浅析垃圾焚烧发电厂主接线系统设计

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  【摘 要】随着社会经济的不断发展、时代的不断进步,人们对电力的需求越来越大,因此,火力发电厂成为当前火力发电最主要的形式之一。同时,为了满足人们更高的用电需求,越来越多的新兴发电形式涌现出来,社会竞争日益激烈。电气一次系统最主要的组成部分是接线,而接线的质量与发电设备的工作效率和运行模式有着紧密的关系,所以,电厂前期进行的电气一次系统设计是非常重要的一个环节。
  【关键词】电厂电气;一次系统设计;
  1.北京城市生活垃圾处理现状
  北京市2008年全年生产垃圾672万吨,平均每天1.84万吨,其
  中用填埋方式处理的占90%,用焚烧方式处理的仅占2%,垃圾处理设施日处理能力为1.04万吨,超负荷率达到67%,四年多不到五年垃圾就无处可填埋了。2007年,全市生活垃圾产生总量619万吨,清运量601万吨,无害化处置量575万吨,生活垃圾无害化处理率达到93%,其中城八区垃圾产生量433万吨,无害化处理率99%,郊区垃圾产生量186万吨,无害化处理率76%。
  2.北京高安屯生活垃圾焚烧发电项目基本情况
  高安屯生活垃圾焚烧发电项目位于朝阳区金盏乡,占地面积70亩,建筑面积36793平方米,总投资8亿多元,日处理生活垃圾1600吨,是目前亚洲单线规模最大的垃圾焚烧发电项目。高安屯垃圾焚烧厂正式运行每年可焚烧53.3万吨垃圾,垃圾热值范围为1100~2000大卡/公斤,产生的热能每年发电2.2亿度。2003年5月26日,项目公司——北京高安屯垃圾焚烧有限公司正式成立,2004年12月18日开工,2008年7月28日建成并投入试运行项目技术及设备项目引进国外先进的垃圾焚烧设备和技术。垃圾焚烧系统采用适合中国垃圾特点的炉排炉焚烧技术。炉排及其液压驱动系统采用日本田熊公司产品,该公司为日本垃圾焚烧工艺和设备主要提供商。尾气净化设备来自日本ALSTOM公司产品,蒸汽旁路系统采用瑞典CCI公司产品,鼓、引风机采用韩国设备。尾气净化采用ALSTOM的NID技术,完全燃烧+活性碳吸附工艺,二垩英的排放可以达到欧盟2000标准。同时还预留了催化脱硝系统场地,以备将来排放要求提高时进一步降低NOX的排放。据高安屯垃圾焚烧厂总工刘申伯介绍,垃圾运到厂里后将不再分类,直接进行焚烧。
  3.有关电气主接线
  3.1电气主接线接线要求
  对一个电厂而言,电气主接线在电厂设计时就根据机组容量,电厂规模及电厂在电力系统中的地位等,从供电的可靠性,运行的灵活性和方便性,经济性,发展和扩建的可能性等方面,经综合比较后确定,它的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况,电气主接线又称电气一次接线图,电气主接线应满足以下几点要求:(1)运行的可靠性:主接线系统应保证对用户供电的可靠性,特别是保证对重要负荷的供电,(2)运行的灵活性:主接线系统应能灵活地适应各种工作情况,特别是当一部分设备检修或工作情况发生变化时,能够通过倒换开关的运行方式,做到调度灵活,不中断向用户的供电,在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线,(3)主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下,做到经济合理,尽量减少占地面积,节省投资。
  3.2几种接线方式优缺点分析
  3.2.1单母线分段接线
  单母线分段接线就是将一段母线用断路器分为两段,它的优点是接线简单,投资省,操作方便;缺点是母线故障或检修时要造成部分回路停电
  3.2.2双母线接线
  双母线接线就是将工作线,电源线和出线通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组(一次/二次)母线上,且两组母线都是工作线,而每一回路都可通过母线联络断路器并列运行
  3.2.3双母线带旁路接线
