生活垃圾焚燒發(fā)電項目電氣主接線設計

楊建楠

(中國電力建設工程咨詢有限公司，北京 100120)

生活垃圾焚燒發(fā)電項目電氣主接線設計

楊建楠

(中國電力建設工程咨詢有限公司，北京 100120)

本文結合已建成生活垃圾焚燒發(fā)電項目實例，介紹并總結生活垃圾焚燒發(fā)電項目不同電氣主接線形式的特點及適用情況。著重從供電可靠性、靈活性及經濟性方面加以論證，并提出相應優(yōu)化建議。

生活垃圾焚燒發(fā)電；電氣主接線。

隨著國民經濟的發(fā)展，城市生活垃圾的產生量日益增加，數據顯示，2015年全國大中城市生活垃圾產生量約為18564萬t，生活垃圾的合理處置、消納已成為我國面臨的新課題。與傳統的垃圾填埋方式相比，生活垃圾焚燒方式不僅占地省、不造成土壤和地下水二次污染，且日處理能力大，余熱可發(fā)電上網，具有顯著的社會效益和經濟效益。目前，垃圾發(fā)電已成為繼風電、光伏后又一個新能源發(fā)電熱點，越來越多的電力建設及電力設計企業(yè)進入此領域。與傳統火力發(fā)電項目相比，生活垃圾焚燒發(fā)電項目機組容量普遍較小，針對此類項目，其電氣主接線形式具有自身特點。本文通過相關建成項目實例加以分析，介紹并總結生活垃圾焚燒發(fā)電項目電氣主接線設計形式。

1 電氣主接線設計

目前，國內主要大中型城市生活垃圾發(fā)電項目焚燒爐以進口或引進技術為主，單臺焚燒爐垃圾處理量在350～800 t/d(個別經濟發(fā)達城市已建成單臺焚燒爐垃圾處理量在1000 t/d以上)。由于我國生活垃圾分類標準化和執(zhí)行程度尚處于初級階段，垃圾熱值普遍偏低。受技術條件和垃圾熱值等客觀因素制約，目前主流垃圾生活垃圾發(fā)電項目單期建設裝機容量一般在10～20 MW。考慮到我國大中城市生活垃圾集中、收納、運輸的環(huán)節(jié)基本為市政統一渠道調配，以汽車運輸為主，單車運力有限。垃圾電站的選擇一般位于城鎮(zhèn)結合區(qū)域或以往垃圾填埋場附近，周邊電網多以35 kV、110 kV電壓等級為主。綜上所述，生活垃圾焚燒發(fā)電項目廠內可采用6.3 kV或10.5 kV作為高壓廠用母線電壓。經變壓器升壓后以35 kV或110 kV電壓等級并入電網。

1.1 35 kV和110 kV電壓等級選擇

當前我國地區(qū)電網絡改造進程中，35 kV電壓等級在城市輸電網絡中正逐漸被替代，考慮到項目遠景規(guī)劃及可靠性，110 kV電壓等級不僅輸電可靠性更高，且單回線路輸送容量可基本滿足常規(guī)生活垃圾焚燒發(fā)電項目2期甚至3期的擴建規(guī)劃。然而，隨著并網電壓等級的升高，相應的主設備及系統保護、網絡通信等配套費用隨之增加，如經與當地電網部門溝通并批準，尤其是對于我國中西部城市建設的垃圾焚燒發(fā)電項目，以單期35 kV電壓等級接入電網是更具經濟性的選擇。具體采用何種電壓等級接入電網，除考慮項目規(guī)模、遠景規(guī)劃與當地電網發(fā)展水平外，仍需進行相應的經濟技術比較，最終以當地電網部門接入系統審查意見為準。

1.2 高壓廠用電壓等級選擇

我國10 MW～20 MW發(fā)電機組的出口電壓一般為6.3 kV和10.5 kV兩種，則廠用電高壓段電壓選擇亦為6.3 kV或10.5 kV。視工程條件不同，需考慮以下因素。

(1)廠用高壓備用電源或保安電源的選擇：一般而言，除卻并網線路外，垃圾焚燒發(fā)電項目需要引入一路中壓廠外電源作為廠用高壓備用電壓或保安電源。根據我國大中型城市的電網配置，10.5 kV電壓等級的應用較6.3 kV要普遍的多。

(2)技術經濟性比選：10.5 kV相較于6.3 kV電壓，短路電流小，用電可靠性高，帶負載能力強，尤其是對于大功率電動機，如引風機等設備的啟動方面，更具優(yōu)勢。目前6.3 kV用電設備如變壓器、開關柜等與10.5 kV設備造價相差并不十分明顯，且垃圾發(fā)電項目高壓電動機數量較少，高壓開關柜成本所占比例較小。綜上所述，推薦選擇10.5 kV作為高壓廠用電壓等級。

2.3 發(fā)電機出口斷路器及備用電源的選擇

一直以來，關于火電機組發(fā)電機出口裝設斷路器的探討不絕于耳，其探討的重點在于大型機組發(fā)電機出口斷路器的制造難度、可靠性及成本。隨著技術的成熟及相關設備成本的不斷降低，目前絕大部分機組發(fā)電機出口均裝設斷路器。對于小型機組而言，斷路器的制造難度及成本均較小，除提高系統安全性和穩(wěn)定性外，設置發(fā)電機出口斷路器，可減少設置啟動/備用電源回路的投資，機組啟動和停機檢修電源可從高壓配電裝置經主變降壓倒送至廠用電。如果單期建設項目有兩回出線，則可互為備用，不設專用高壓備用電源。如只有一條上網線路，可根據實際情況選擇是否引接廠外高壓備用電源。鑒于目前主變壓器制造工藝非常成熟，在選擇主流供貨商的設備前提下，主變發(fā)生故障檢修的概率很低，可不設廠外高壓備用電源，大大節(jié)省投資費用。

