【doc】 垃圾焚烧发电厂电气主接线的设计

1、垃圾焚烧发电厂电气主接线的设计深圳分院魏嵘摘要本文介绍了垃圾焚烧发电厂电气主接线设计以及在实际工程中的应用实例,对今后的相关设计可起到一定的借鉴作用.关键词:垃圾焚烧发电厂;电气;主接线1前言城市生活垃圾无害化,减量化,资源化处理,一直是世界工业化国家各级政府着力解决的一大难题.传统方式是自然堆放,卫生填埋等,这不仅占用大面积土地,而且造成长期,严重的二次污染,尤其对地下水源和空气的污染不可低估.采用现代工业技术,将垃圾高温焚烧,产生热能与电力,是解决这一问题最有效,最环保,最经济的途径,已被世界发达国家列为处理城市生活垃圾的主要方法之一.我国垃圾焚烧发电厂始建于20世纪80年代中期,自90年

2、代后期以来,东南沿海地区和部分中心城市加快了生活垃圾焚烧发电厂建设速度.本文将着重介绍垃圾焚烧发电设计中电气主接线设计的特点.2电气主接线设计的重要性电气主接线是整个电厂电气设计的首要部分,也是构成电力系统的重要环节.确定主接线与电力系统整体及发电厂本身运行的可靠性,灵活性和经济性密切相关,并且对电气设备选择,配电装置布置,继电保护和控制方式的拟定有很大的影响.因此,.44.在主接线设计过程中,应根据垃圾焚烧发电厂的特点(包括工艺和环境等)及地区电力系统的现状和发展,进行充分的方案比较,以达到技术先进,经济合理,运行维护方便的目的.3垃圾焚烧发电厂主要设备配置情况目前国内垃圾焚烧发电厂的垃圾处

3、理能力多在300lo00t/d之间,垃圾焚烧锅炉一般是24台,配12台汽轮机发电机组,单台容量一般在3-12mw之间.发电机容量与汽轮机容量可以相同匹配,也可以根据工艺情况增大,即所谓”超发电”配置.发电机机端电压一般为10,5kv或6.3kv.4上网电压接入等级及方式垃圾焚烧发电厂的特点是以处理垃圾为主,利用焚烧垃圾产生的蒸汽发电.由于我国目前垃圾热值较低(一般设计值在5800l【j/kg左右),故垃圾焚烧发电厂的总发电量不大,再除去厂用电部分(约占总发电量的20%),实际输送到地区电网电量不超过总发电量的80%.因此,从整个电厂规模看,垃圾第54期魏嵘:垃圾焚烧发电厂电气主接线的设计焚烧发

4、电厂规模应属于小型火力发电厂.在确定垃圾焚烧发电厂送电上网方式时有两种选择:(1)lokv或6kv等级直接上网(直配).由电厂高压母线段直接出线,送电至地区变电站.此方式适用于垃圾焚烧发电厂与地区变电站距离较近,且地区变电站相应电压等级配电装置一次和二次接线改造相对简单的情况;(2)升压送电上网.由lokv或6kv电压(发电机的出口电压等级)升压至高一级电压等级,再送电至地区变电站.高一级电压等级一般为35kv和1lokv两种(根据当地电力系统情况而定).此方式适用于垃圾焚烧发电厂与地区变电站距离较远,或是地区变电站内lokv或6kv配电装置一次和二次接线改造相对困难的情况.采用升压送电上网方

5、式需要在厂区内建一个升压变电站,这要比lokv或6kv直接上网方式增加不少投资,但也相对提高了送电上网的可靠性(电压等级越高,可靠性越高).上述两种接入方式的选择,需要经过充分的技术经济比较,以及与当地供电和规划部门妥善协商后确定.当选择升压上网方式后,一般情况下升压变电站会作为一个独立的子项交由当地供电规划设计院单独设计,其中包括从主变高压侧至地区变电站的线路设计.外线路一般有架空线和电缆两种选择,可根据当地电力部门习惯做法和地理环境及经济技术比较确定.5垃圾焚烧发电厂内部电气主接线形式由于垃圾焚烧发电厂发电机组规模较小,在技术经济合理的条件下应力求主接线简单清晰.厂内电气主接线一般根据焚烧

