垃圾焚燒發(fā)電廠電氣主接線形式及運行方案的探討_第1頁
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垃圾焚燒發(fā)電廠電氣主接線形式及運行方案的探討張瑩【摘要】垃圾焚燒發(fā)電廠屬小機組電廠,一般機組出力為9MW~25MW不等,針對這樣小容量機組的電廠,其全廠電氣主接線形式與大容量火力發(fā)電機組相比有其自身的特點.本文結(jié)合深圳市寶安區(qū)白鴿湖垃圾焚燒發(fā)電廠電氣主接線的實際設(shè)計范例,介紹了小容量機組電氣主接線形式選擇的設(shè)計思路,并提出了自己觀點進行探討.【期刊名稱】《有色設(shè)備》【年(卷),期】2014(000)003【總頁數(shù)】5頁(P12-16)【關(guān)鍵詞】垃圾焚燒發(fā)電廠;電氣主接線設(shè)計【作者】張瑩【作者單位】中國恩菲工程技術(shù)有限公司電氣及自動化事業(yè)部,北京100038【正文語種】中文【中圖分類】TM645隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高,城市垃圾量也飛速增長。垃圾焚燒發(fā)電廠占地面積相對于填埋方式小、長期綜合處理量大、能源可以回收利用、社會效益和經(jīng)濟效益顯著,因其眾多優(yōu)勢,逐步被廣大地區(qū)的環(huán)保部門所采用。我國垃圾焚燒發(fā)電廠始建于20世紀(jì)80年代中期,自90年代后期以來,東南沿海地區(qū)和部分中心城市加快了生活垃圾焚燒發(fā)電廠建設(shè)速度。垃圾焚燒發(fā)電廠屬小機組電廠,一般單臺機組出力為9MW~25MW不等,全廠配置1~2臺發(fā)電機組。針對這樣小容量機組的電廠,其全廠電氣主接線形式與大容量火力發(fā)電機組相比有其自身的特點。本文結(jié)合深圳市寶安區(qū)白鴿湖垃圾焚燒發(fā)電廠電氣主接線的實際設(shè)計范例,介紹了小容量機組電氣主接線形式選擇的設(shè)計思路,并提出了個人觀點。1.1垃圾電廠上網(wǎng)電壓等級及方式的選擇分析從整個電廠規(guī)???,垃圾焚燒發(fā)電廠規(guī)模屬于小型火力發(fā)電廠。在確定其送電上網(wǎng)方式時有發(fā)電機出口電壓等級直接并網(wǎng)(直配)和經(jīng)升壓送電上網(wǎng)兩種選擇。在筆者所接觸過的垃圾電廠設(shè)計中,送電上網(wǎng)方式都是選用升壓送電上網(wǎng)方式。筆者經(jīng)過考慮認(rèn)為原因在于,垃圾焚燒發(fā)電廠除去廠用電部分(約占總發(fā)電量的20%),實際輸送到地區(qū)電網(wǎng)電量不超過總發(fā)電量的80%,發(fā)電量在20MW左右比較普遍,如采用發(fā)電機出口電壓等級直接并網(wǎng)(10kV或6kV電壓等級),其經(jīng)濟輸電范圍不超過1km;而目前國內(nèi)垃圾焚燒發(fā)電廠的選址多選在城市郊區(qū),甚至靠近居民區(qū),便于垃圾集中的收集的地區(qū),在廠區(qū)周邊找到符合要求的并網(wǎng)變電站一般可能性不高,因此直配方式很少采用,多數(shù)選擇由發(fā)電機的出口升壓至高一級電壓等級,再送電至地區(qū)變電站。高一級電壓等級一般為35kV和110kV兩種,隨著地區(qū)電網(wǎng)的改造,35kV電壓等級正逐步退出城市電網(wǎng),考慮到與城市電網(wǎng)發(fā)展趨勢相匹配,多采用110kV電壓等級并網(wǎng)。110kV等級比35kV等級并網(wǎng)費用要增加不少,如果地區(qū)電網(wǎng)能夠提供合適的35kV并網(wǎng)點,那么從經(jīng)濟上選用35kV等級并網(wǎng)則更為優(yōu)化。升壓送電上網(wǎng)方式相比以發(fā)電機出口電壓等級直接并網(wǎng)增加不少投資,但也相對提高了送電上網(wǎng)的可靠性(電壓等級越高,可靠性越高)。