  双母线带旁路接线就是在双母线接线的基础上,增设旁路母线,其特点是具有双母线接线的优点,当线路(主变压器)断路器检修时,仍有继续供电,但旁路的倒换操作比较复杂,增加了误操作的机会,也使保护及自动化系统复杂化,投资费用较大,一般为了节省断路器及设备间隔,当出线达到5个回路以上时,才增设专用的旁路断路器,出线少于5个回路时,则采用母联兼旁路或旁路兼母联的接线方式
  3.2.4双母线分段带旁路接线
  双母线分段带旁路接线就是在双母线带旁路接线的基础上,在母线上增设分段断路器,它具有双母线带旁路的优点,但投资费用较大,占用设备间隔较多,一般采用此种接线的原则为:(1)当设备连接的进出线总数为1216回时,在一组母线上设置分段断路器;(2)当设备连接的进出线总数为17回及以上时,在两组母线上设置分段断器。
  3.2.4.5单母线分段接线的优缺点
  出线回路数增多时,可用断路器将母线分段,成为单母线分段接线。根据电源的数目和功率,母线可分为2~3段。段数分得越多,故障时停电范围越小,但使用的断路器数量越多,其配电装置和运行也就越复杂,所需费用就越高。
  母线分段后,可提高供电的可靠性和灵活性。在正常运行时,可以接通也可以断开运行。当分段断路器QFd接通运行时,任一段母线发生短路故障时,在继电保护作用下,分段断路器QFd和接在故障段上的电源回路断路器便自动断开。这时非故障段母线可以继续运行,缩小了母线故障的停电范围。当分段断路器断开运行时,分段断路器除装有继电保护装置外,还应装有备用电源自动投入装置,分段断路器断开运行,有利于限制短路电流。
  对重要用户,可以采用双回路供电,即从不同段上分别引出馈电线路,由两个电源供电,以保证供电可靠性。
  单母线分段接线的缺点是:
  第一,当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,必须断开接在该分段上的全部电源和出线,这样就减少了系统的发电量,并使该段单回路供电的用户停电。   第二,任一出线断路器检修时,该回路必须停止工作。
  单母线分段接线,虽然较单母线接线提高了供电可靠性和灵活性,但当电源容量较大和出线数目较多,尤其是单回路供电的用户较多时,其缺点更加突出。因此,一般认为单母线分段接线应用在6~10kV,出线在6回及以上时,每段所接容量不宜超过25MW;用于35~66kV时,出线回路不宜超过8回;用于110~220kV时,出线回路不宜超过4回。
  在可靠性要求不高时,或者在工程分期实施时,为了降低设备费用,也可使用一组或两组隔离开关进行分段,任一段母线故障时,将造成两段母线同时停电,在判别故障后,拉开分段隔离开关,完好段即可恢复供电。
  3.3电气主接线
  3.3.1电气主接线
  根据本工程接入系统设计单位——湖南聚源电力勘测设计有限公司提供的资料,发电厂升压站电气主接线应采用110kV 单母线接线,利用一回110kV架空线路T接接入厂址附近的110kV线路入网,架空线路长度约500m,再以电缆或架空线接入上级变电站。另外,再从湘潭市九华工业园静脉产业园内的锂电池变电站引来一回10kV线路作为全厂保安电源。
  厂内两台发电机各配一台主变压器,均采用单元接线,发电机出口设断路器,主变压器低压侧设厂用分支,厂用分支设断路器。10kV高压厂用母线段按炉分段,共4段。
  3.3.2各级电压中性点接地方式
  参见下表7.2-1:
  表7.2-1 各级电压中性点接地方式
  3.4短路电流计算
  3.4.1计算依据
  由于暂未得到接入系统相关资料,暂按以500m架空线路+4.5km电缆线路接入上级变电站,上级变电站短路容量按1000MVA计算。等取得接入系统资料后再重新核算。
  3.4.2计算结果
  基准容量:Sj=100MVA,
  基准电压分别为:Uj=121kV和10.5kV。
  按照远景规划,计算短路电流如下:
  1、#1、#2汽机发电机:20MW,COSφ=0.8,Xd″=14.34%
  2、#1、#2主变:25MVA,Ud=10.5%
  根据以上条件计算短路水平。短路电流计算接线图、等值阻抗图及计算结果表见09H10C-D02图《短路电流计算及主要导体和设备选择表》。
