余國成　楊志峰

【摘要】為使超超臨界機組煙氣脫硫電氣供配電系統(tǒng)設計貫徹執(zhí)行國家技術經(jīng)濟政策，做到保障人身安全、供電可靠、技術先進和經(jīng)濟合理，對目前超超臨界火力發(fā)電機組脫硫系統(tǒng)的電氣接線形式進行技術經(jīng)濟比較，確定合理的電氣接線方案。

【關鍵詞】超超臨界；電氣接線；技術經(jīng)濟；比較

引言

火力發(fā)電廠采用超超臨界技術是提高汽輪發(fā)電機組經(jīng)濟性的有效手段，與同容量亞臨界和常規(guī)超臨界火電機組比較，超超臨界機組效率明顯提高[1]。脫硫廠用電系統(tǒng)是脫硫的重要組成部分，而且隨著環(huán)保要求、電廠本身對輔助系統(tǒng)運行可靠要求的提高，脫硫系統(tǒng)必須穩(wěn)定、可靠運行。新上火力發(fā)電機組脫硫系統(tǒng)均與主體同步設計、同時施工和同時投運（“三同時”），因此安全、可靠地向脫硫設備供電是脫硫電氣系統(tǒng)的首要任務，合理的電氣主接線，對保證脫硫系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行、節(jié)省投資起重要作用。

1、脫硫負荷特性分析

寧夏電廠地處西北，計劃建設規(guī)模為2×1000MW超超臨界燃煤間冷機組，并預留擴建2×1000MW機組的條件；該工程是西北電網(wǎng)規(guī)劃建設的“西電東送”的重點電源點，工程建設可將西北地區(qū)優(yōu)質(zhì)豐富的煤炭資源轉(zhuǎn)變?yōu)殡娫?，變輸煤為輸電，將能源?yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢，符合國家能源產(chǎn)業(yè)政策，對促進西北煤炭資源開發(fā)、全國能源資源優(yōu)化配置、偏遠地區(qū)經(jīng)濟開發(fā)和促進民族安定團結將起到重要作用。

此工程采用石灰石-石膏濕法脫硫，按本期兩臺鍋爐BMCR鍋爐最大蒸發(fā)量工況下全煙氣脫硫，脫硫系統(tǒng)可用率≥98%。脫硫工程與主廠房工程同步建設，SO2吸收系統(tǒng)采用單元配置。吸收塔采用逆流噴淋塔，每臺爐采用雙塔串聯(lián)配置。脫硫系統(tǒng)不設置旁路煙道。增壓風機與引風機合并設置，不設置GGH。

1.1電氣主接線設計原則

廠用電系統(tǒng)是脫硫的重要組成部分，合理的電氣主接線對于保證脫硫系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行、方便操作和維護、節(jié)省投資起重要作用。隨著工藝系統(tǒng)改進、電氣設備制造水平提高，為廠用電系統(tǒng)接線的優(yōu)化提供了條件。通過對不同的脫硫中、低壓電氣主接線方案進行技術經(jīng)濟比較，確定最適合本工程電氣主接線方案。

衡量電氣主接線是否合理，主要采用以下設計原則：

a）可靠性。保證對重要負荷供電可靠，并滿足對電力質(zhì)量的要求；盡量避免發(fā)電廠廠用電全停的可能；設備檢修時對系統(tǒng)供電影響最小；

b）靈活性。運行檢修方便；

c）經(jīng)濟性。接線力求簡單，以節(jié)省設備；限制短路水平，降低設備造價；二次接線盡量簡潔；設備占用空間??；電能損耗小。

1.2脫硫負荷分類及供電要求

廠用電系統(tǒng)主要設計輸入條件就是工藝等各專業(yè)負荷供電要求及相應負荷特性等。在整理和分析該工程廠用負荷后，發(fā)現(xiàn)廠用負荷有以下一些特性：