具體采用哪種并網(wǎng)的等級,需要充分考慮垃圾電廠發(fā)電容量、所在地區(qū)的電網(wǎng)情況等多種具體因素,進行必要的經(jīng)濟技術(shù)比較才能確定。1.2垃圾電廠廠用電接線形式的分析垃圾焚燒發(fā)電廠發(fā)電機組規(guī)模較小,在技術(shù)經(jīng)濟合理的條件下會力求主接線簡單清晰。根據(jù)小型電廠設(shè)計習(xí)慣,廠內(nèi)高壓母線一般有10kV和6kV兩種電壓等級的選擇。由于10kV電壓等級母線段上的短路電流比6kV電壓等級母線段上的短路電流要小,且節(jié)約線損,目前市場上10kV電氣設(shè)備使用也較為普遍;另一方面如下面提到的,除了并網(wǎng)線路外,廠內(nèi)仍可能需要從外網(wǎng)引入一路中壓電源作為備用或保安電源,城市電網(wǎng)現(xiàn)有電壓等級的配備,10kV電壓等級較6kV電壓等級要普遍的多。因此,設(shè)計中筆者一般采用10kV電壓等級的高壓母線段。對于備用電源的選擇,如果電廠有2條專用上網(wǎng)線路,可以互為備用;如果只有1條專用上網(wǎng)線路,就需要另1條引入線路作為備用電源。也可設(shè)置柴油發(fā)電機組作為備用電源。筆者經(jīng)過思考和研究分析如下:方案1采用外引電源。優(yōu)點:(1)保障速度快,事故情況下可以快速切換,切換時間只受倒閘時間制約,甚至可以做到無差切換(柴油發(fā)電機組的啟動時間約為15秒),對廠內(nèi)保安負(fù)荷影響較小。(2)對電廠來講,維護工作量小。(3)運行費用低。缺點:(1)初期建設(shè)時,選址、線路架設(shè)受電網(wǎng)、政策等條件制約。(2)其供電可靠性受電網(wǎng)運行情況限制。方案2采用柴油發(fā)電機組。優(yōu)點:(1)建設(shè)不受外部條件制約。(2)運行期間,可以廠內(nèi)自行維護、檢修,供電可靠性可控。缺點:(1)投資較大。(2)建設(shè)、選址對防火要求高,提高工程造價。(3)使用時消耗能源,運行費用高,且有一定的環(huán)境污染問題。采用外引電源和柴油發(fā)電機組作為備用/保安電源2種方案各有優(yōu)劣。有些垃圾電廠所在地區(qū)的電網(wǎng)無法提供合適的中壓電源,或者只能提供分支線而非專線的中壓電源,那么此電源的可靠性就有待考證。有些垃圾電廠所在地區(qū)的電網(wǎng)雖然可以提供專線中壓電源,但電源點距電廠較遠(yuǎn),其專線架設(shè)費用要遠(yuǎn)高于廠內(nèi)設(shè)置柴油發(fā)電機組的費用時,就要考慮采用柴油發(fā)電機組。選擇哪種方案為優(yōu),需要根據(jù)垃圾電廠的情況及地區(qū)電力系統(tǒng)的現(xiàn)狀,進行經(jīng)濟技術(shù)比較選擇。廠內(nèi)電氣主接線一般根據(jù)焚燒鍋爐、發(fā)電機組數(shù)量及工程分期投入的時間,采用單母線或單母線分段方式。高壓廠用母線采用單母線接線,按機分段;在母線上接有爐的I類負(fù)荷時,宜按爐對應(yīng)分段。低壓廠用母線采用單母線接線,按爐分段。2.1工程概況及電力系統(tǒng)概況深圳市寶安區(qū)白鴿湖垃圾焚燒發(fā)電廠是采用現(xiàn)代技術(shù)綜合利用、處理生活垃圾的基地。年處理生活垃圾40萬t(平均日處理1200t),焚燒爐為機械爐排爐,共3臺,單臺處理垃圾能力為400t/d,焚燒爐可短時超負(fù)荷10%。安裝2臺12MW(最大功率15MW)凝汽式汽輪發(fā)電機組。發(fā)電機所發(fā)出的電能扣除廠用電外,剩余部分的電力全部經(jīng)升壓變壓器送入地方電力網(wǎng)。電氣設(shè)計按一次建成3爐2機的規(guī)模進行設(shè)計。本工程以城市垃圾焚燒為主,機組容量較小,在電力系統(tǒng)中不是主力機組,對系統(tǒng)潮流、電壓無明顯影響??紤]到降低上網(wǎng)電壓損失和造價合理,及附近電網(wǎng)資料,接入系統(tǒng)擬采用單回110kV輸電線路并入系統(tǒng)。