6、锅炉,发电机组数量及工程分期投入的时间,采用单母线或单母线分段方式.根据小型电厂设计习惯,厂内高压母线一般有lokv和6kv两种电压等级的选择.由于lokv电压等级母线段上的短路电流比6kv电压等级母线段上的短路电流要小(同样容量的发电机,电压越高,短路电流越小),且目前市场上lokv电气设备使用较为普遍,另外根据目前垃圾焚烧发电厂工艺工种所提要求,并无6kv或更高等级的高压电动机,均选择了380v低压电动机.因此,设计中一般采用lokv电压等级的高压母线段,发电机组,厂用变压器等设备经断路器接在高压母线段上.尽管目前国内垃圾焚烧发电厂机组数量少,容量较小,但根据有关电厂设计规范,在条件允许情

7、况下应引入一路备用电源作为安全停机或备用启动,另外厂区内与消防有关的用电设备也需要第二电源作为应急电源.因此,一般垃圾焚烧发电厂lokv母线段采用两个与外电网接入点.如果是两条专用上网线路,可以互为备用;如果只有一条专用上网线路,就需要另有一条lokv引入线路或者负载能力足够的低压电源作为备用电源.当然在受外界条件限制,取得备用电源困难的情况下,也可设置柴油机作为备用电源.根据垃圾焚烧锅炉的数量及按炉分段的原则,一台厂用工作变压器对应一台锅炉.另外,设一台备用变压器,当工作变压器故障或检修时可以自动或人工启动.6主变压器和发电机中性点接地方式的选择当采用升压送电上网时,需要确定主变压器的中性点

8、接地方式.具体选择何种接地形式,一般由当地电力规划设计院在升压变.45.核工程研究与设计2005年9月电站的设计中综合考虑.目前国内电力网中性点接地方式有:(1)中性点不接地.多适用于663kv电网,且在电容电流不超过允许值情况下;(2)中性点经消弧线圈接地.当接地电容电流超过允许值时,采用消弧线圈补偿电容电流;(3)中性点经高电阻接地.多适用于大型发电机组中性点;(4)中性点直接接地.适用于110kv及以上电网中.厂内发电机中性点接地方式一般有三种:(1)中性点不接地;(2)中性点经消弧线圈接地;(3)中性点经高电阻接地.选择的主要根据是系统单相接地电流的计算.在不超过允许值时,采用发电机中

9、性点不接地形式,中性点装设避雷器保护.当单相接地电流大于允许值时,采用发电机中性点经消弧线圈或经高电阻接地方式.从现有垃圾焚烧发电厂发电机容量来看,一般选择经消弧线圈接地方式.7确定主接线的电力计算在垃圾焚烧发电厂电气主接线设计过程中,主要有四种计算过程对于主接线的确定影响较大,即负荷计算,短路电流计算,单相接地电流计算及电压水平校验计算.负荷计算主要指整个垃圾焚烧发电厂交流用电负荷的计算(另有直流负荷计算,在此不作介绍).应先按照机组辅机的重要性及运行特性分类,然后根据不同的需要系数分别计算得出总的全厂交流负荷值,这主要用于确定厂用工作变压器和备用变压器的台数和容量,以及确定出送电上网的实际

10、电量.从我国已经运行的几个垃圾焚烧发电.46.厂经验看,其厂用负荷一般约占全厂发电机组容量的2o%.短路电流计算主要用于进行电气主接线的比选及电气设备和导体的选择等.在垃圾焚烧发电厂内部的设计过程中,由于系统比较简单,因此,主要选几个典型的短路点进行计算,一般选择10kv母线段短路点和0.4kv母线短路点.高压短路电流计算一般采用标幺值计算在最大运行方式下的短路电流值;低压系统短路电流一般采用有名单位制计算,具体计算过程在电力工程设计手册或相关手册中均有详细介绍,此处不再说明.以目前国内垃圾焚烧发电厂的规模,在10kv母线段上三相短路电流有效值均小于30ka;在0.4kv母线段上三相短路电流有

