2012年7～12月单位油耗如下：

从上表可以看出油耗最低0.263l/kwh，此核算数值与机组瞬时输出功率210kw上下相当。由此可推算在实际使用中，机组平均工况输出功率为210kw左右。

而2012.10～12时段计算油耗偏高，期间因供油不及时临时使用-20#及-35#柴油占到总油料的约1/6～1/5。由此验证低标号柴油燃烧值低，造成单位油耗升高。结合油料价格差（价差1000～2000元/吨），确定在保证机组正常使用的前提下，不考虑气温等因素，尽可能采用0#柴油可取得较好的经济效益。

3、温度对机组工况的影响

因电站机组要求室内安装使用，机房温度及机组排风散热对机组工况有较大影响。

笔者在实际工作中发现，在室温20°c时，机组持续总输出功率1000kw左右（4台投用，单台输出功率约250kw），冷机状态开机后投用约2小时，机组冷却液温度上升至报警温度97°c，继续工作约0.5小时后机组高温（103°c）自动停机。如增加1台即初始情况下就投用5台，机组在工作3小时以后高温报警，至4小时即自动停机。而在室温10°c时，单台机组输出功率可达250kw，总输

出功率500kw情况下，至报警停机持续工作时间在5小时左右。

尽管机组采用增压中冷（高低压两次中冷）发动机，但使用中仍温升快，分析其原因主要有以下几点：

（1）机房通风散热不良，通风窗口未相对设置，散热器背对一侧无足够通风口，空气对流不畅。

（2）室内设备布置不合理，机房内安装有两台300kw水冷空压机，工作时机组及冷却水热量全部释放到室内，造成室温升高明显。（3）机房背山面谷，而高原地区风力较大且风向逆风时造成散热不良，热风被反吹进入室内，同时大量扬尘进入散热器间隙，进一步影响散热效果。

（4）高原环境下，供氧量不足造成转速下降较平原大，燃油消耗率增加，燃烧不充分造成发动机排温升高，机组热效率下降。四、分析结果及对策

本电站安装投用一年多，发动机运转正常，低温起动性良好，高原适应性较好。针对使用中总结分析的问题，相应对策如下：

1、为提高机组使用经济性，优先选用0#柴油作为常用燃料以降低油料成本。

2、机房散热采取加开通风窗口，停用水冷空压机以及散热器外3m处设置挡风墙并经常清洗散热器的措施，大大改善机组散热效果，提高机组使用效率。

3、在发电站建设初期应充分考虑自然风向与机组朝向的关系。

4、通过更换风扇调整叶片角度也可改善机组散热。