淺析沙特NCC余熱發(fā)電項目站用電系統(tǒng)配置特點

祝強，閻素玲

1 項目概況

沙特Najran水泥公司Najran Ce?ment Company（簡稱NCC），是一家成立于2005年的合股公司，注冊實收資本11.5億里亞爾（約合人民幣19.4億元）。該公司位于沙特南部地區(qū)奈季蘭市（Najran City）東南240km處，靠近也門邊境，其水泥主要銷售對象為奈季蘭市和也門。

該公司共有三條水泥生產(chǎn)線。1線為6000t/d生產(chǎn)線，由中國建材集團與合肥水泥研究設(shè)計院共同承包，于2007年9月投產(chǎn)；2線為3000t/d生產(chǎn)線及粉磨站工程，由合肥院總包，于2009年投產(chǎn)；3線為7000t/d生產(chǎn)線，由中國電子進出口總公司于2011年12月1日與業(yè)主簽訂總包合同，預計今年10月投產(chǎn)。

沙特NCC余熱發(fā)電項目將利用三條水泥熟料生產(chǎn)線的廢氣余熱+10臺柴油發(fā)電機組的尾排廢熱建設(shè)余熱電站一座。余熱電站裝機規(guī)模為2×15MW。

其中，1線和3線各設(shè)置1臺窯頭余熱鍋爐和2臺窯尾余熱鍋爐（雙列鍋爐），2線設(shè)置1臺窯頭余熱鍋爐和1臺窯尾余熱鍋爐，三條水泥生產(chǎn)線共設(shè)置8臺余熱鍋爐。此外，10臺柴油發(fā)電機組將各設(shè)置1臺尾排廢熱余熱鍋爐。

沙特NCC余熱發(fā)電項目將利用這18臺余熱鍋爐產(chǎn)出的廢氣余熱通過裝機為2×15MW的純低溫汽輪發(fā)電機組進行發(fā)電。

2 站用電系統(tǒng)配電方式

2.1 電站系統(tǒng)電壓等級

沙特NCC水泥公司交流電頻率為60Hz。

·中壓系統(tǒng)配電電壓：AC13.8kV

·發(fā)電機出線電壓：AC13.8kV

·低壓系統(tǒng)配電電壓：AC480V

·低壓電動機額定電壓：AC480V

·低壓系統(tǒng)操作及控制電壓：AC220V

·照明設(shè)備電壓：AC220V

·直流系統(tǒng)操作及控制電壓：DC110V

·UPS電源電壓：AC220V

·檢修設(shè)備電壓（包括電焊機電源箱、動力插座箱等）：三相AC480V，單相AC220V。

2.2 電站系統(tǒng)配電方式

2.2.1 電站中壓系統(tǒng)配電

根據(jù)該項目電壓等級的具體情況，站用電高壓系統(tǒng)設(shè)置13.8kV單母線分段接線方式，每臺發(fā)電機組各掛接在一段母線上，發(fā)電機出線電壓為13.8kV，兩段母線設(shè)有母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)，每段母線各設(shè)有一個與廠內(nèi)現(xiàn)有電力系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)。

電站正常運行情況下，將兩段母線的母聯(lián)開關(guān)斷開，兩臺發(fā)電機發(fā)出的電能通過各自的聯(lián)絡(luò)開關(guān)與現(xiàn)有電力系統(tǒng)并列運行。當某條聯(lián)絡(luò)線故障退出時，閉合母聯(lián)開關(guān)，兩臺發(fā)電機發(fā)出的電能合并后通過另一條聯(lián)絡(luò)線與現(xiàn)有電力系統(tǒng)并列運行。

2.2.2 電站低壓系統(tǒng)配電

兩套汽輪機組均為空冷凝氣式機組，配置空冷器，低壓站用電負荷較大。低壓站用電系統(tǒng)配置4臺站用變壓器，其中2臺1000kVA變壓器提供兩套機組輔機設(shè)備用電，另外2臺2000kVA變壓器主要為兩套機組空冷器設(shè)備供電，空冷器冷卻風機約為18臺，容量均為110kW的變頻電機，需配置相應(yīng)容量的變頻器。余熱電站低壓配電電壓均為AC480V/60Hz。

此外，根據(jù)合同要求，在汽輪發(fā)電機組站用輔機設(shè)備配電系統(tǒng)中還應(yīng)設(shè)置緊急電源站用母線段，即EMCC母線段。EMCC母線段均掛接緊急負荷，一旦正常電源因故障退出時，即刻投入緊急電源供電。所以EMCC母線段進線電源應(yīng)來自兩路不同電源，一路正常電源來自機組輔機設(shè)備配電母線段，另一路緊急事故電源來自專用的柴油發(fā)電機組，通過ATS自動進行切換（圖1～圖2）。

由于該項目余熱發(fā)電系統(tǒng)配置是2臺汽輪發(fā)電機組，配置18臺余熱鍋爐，而這些余熱鍋爐距離汽機主廠房較遠，主廠房配電室的MCC配電半徑較大，考慮低壓配電線路的壓降和損耗，設(shè)計考慮在1號～3號水泥線余熱鍋爐系統(tǒng)增設(shè)DCS系統(tǒng)I/O遠程站和配電子站，也相應(yīng)節(jié)省了配線電纜。