a）從工藝流程合理性角度出發(fā)，將引風機和增壓風機合并設置，并將脫硝一并考慮在內(nèi)；

b）吸收塔采用逆流噴淋塔，每臺爐采用雙塔串聯(lián)配置，循環(huán)泵和吸收塔攪拌器、石膏排出泵、氧化風機等設備成倍增加；

c）脫硫工藝系統(tǒng)、SO2吸收系統(tǒng)采用單元配置。

可以看出，工程由于優(yōu)化工藝系統(tǒng)及脫硫效率要求較高等相關因素，廠用負荷也隨之發(fā)生變化，工程中壓電動機和SO2吸收系統(tǒng)負荷較多。下面分別按機組啟動及運行時的廠用負荷分析。

根據(jù)工藝、熱控等專業(yè)廠用電提資，脫硫常用廠用負荷特性如下表1。

2、脫硫電氣主接線

2.1主要設計依據(jù)

a）DL/T5196-2004《火力發(fā)電廠煙氣脫硫設計技術規(guī)程》[2]第10.1.4條：脫硫中壓負荷可設脫硫中壓母線段供電，也可直接接于中壓廠用工作母線段。當設脫硫中壓母線段時，每爐宜設1段，并設置備用電源。每臺爐宜設1段脫硫低壓母線。10.1.3條：脫硫低壓工作電源應單設脫硫低壓工作變壓器供電，附錄條文解釋如下：每臺爐宜設1段脫硫低壓母線；每臺爐宜設1段脫硫低壓母線包括設2個半段的情況。大量脫硫工程的低壓供電采用以下三種方式：（a）每兩臺爐設兩臺互為備用的脫硫低壓變，每臺低壓變引接1段脫硫低壓母線；（b）每臺爐設兩臺互為備用的脫硫低壓變，每臺低壓變下引接半段脫硫低壓母線；（c）每臺爐設一臺脫硫低壓變，由此引接的脫硫低壓母線以刀開關分為2個半段，其備用電源從其它地方引接；

b）DL/T1340-2014《火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)故障應急處理導則》[3]中A4.7條：廠用電系統(tǒng)不同母線段，應分配在不同的控制器中；

c）工藝等專業(yè)廠用電提資，脫硫系統(tǒng)主要由石灰石漿液供給系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、工藝水及冷卻水系統(tǒng)、漿液疏排系統(tǒng)、脫硫廢水處理系統(tǒng)等負荷組成。

2.2電氣主接線方案描述

2.2.1方案一

兩套脫硫系統(tǒng)共設兩臺低壓工作變壓器，互為備用，為所有脫硫低壓負荷供電；低壓PC采用單母線分段，設380V/220V脫硫A、B段，由兩臺低壓干式變低壓側供電。380V/220V脫硫A、B段之間分別設聯(lián)絡開關。脫硫單元負荷分別接于脫硫A、B段，公用負荷分別接于各段。MCC均采用雙回路供電，兩路電源互相閉鎖。脫硫系統(tǒng)不另設6kV脫硫段，脫硫所需6kV電源均從主體引接。

此方案特點：低壓廠用接線形式簡單清晰，變壓器數(shù)量少，根據(jù)負荷統(tǒng)計但單臺變壓器容量較大，需選擇大容量的PC進線開關及水平母排，短路電流水平較高。

2.2.2方案二

每套脫硫系統(tǒng)各設兩臺低壓工作變壓器，互為備用。每套脫硫系統(tǒng)的低壓PC采用單母線分段，設380V/220V脫硫A、B段。四臺低壓干式變成對設置，380V/220V脫硫A、B段之間分別設聯(lián)絡開關。脫硫系統(tǒng)不另設6kV脫硫段，脫硫負荷所需6kV電源均從主體引接。