  4.电气主接线可靠性与经济性要求
  4.1电气主接线可靠性与经济性的概述
  4.1.1电气主接线设计需满足的可靠性要求为 应防止变电所和发电站出现整体断电 在断路器进行维护修理时应不影响系统供电过程 在检修断路器母线时应尽可能缩短停电时间及降低停运回路数量 且保证一级负荷及大部分二级负荷供电正常 对于大型机组超高压电气主接线应符合可靠性的特殊标准停电频率是影响供电可靠性的重要指标 停电时间超过一定限度会导致企业巨大损失 若要提高电气主接线的可靠性 则应对主接线进行定期检修 及时解决设备故障引发的停电问题 以确保供电持续通畅
  4.1.2电气主接线设计应满足的经济性要求为 应尽可能减少占地面积 对于大容量发电厂要在相关部门支持下采用一边运营一边进行电气建设完善的方式开展分期投建以尽可能提高电厂经济效益在前期设计及技术设计阶段应合理选择主接线设备尽量降低投资主接线方式应尽量简单可恰当进行短路电流限制降低开关电气次数并选用性价比较高的电气设备降低基础投资降低能耗变压器是电厂能耗最大的电气设备在采购变压器时应根据电厂实际对变压器数量容量和类型进行优化选择以最大限度节省能耗
  4.2电气主接线设计方案
  以某电厂为例某电厂110kV总降10kV侧系统最大运行方式的短路电流为25kA其单台发电机的短路电流为14kA可采用三种电气主接线设计方案1)将10%限流电抗器安装在发电机出口位置两台发动机采用分列运行方式计算得到的系统侧10kV最高短路电流为34.44kA发电机出口处10kV母线侧的最高短路电流为34.03kA2)将10%限流电抗器安装在10kV并网联络线出口位置两台发动机采用分列运行方式计算得到的系统侧10kV最高短路电流为34.33kA发电机出口10kV母线侧的最高短路电流为27kA3)将18%限流电抗器分别安置在发电机母联与出口位置两台发动机采用并列运行方式计算得到的系统侧10kV最高短路电流为37kA发电机出口10kV母线侧的最高短路电流为36kA根据电气主接线可靠性与经济性要求分析方案二短路电流均相对较低为最佳电气主接线方案
  4.3断路器及主变压器选择
  断路器选型一方面要考虑环境条件及技术条件标准另一方面要满足方便运行维护安装调试等要求在综合经济技术分析的基础上进行确定当前国内通用选型状况为对于采用封闭母线的大容量机组可采用发电机专用断路器对于电压在6~220kV之间的电网通常选用少油断路器对于电压在110~330kV之间的电网若采用少油断路器无法满足要求时可采用空气或六氟化硫断路器断路器选择的基本技术条件为1)电压:电网工作电压不大于电网额定电压;2)电流:电网最大持续工作电流不大于电网额定电流;因高压开断电器不存在连续过载性能在选定其额定电流时应符合不同运行条件下的回路持续工作电流要求也就是最大持续工作电流若断路器工作环境温度高于设备限定环境温度则当温度每升高1度时应降低额定电流的1.8%若工作环境温度低于设备限定环境温度则当温度每降低1度时应升高额定电流的0.5%以确保断路器工作的可靠性。主变压器是电厂中用于向用户或电压系统进行功率输送的变压器主变压器台数及容量等于主接线设计及配电装置结构密切相关依据电气设计的经济性与可靠性要求可采用两种方式进行主变压器选择1对于中小型电厂应按照低投资高回报的原则采用三相式主变压器台数应在两台以上以确保发电机供电的可靠性对于机组容量在125MW以下的发电机组应采用三绕组变压器且绕组通过功率应高于主变压器容量的15%以确保电能输送舒畅2对于机组容量在200MW以上的大型发电厂其主变压器台数与容量应配合发电机容量若存在两种升高电压状况可在两种升高压间安置变压器并依据电压网络的交换功率进行容量选择。
  结束语
  随着社会经济的不断发展、时代的不断进步,人们对电力的需求越来越大,因此,火力发电厂成为当前火力发电最主要的形式之一。同时,为了满足人们更高的用电需求,越来越多的新兴发电形式涌现出来,社会竞争日益激烈。文章对电厂电气一次系统设计进行了简单的分析总结,希望对相关行业可以有一定的参考作用。
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