2.2電氣原則性接線系統(tǒng)2.2.1發(fā)電機電壓選擇考慮到市網(wǎng)配電電壓為10kV,焚燒廠備用啟動/應(yīng)急電源電壓定為10kV。同時為與當(dāng)?shù)仉妷旱燃壪嗥ヅ?,減少垃圾電廠內(nèi)電氣設(shè)備的電壓等級,以利于系統(tǒng)運行、維護管理和減少投資,發(fā)電機出口額定電壓也選擇為10.5kV。2.2.2電氣主接線方案分析根據(jù)3爐2機建廠規(guī)模、并網(wǎng)線路為單回路110kV電壓等級的基本條件,電氣主接線有以下2個方案:方案1:2臺電壓為10.5kV發(fā)電機各自經(jīng)電纜引至10kV廠用母線,再各由1臺升壓變壓器升壓至110kV,經(jīng)電纜引至110kV母線,最終由單回輸電線并入系統(tǒng)。不設(shè)置單獨的發(fā)電機主母線,10kV廠用母線為單母線分段接線,110kV母線為單母線接線。廠用高壓負(fù)荷由10kV廠用母線饋出。方案2:2臺發(fā)電機各經(jīng)過一臺升壓變壓器接入110kV母線,110kV母線為單母線接線,最終由單回輸電線并入系統(tǒng)。發(fā)電機與對應(yīng)主變組成發(fā)電機——變壓器組。發(fā)電機出口設(shè)置廠用分支斷路器,廠用電源分別由對應(yīng)發(fā)電機出口引接。全廠電氣主接線示意圖見圖1、圖2。方案1與方案2比較,技術(shù)上優(yōu)缺點如下:方案1的優(yōu)點:(1)供電靈活,發(fā)電機與主變可交叉供電,1臺發(fā)電機檢修,可用另一臺發(fā)電機提供全廠廠用電。(2)可外供其它負(fù)荷。缺點:廠用高壓負(fù)荷直接連至發(fā)電機母線上,當(dāng)廠用高壓負(fù)荷出現(xiàn)故障,后備保護易引起發(fā)電機停機。方案2的優(yōu)點:廠用高壓負(fù)荷未直接連至發(fā)電機母線上,故障幾率較方案一稍小。缺點:(1)供電靈活性不及方案1。(2)增加2個10kV開關(guān)柜,投資較方案1增加約20萬的設(shè)備投資。通過上述比較,經(jīng)過比較認(rèn)為方案1接線簡明、供電靈活,運行中的故障可通過合理配置保護方案限制,因此在設(shè)計中采取了以上2種方案中的第1方案。2.3廠用電接線形式和運行方案的探討2.3.1廠用電電源方案廠用起動電源引接方案:系統(tǒng)110kV電源,經(jīng)主變降壓,倒送電至10kV廠用母線,作為全廠起動電源。變壓器選有載調(diào)壓型。廠用備用起動電源引接方案:因為此工程采用110kV單回線路并網(wǎng),當(dāng)系統(tǒng)110kV線路未準(zhǔn)備好,廠內(nèi)需要外部電源進行調(diào)試,或者為了處理垃圾的需要進行孤島運行,由外接10kV線路需提供足夠的啟動電源容量。經(jīng)計算保證一爐一機運行的啟動容量約為3000kVA。廠用工作電源引接方案:廠用電源分別由對應(yīng)發(fā)電機出口母線引接。廠用保安電源引接方案:在全廠突然停電情況下,為確保人身及設(shè)備的安全,迅速采用應(yīng)急措施,使設(shè)備逐步停止運轉(zhuǎn),需要從城市電網(wǎng)(或者原廠的工作電源)引接10kV電源作為保安電源,經(jīng)計算保安負(fù)荷容量約為800kVA。按規(guī)程要求此路10kV電源須從與并網(wǎng)線相獨立的電源點引接。筆者在設(shè)計中對方案進行了優(yōu)化整合,將廠用備用起動電源和廠用保安電源合并,電源容量按照起動電源容量爭取,設(shè)置一臺0#變壓器,一方面當(dāng)工作變壓器故障或檢修時可以自動或人工啟動,作為工作變壓器的備用;一方面事故情況下,將外引的10kV電源降壓,為低壓保安負(fù)荷供電。通過運行規(guī)程控制相應(yīng)斷路器合閘,使不同母線帶電,實現(xiàn)起動/備用電源/保安電源功能的區(qū)分和轉(zhuǎn)換。2.3.2廠用電接線形式和運行方案廠用電運行方案有2種實現(xiàn)方案,見圖3、圖4。