此方案特點：低壓廠用接線形式較方案一復雜，變壓器數(shù)量成倍增加但單臺變壓器容量減少，短路電流水平降低，供電可靠性更高、對單元性負荷供電更有利。

2.2.3方案三

每套脫硫系統(tǒng)各設兩臺低壓工作變壓器，互為備用。每套脫硫系統(tǒng)的低壓PC采用單母線分段，設380V/220V脫硫A、B段。四臺低壓干式變成對設置，380V/220V脫硫A、B段之間分別設聯(lián)絡開關。脫硫系統(tǒng)設兩段6kV脫硫段，之間設置聯(lián)絡開關；脫硫6kV段電源從主體引接。

此方案特點：低壓廠用接線形式同方案二。由于設6kV脫硫段，較方案二增加脫硫6kV開關柜、減少6kV饋線電纜，但脫硫6kV段的進線需選擇較大截面的電纜，且單根進線電纜路徑也比較長。

方案一、二、三電氣主接線圖如圖1～圖3。

3、技術經(jīng)濟比較

3.1方案一和方案二設備投資比較

脫硫系統(tǒng)均不設6kV脫硫段，低壓電氣主接線方案設備投資經(jīng)濟比較見表2。

由表2可知，方案一接線能滿足脫硫供電可靠性要求，接線簡單、清晰，投資少。方案二接線可靠性更高，接線單元性增強，但投資略高。

由于方案二的單元性更強，更有利于廠用電系統(tǒng)不同母線段分配在不同控制器中，便于減少故障面，增強電廠分散控制系統(tǒng)故障應急處理能力；由于保安MCC段采用三進線，相比方案一（雙進線）可靠性更高；此方案中單體變壓器容量減小，短路水平降低，但數(shù)量增多導致投資較方案一略高（約高36萬元）。工程由于采用雙塔串聯(lián)布置比一般的采用單塔布置工藝設備負荷多，采用方案一單臺變壓器計算容量已達到2500kVA，如負荷增加或考慮濕電負荷，變壓器容量還將進一步增大到3200kVA，而一般電廠單臺變壓器選擇均不超過2500kVA，因此綜合考慮各種因素，推薦方案二。

3.2方案三和方案二設備投資經(jīng)濟比較

脫硫系統(tǒng)設或不設6kV脫硫段接線方案設備投資經(jīng)濟比較見表3。

由表3可知，方案二因脫硫6kV柜與主體中壓柜一同考慮，6kV柜投資相應降低，但動力電纜和控制電纜費用增加。方案三脫硫系統(tǒng)設6kV脫硫段，6kV柜數(shù)量增加，饋線電纜減少；綜合比較6kV柜和電纜費用，從投資方面考慮方案二比方案三約省79.36萬元，因此推薦方案二。另外從表3可知，由于方案二脫硫區(qū)不設中壓段，主體至脫硫區(qū)的6kV電纜對總投資影響較大，比較方案二和方案三的總投資差價，當方案二中主體至脫硫區(qū)的6kV電纜長度在489.8m時方案二和方案三總價基本能持平。因此當主體至脫硫區(qū)距離較遠時（暫估以500m為界），此時應綜合各因素并經(jīng)技術經(jīng)濟比較后選擇適宜的電氣主接線。

4、結語

針對超超臨界火電廠脫硫工藝特性和電廠實際情況，脫硫中壓電氣主接線推薦采用脫硫不設中壓段，脫硫所有中壓負荷均直接從主體引接。低壓每套脫硫系統(tǒng)各設兩臺互為備用的脫硫低壓工作變壓器，即推薦方案二。

參考文獻

[1]熊立紅.超超臨界機組煙氣凈化設備及系統(tǒng)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009.01.

[2]國家電力公司華東電力設計院.DL/T50153-2002火力發(fā)電廠廠用電設計設計規(guī)定[S].北京：中國電力出版社，2002.

[3]電力規(guī)劃設計總院.DL/T5455-2012火力發(fā)電廠熱工電源及氣源系統(tǒng)設計技術規(guī)程[S].北京：中國計劃出版社，2012.

作者簡介

第一作者簡介：余國成，1978年，男，浙江淳安，2009年畢業(yè)于浙江大學電氣工程及其自動化，電氣工程師.