中小型熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目電氣一次設(shè)計(jì)研究

丁彩紅 向萌

（中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司 湖北武漢 430000）

中小型熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目電氣一次設(shè)計(jì)研究

丁彩紅 向萌

（中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司 湖北武漢 430000）

隨著環(huán)保壓力的不斷加大，為實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用，蒸汽-燃?xì)饴?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)工程，得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。本文從當(dāng)前熱電聯(lián)產(chǎn)工程電氣設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀出發(fā)，歸納分析了熱電聯(lián)產(chǎn)工程中電氣設(shè)計(jì)中的主要設(shè)計(jì)方案及電氣系統(tǒng)的相關(guān)要點(diǎn)，從電氣設(shè)計(jì)中的實(shí)際現(xiàn)狀入手，提出了熱電聯(lián)產(chǎn)工程電氣設(shè)計(jì)中的主要技術(shù)方案。

電氣；熱電聯(lián)產(chǎn)；主接線；直流系統(tǒng)

1 前言

隨著非經(jīng)合組織國(guó)家工業(yè)化的發(fā)展、全球電氣化程度的提升和環(huán)保壓力的不斷加大，能源消費(fèi)低碳化要求我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)作出相應(yīng)調(diào)整。在發(fā)電的燃料結(jié)構(gòu)中，天然氣的比重將進(jìn)一步提升。根據(jù)熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)展相關(guān)規(guī)劃，預(yù)計(jì)2020年，全國(guó)總發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到9億kW左右，其中熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目將占22%，在火電機(jī)組中的百分比為37%上下。天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目因?yàn)槠涞臀廴疚锱欧?，且具有較高的能源利用效率，實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用，得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。所以熱電聯(lián)產(chǎn)工程的持續(xù)健康發(fā)展對(duì)國(guó)家能源發(fā)展、應(yīng)對(duì)環(huán)境變化起到了積極的推動(dòng)作用。本文總結(jié)歸納了熱電聯(lián)產(chǎn)工程電氣系統(tǒng)一次設(shè)計(jì)中的主要方案的選擇與設(shè)計(jì)原則。

2 電氣主接線

電氣主接線是指電廠主要電氣設(shè)備的連接型式，主要包括電源和出線。電氣主接線的確定對(duì)電廠本身運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，并且對(duì)電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)和控制方式的擬定都有較大的影響。

對(duì)于以化石燃料為原料的火力發(fā)電廠或者單純的燃機(jī)發(fā)電廠，汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)（或燃機(jī)與發(fā)電機(jī)）一對(duì)一運(yùn)行，對(duì)于總裝機(jī)容量小于200MW的小型電廠，從主接線簡(jiǎn)潔性、繼電保護(hù)和控制方式的實(shí)現(xiàn)方面考慮，一般選用發(fā)電機(jī)組與變壓器單元連接方式。

對(duì)于燃燒天然氣的蒸汽-燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組，每組中的一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)和一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)，采用發(fā)電機(jī)電壓直配線的方式連接。發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)斷路器，并裝設(shè)限流電抗器以滿足發(fā)電機(jī)出口短路電流過大的要求。

2.1 電力出線的電壓等級(jí)

熱電聯(lián)產(chǎn)工程電氣主接線的選擇應(yīng)綜合考慮電廠的最終規(guī)模、周邊可接入變電站及周邊負(fù)荷的現(xiàn)狀等。電廠出線的電壓等級(jí)需根據(jù)輸送的距離和容量來確定，由于熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目其供熱的特性，一般分布在熱負(fù)荷的中心，電能輸送的距離較短，根據(jù)實(shí)際工程的特點(diǎn)可以選擇低一個(gè)電壓等級(jí)來輸送電能。110kV電壓的合理輸送容量為：10.0～50.0MW。國(guó)家示范項(xiàng)目廣州大學(xué)城分布式能源站，一期2×78MW，設(shè)計(jì)選用110kV單母線接線。二期規(guī)劃4×78MW，電氣主接線由單母線接線向單母線分段過渡。

2.2 電力出線的回路數(shù)

熱電聯(lián)產(chǎn)工程用以滿足周邊用熱需求，電廠規(guī)模一般不大，出線一般選用2回。當(dāng)熱電聯(lián)產(chǎn)工程終期規(guī)模小于100MW時(shí)，電力出線接入變電站時(shí)可能會(huì)遇到供電部門只接收一回出線的情況，而考慮熱電聯(lián)產(chǎn)工程的穩(wěn)定性與可靠性，2回電力出線可以有效地提高熱電聯(lián)產(chǎn)工程熱力、電力生產(chǎn)的可靠性與供熱、供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。這時(shí)就需要與供電部門充分溝通，努力尋求合適的出線方案，確保熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 發(fā)電機(jī)出口電壓等級(jí)