方案1如圖3所示:(1)初始狀態(tài)時,QF1、QF2、QF3斷開,QF4合上。當(dāng)外接10kV電源作為備用起動電源時(起動電源保持一爐一機正常運轉(zhuǎn)),視起動機爐要求,決定是否合上QF3。(2)正常狀態(tài)時(全廠運行穩(wěn)定后),QF1、QF2、QF3斷開,QF4合上,保證10kV0段有電,0#變?yōu)槔鋫洌?0kVI.H段不會并列運行。當(dāng)一臺工作變壓器故障或檢修時,可以自動或人工啟動0#變代替工作變?yōu)樨?fù)荷供電。此時檢測需替換工作變壓器0.38kV段母線電壓失電,檢測10kV0段有電,合上QF2,使0#變帶電并且0.38kV0段有電。合上需替換工作變壓器0.38kV段母線備用進線開關(guān)(工作變壓器0.38kV段母線主進線開關(guān)與備用進線開關(guān)須互鎖),使0.38kV工作母線段恢復(fù)供電。0#變不能同時作為多臺工作變壓器的備用(因為0#變的容量是按最大一臺工作變壓器容量選取,不能夠同時承擔(dān)多臺變壓器的工作容量),一旦其投入備用,需要閉鎖相應(yīng)其他0.38kV工作母線段的備用進線開關(guān)。此過程可由低壓備自投裝置或者由手動操作完成。當(dāng)出現(xiàn)1F發(fā)電機由2#主變升壓并網(wǎng),或者2F發(fā)電機由1#主變升壓并網(wǎng)的交叉供電的情況,QF1、QF2斷開,QF3、QF4合上。此過程須手動操作,保證不會出現(xiàn)兩臺發(fā)電機并列運行的情況。⑷當(dāng)全廠失電,即無法從發(fā)電機和經(jīng)由主變倒送取得電源,為了保證人身及設(shè)備的安全,實現(xiàn)安全停機,需由外接10kV電源提供保安電源。此時檢測10kVI、H段全部失電,外接電源有電。斷開QF4,合上QF1、QF2,使10kV僅有0段有電,0#變帶電并且0.38kV0段有電。閉鎖低壓備自投裝置,使各工作變壓器0.38kV母線段都無法通過備用進線開關(guān)恢復(fù)供電。此時各保安段的互投開關(guān)檢測到由0.38kV0段弓|入的電源有電而由失電的工作母線段轉(zhuǎn)至0.38kV0段供電。此時全廠只有0.38kV保安段有電。此過程可由高壓備自投裝置或者由手動操作完成。方案2如圖4所示:當(dāng)全廠失電,即無法從發(fā)電機和經(jīng)由主變倒送取得電源,為了保證人身及設(shè)備的安全,實現(xiàn)安全停機,需由外接10kV電源提供保安電源。此時檢測10kVI、H段全部失電,夕卜接電源有電。合上QF1、QF3,使10kVI、H段全部恢復(fù)供電,使所有工作變壓器帶電并且0.38kV工作段恢復(fù)供電。此過程可由高壓備自投裝置或者由手動操作完成,但需注意保證不會出現(xiàn)兩臺發(fā)電機并列運行的情況。圖3、圖4兩種接線方式和相應(yīng)的運行方案,在初始狀態(tài)、正常狀態(tài)和交叉供電狀態(tài)時是相同,區(qū)別在于第4種情況,即全廠失電,保安電源如何投入,保安負(fù)荷如何恢復(fù)供電的情況。筆者經(jīng)過比較認(rèn)為:方案1的優(yōu)點:全廠保安負(fù)荷集中于保安段下,正常時由工作段供電,事故狀態(tài)時由保安電源供電,管理上分明,不會受到非保安類負(fù)荷的影響。缺點:接線稍顯復(fù)雜,投資略有增加。電氣操作步驟稍多。方案2的優(yōu)點:接線簡明,直觀,電氣操作步驟少。缺點:一般工作負(fù)荷和事故狀態(tài)下仍需運轉(zhuǎn)的保安負(fù)荷共同接于工作母線段下,管理區(qū)分不明析。事故狀態(tài)時所有工作母線全都帶電,電機類保安負(fù)荷由DCS選擇性恢復(fù)供電,而供電類負(fù)荷則無法斷開(如果增加失壓脫扣裝置可以解決這個問題,但一方面增加此部分投資,另一方面在恢復(fù)正常供電時增加了檢修

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