其中三條水泥線余熱鍋爐配電室各自從主廠房配電室MCC兩段母線分別引入兩路電源（兩電源互為備用），同時也設(shè)置各自余熱鍋爐系統(tǒng)緊急負荷的EMCC母線段，一旦正常電源因故障退出時，即刻投入緊急事故電源供電。所以EMCC母線段進線電源也應(yīng)來自兩路不同電源，一路來自本鍋爐系統(tǒng)配電的MCC母線段，另一路來自緊急事故電源的柴油發(fā)電機組，通過ATS自動進行切換（圖3～圖5）。

另外，10臺DG余熱鍋爐設(shè)置一個DCS系統(tǒng)I/O遠程站和配電子站，該DG余熱鍋爐配電子站電源來自公司原有DG系統(tǒng)（圖6）。

圖1 汽輪發(fā)電機房低壓單線圖（1）

圖2 汽輪發(fā)電機房低壓單線圖（2）

圖3 1線余熱鍋爐子站低壓單線圖

圖4 2線余熱鍋爐子站低壓單線圖

圖5 3線余熱鍋爐子站低壓單線圖

圖6 DG余熱鍋爐子站低壓單線圖

2.2.3 電站控制電源、直流電源、UPS電源、照明電源和檢修電源的配電原則

根據(jù)沙特NCC項目所在地區(qū)電壓等級與合同技術(shù)協(xié)議要求，電源電壓及配電設(shè)備的配置完全不同于國內(nèi)項目。對于低壓AC480V/60Hz的配電原則，設(shè)計考慮下列配電方案：

（1）電站控制電源合同要求AC220V，故設(shè)置一臺AC480V/220V隔離變壓器，專為低壓輔助電源屏供電，該輔助電源屏專門提供電站系統(tǒng)AC220V用電設(shè)備的電源。由于3號水泥線余熱鍋爐和DG余熱鍋爐距離主廠房太遠，所以在這兩處的配電子站單獨增設(shè)了各自的低壓輔助電源屏。

另外，在低壓電源進線開關(guān)處還設(shè)置了開關(guān)控制和計量用的小型隔離變壓器，使其控制電壓和計量表滿足使用要求。

（2）電站直流電源裝置設(shè)在主廠房中控室，合同要求配置雙冗余的直流電源裝置，以保證電源的可靠性，電壓等級DC110V。每套直流電源裝置采用雙回路供電，其內(nèi)部配有雙電源自動切換裝置和N+1冗余配置的高頻開關(guān)充電模塊。

（3）電站主廠房配電室及各余熱鍋爐配電子站的UPS電源，合同要求配置雙冗余的UPS電源裝置，以保證電源的可靠性，電壓等級AC220V。對于AC480V/60Hz的電源要求保證電源質(zhì)量，每套UPS設(shè)計均采用雙路供電（工作電源和旁路電源），UPS電源進線和出線端均設(shè)置隔離變壓器，旁路進線還設(shè)置了穩(wěn)壓裝置。

（4）電站照明電源合同要求AC220V，在主廠房配電室及各余熱鍋爐配電室各設(shè)置了照明變壓器（AC480V/380/220V）和照明配電屏。同時在各自配電室的EMCC母線段還設(shè)置了緊急電源的照明變壓器，以滿足合同要求的正常照明負荷80%、緊急照明負荷20%的配電要求。

（5）電站檢修電源要求三相AC480V和單相AC220V，其中三相AC480V電源分別由機組輔機設(shè)備供電的低壓母線段和各自余熱鍋爐配電子站低壓母線段直接供電。單相AC220V電源由各自系統(tǒng)輔助電源屏供電。

2.2.4 電氣設(shè)備降容使用，以滿足當?shù)貧庀髼l件下的使用環(huán)境

由于沙特NCC項目所在地的氣象條件較為惡劣，項目處在沙漠干旱的高溫地區(qū)（最高溫度50℃，最低溫度10℃，最大風速150km/h），對于電氣設(shè)備的使用環(huán)境要求較高，所以在電氣開關(guān)、變頻器等電氣設(shè)備選型時必須考慮降容使用要求。

3 電站系統(tǒng)電氣設(shè)備配置與配電特點

（1）該項目的中壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)電壓等級屬于非標準電壓，MV：13.8kV/60Hz，LV：AC480V/60Hz，這與國內(nèi)的MV：10.5kV/50Hz，LV：AC380V/50Hz截然不同，設(shè)計時必須引起高度重視，特別要注意電源的分配原則，電氣設(shè)備選型必須適應(yīng)該電壓條件下的使用要求。

（2）對于沙漠干旱的高溫地區(qū)，在電氣設(shè)備的選型時必須考慮降容使用要求。

（3）對于業(yè)主合同要求的雙冗余直流電源裝置和雙冗余UPS電源裝置，設(shè)計應(yīng)盡量滿足要求。特別是要注意AC480V/60Hz非標準電壓下UPS電源裝置的使用條件和增設(shè)旁路電源進線穩(wěn)壓裝置的必要性。

（4）業(yè)主對EMCC母線段設(shè)置的使用要求，以及通過ATS對正常工作電源和緊急事故電源進行自動切換，也同以往國內(nèi)工程設(shè)計有所區(qū)別。

（5）業(yè)主要求正常照明負荷與緊急照明負荷配電的分配比例也是以往國內(nèi)工程設(shè)計難以遇到的。