電廠容量在100～300MW時(shí)，高壓廠用電宜采用6kV[1]，而由于10kV廠用電設(shè)備普及率較高，考慮到廠用電設(shè)備的采購(gòu)及后期設(shè)備維護(hù)的便利與高效，當(dāng)前，熱電聯(lián)產(chǎn)工程高壓廠用電一般選用10kV。高壓廠用電系統(tǒng)采用10.5kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)?？紤]到與廠用電電壓等級(jí)配套，發(fā)電機(jī)電壓出口選用10.5kV，高壓廠用電電源由發(fā)電機(jī)出口分支引接。

3 廠用電接線

廠用電采用10kV和380/220V兩級(jí)電壓廠用供電系統(tǒng)。10kV高壓廠用電系統(tǒng)采用中性點(diǎn)不接地方式，380/220V低壓廠用電系統(tǒng)采用中性點(diǎn)直接接地方式，作為動(dòng)力和照明公用的三相四線制系統(tǒng)。

高壓廠用電母線采用單母線接線，每臺(tái)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組設(shè)一個(gè)10kV段。對(duì)于非聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，高壓廠用電對(duì)應(yīng)每臺(tái)機(jī)爐設(shè)置一段10kV工作母線，電源由發(fā)電機(jī)出口分支引接，為限制短路電流廠用分支加裝限流電抗器。

4 直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電廠的直流系統(tǒng)主要用于控制、保護(hù)、照明、信號(hào)等。以燃燒化石燃料來實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)的電廠，包括一般的燃煤熱電廠以及燃燒矸石（昊田集團(tuán)熱電聯(lián)產(chǎn)）其控制保護(hù)回路相對(duì)復(fù)雜，其相應(yīng)配套的直流負(fù)荷較大，而以天然氣為燃料的蒸汽-燃?xì)饴?lián)合循環(huán)電廠，因?yàn)槿紮C(jī)島及其附屬設(shè)備主要由成套設(shè)備供應(yīng)商提供，其相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元也為成套設(shè)備，所以，天然氣的蒸汽-燃?xì)饴?lián)合循環(huán)電廠內(nèi)的直流負(fù)荷明顯小于以燃燒化石能源為主的一般火電廠。

對(duì)于裝機(jī)容量小于200MW的蒸汽-燃?xì)饴?lián)合循環(huán)電廠，直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓一般取110V。其中，110kV升壓站設(shè)置一套直流系統(tǒng)，主要對(duì)110kV升壓站的控制、保護(hù)、儀表、信號(hào)等裝置提供直流電源。蒸汽-燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一套直流系統(tǒng)，主要對(duì)燃機(jī)機(jī)組的控制、保護(hù)、儀表、信號(hào)、自動(dòng)裝置、事故照明、直流油泵和交流不停電電源等裝置提供直流電源。

對(duì)于裝機(jī)容量小于200MW的發(fā)電廠，選用單元控制室的控制方式時(shí)，每臺(tái)機(jī)組裝設(shè)一組蓄電池。當(dāng)具有兩臺(tái)機(jī)組時(shí)，2組蓄電池的直流系統(tǒng)，采用二段單母線接線。直流母線之間裝設(shè)聯(lián)絡(luò)刀閘，并設(shè)置防止兩組蓄電池并列運(yùn)行的閉鎖措施；直流網(wǎng)絡(luò)采用輻射供電為主的方式，并輔以部分環(huán)形供電方式，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)干線的2回直流電源經(jīng)隔離刀閘接入，正常時(shí)開環(huán)運(yùn)行，環(huán)形供電網(wǎng)絡(luò)干線引接負(fù)荷的地方設(shè)置隔離刀閘。

5 結(jié)束語

本文探討了中小型熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目電氣一次設(shè)計(jì)的主要方案，包括電氣主接線、廠用電接線、直流系統(tǒng)等。電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為熱電聯(lián)產(chǎn)工程的重要組成部分，其設(shè)計(jì)方案的選擇不僅關(guān)系到工程的順利實(shí)施，還對(duì)之后的生產(chǎn)運(yùn)行至關(guān)重要。本文論述了中小型熱電聯(lián)產(chǎn)工程中電氣一次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，綜合安全性、經(jīng)濟(jì)性等各方面因素進(jìn)行考慮，提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，希望借此能夠給熱電聯(lián)產(chǎn)工程電氣設(shè)計(jì)工作從經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性方面提供一些有意義的借鑒。

[1]水利電力部西北電力設(shè)計(jì)院.水利工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)（電氣一次部分）.1989，12.

[2]廣東天聯(lián)工程有限公司.廣州大學(xué)城分布式能源站可行性研究報(bào)告.

[3]張麗偉.昊田集團(tuán)熱電聯(lián)產(chǎn)工程電氣設(shè)計(jì)[D].燕山大學(xué)，2014.

[4]楊艷，趙峰.熱電聯(lián)產(chǎn)的優(yōu)越性及我國(guó)熱電聯(lián)產(chǎn)目前存在的問題[J].科技信息，2010，28：763.

TM621

A

1004-7344（2016）35-0332-01

2016-11-27

丁彩紅（1984－），女，工程師，碩士研究生，主要從事電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)工作。

向 萌（1990－），男，助理工程師，本科，主要從事電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)工作。