2 工程實例分析

以我國中部某省會城市垃圾焚燒發(fā)電項目為例，本期工程建設兩臺500 t/d垃圾焚燒爐，配套兩臺10 MW凝氣式汽輪發(fā)電機組。根據外部電網情況，2×10 MW機組由主變升壓后經一回35 kV線路接入電網，出線形式可選擇以下3種：單母線接線、發(fā)電機－變壓器－線路出線及擴大單元接線。對于單母線接線，其供電靈活性更強，可靠性最好，且對于后期項目的改擴建適應性更佳，初期投資造價相對最高，推薦對供電靈活性要求高，有改擴建規(guī)劃的項目采用。對于擴大單元接線，本工程采用雙繞組變壓器形式。因采用10.5 kV廠用電壓等級，對短路電流的抑制較好(經計算，10.5 kV側短路電流水平可限制在25 kA內)，發(fā)電機出口斷路器及廠用電設備均可采用輕型設備，故不設置分裂電抗器。如采用6.3 kV電壓等級，可根據計算適當添加電抗器或采用三繞組變壓器以抑制短路電流水平。采用雙繞組變壓器擴大單元接線可有效降低變壓器及高壓側設備初投資，推薦優(yōu)先選用。發(fā)電機－變壓器－線路接線本質上與擴大單元接線相同，主要適用于不考慮遠期擴建規(guī)劃，且經技術經濟比較不適用與擴大單元接線的工程。

對于高壓廠用工作電源，圖1、圖2的方案從主變低壓側引接，不設置單獨的發(fā)電機主母線，高壓廠用電采用單母線分段設計，兩段母線互為備用；圖3的方案是設置發(fā)電機電壓母線，采用單母線分段設計，高壓廠用電源直接引自發(fā)電機出口母線。圖1、圖2方案的優(yōu)點是廠用高壓電動機未與發(fā)電機出口直接相連，供電可靠性更高。高壓配電設備的布置靈活性好，可根據工程實際情況布置在主廠房合理位置，滿足運行及檢修的需要。缺點是高壓開關柜設備增加2臺，經濟性較差。圖3的方案優(yōu)點是供電靈活，發(fā)電機與主板可交叉供電，且接線簡單，造價低。缺點是電氣設備布置局限性較大。綜合考慮技術經濟性，在場地布置可以滿足的條件下，更推薦圖3的設計方式。

圖1 單母線接線

圖2 發(fā)電機－變壓器－線路接線

圖3 擴大單元接線(雙繞組變壓器)

本工程建設出線回路為一回，發(fā)電機出口設置斷路器?？紤]到目前成套設備制造水平成熟，采用不設置專用高壓備用電源的方案。對于保安電源，可采用廠外專用電源引接和廠內設計柴油發(fā)電機兩種方案。外接線路的優(yōu)點是響應速度快，在全廠失電后可迅速投切，確保保安負荷的供電穩(wěn)定。且再不考慮高壓備用電源的情況下，保安電源的容量一般較小，變壓器可采用干式變，整個系統建設、運行費用均較低。其缺點是受當地政策、環(huán)境限制因素較多。采用柴油發(fā)電機的優(yōu)點是建設不受外部因素制約。但其缺點包括啟動時間較長，投資較大，不僅對布置、消防的要求較多，且運行維護均有較高要求。是在項目無法取得外部專業(yè)線路或廠址距電源點較遠，架設專用線路成本較大情況下的備選方案。

3 結論

對于生活垃圾焚燒發(fā)電項目的主接線設計，除了要充分項目實際情況外，更要充分考慮項目建設的經濟性。因為其機組容量小，受物料輸送及容量限制，在整個電網中的地位及扮演的角色無法和傳統火電機組相比，對其發(fā)電可靠性及經濟性的取舍可做適當調整，無需為了更高的可靠性犧牲經濟性。故主要的設計原則應是在滿足供電安全可靠的前提下，盡量簡化電氣主接線設計以節(jié)約初投資及運行費用，并通過合理選擇廠用電設計方式，調整元件參數以限制短路電流水平，達到優(yōu)化導體及設備選型的目的。

[1] 荊永茂．小型生物質發(fā)電廠電氣接線的討論[J]．山東電力技術，2009，(04)．

[2] 劉奇想．大港垃圾焚燒發(fā)電廠電氣系統設計及控制策略[D]．天津：天津大學，2014．

Design of Main Electrical Connection for Waste Incineration Generates Electricity Plants

YANG Jian-nan
(China Electric Power Construction Engineering Consulting Co., Ltd., Beijing 100120, China)

Through taking an example of a MSW incinerationproject, this paper summarizes the characteristics and application of different SLD form, focusing on power supply reliability, flexibility and economy in order to demonstrate the corresponding optimization recommendations.

MSW incineration plants; SLD.

TM619

B

1671-9913(2017)03-0062-03

2017-01-10

楊建楠(1987- )，男，北京人，碩士，工程師，從事電氣設計工作。