11、效值在40ka左右.目前进口和国产相关电气产品均能符合要求,也不需要做特别的限流措施.单相接地电流计算主要用于确定中性点的接地方式,及进一步用于消弧线圈的选择计算.主变压器高压侧的接地电流计算及是否装设消弧线圈或高电阻接地,一般应由当地电力规划设计部门统一考虑.另外单相接地电流计算还确定发电机中性点是否装设消弧线圈或经高电阻接地.发电机定子绕组发生单相接地故障时,接地点流过的电流是发电机本身及其引出回路所连接元件的对地电容电流,在所有元件对地电容电流中架空及电缆线路单相接地电容电流占主要部分,因此计算中主要进行这两项的计算.计算可采用查表或近似估算公式得出,电力工程设计手册均有详细介绍.10.

12、5kv电压等级小容量发电机接地电流允许值为34a,当计算值超过允许值时,在发电机中性点一般采取经消弧线圈接地的措施,消弧线圈容量选择计算按:w=i.35icuo/x/3式中:为消弧线圈的容量(kva);1.35为考虑过补偿运行及系统发展的第54期魏嵘:垃圾焚烧发电厂电气主接线的设计储备系数;l为单相接地电容电流(a);为系统的额定电压(kv).电压水平校验计算主要用于确定主变压器电压调整的方式和厂用变压器分接位置及调压开关的选择,以及确定母线电压偏移在电厂运行时允许的范围.8设计实例下面试举几例实际工程中垃圾焚烧电厂的电气主接线.8.1深切i盐田垃圾焚烧发电厂该项目装设2台处理能力为225的焚

13、烧炉,1台6mw的汽轮机,配1台6.8mw发电机组,发电机出口电压为10.5kv.电厂内10kv主接线采用单母线不分段,发电机中性点不接地方式.由深圳市盐田区盐田变电站引来一条专用上网联络线(线路1),允许电厂的电能由该线路送出.另由盐田变电站10kv不同母线段引来一条非专用线(线路2),作为电厂备用电源线,供全厂安全停机及备用启动之用,备用线路也接在电厂10kv母线段上.电厂的正常启动由上网联络线倒送电完成.厂区内设2台2000kva厂用变压器,变压器低压侧联络,以做到互为备用的目的.8.2深圳平湖垃圾焚烧发电厂二期该项目装设4台处理能力为250t/d的焚烧炉,1台12mw汽轮发电机组,1台

14、6mw汽轮发电机组,发电机出口电压为10.5kv.电厂内10kv主接线采用单母线分段式,发电机中性点经消弧线圈接地.由深圳市龙岗区木古变电站两段10kv母线段引来二条专用上网联络线(线路1,2),接在10kv母线i,ii段上,允许电厂的电能由此两条线路送出.正常运行时,10kv母线联络开关断开,当有一条上网联络故障时,联络开关闭合.电厂的正常启动由两条上网联络线倒送电完成.2台发电机分别接在10kv母线i,ii段上.全厂设5台1250kva厂用变压器,4台工作,1台备用.8.3温州临江垃圾焚烧发电厂该项目装设3台处理能力为225的焚烧炉,2台6mw的汽轮机发电机组,发电机出口电压为10.5kv.由于条件限制,附近没有合适的变电站供10kv专线上网接人,因此,当地供电部门提供两条35kv架空线路作为上网线路.在厂区内设升压变电站,包括2台10/35kv主变,每台容量为10mva,35kv母线段采用单母线分段方式,2台主变接在35kv母线i段和ii段上.电厂内10kv主接线也采用单母