中小型熱電聯(lián)產項目電氣一次設計研究

丁彩紅 向萌

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司 湖北武漢 430000）

中小型熱電聯(lián)產項目電氣一次設計研究

丁彩紅 向萌

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司 湖北武漢 430000）

隨著環(huán)保壓力的不斷加大，為實現(xiàn)能源的梯級利用，蒸汽-燃氣聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產工程，得到了廣泛的推廣和應用。本文從當前熱電聯(lián)產工程電氣設計的現(xiàn)狀出發(fā)，歸納分析了熱電聯(lián)產工程中電氣設計中的主要設計方案及電氣系統(tǒng)的相關要點，從電氣設計中的實際現(xiàn)狀入手，提出了熱電聯(lián)產工程電氣設計中的主要技術方案。

電氣；熱電聯(lián)產；主接線；直流系統(tǒng)

1 前言

隨著非經合組織國家工業(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，能源消費低碳化要求我國能源消費結構作出相應調整。在發(fā)電的燃料結構中，天然氣的比重將進一步提升。根據熱電聯(lián)產發(fā)展相關規(guī)劃，預計2020年，全國總發(fā)電裝機容量將達到9億kW左右，其中熱電聯(lián)產項目將占22%，在火電機組中的百分比為37%上下。天然氣熱電聯(lián)產項目因為其低污染物排放，且具有較高的能源利用效率，實現(xiàn)能源的梯級利用，得到了廣泛的推廣和應用。所以熱電聯(lián)產工程的持續(xù)健康發(fā)展對國家能源發(fā)展、應對環(huán)境變化起到了積極的推動作用。本文總結歸納了熱電聯(lián)產工程電氣系統(tǒng)一次設計中的主要方案的選擇與設計原則。

2 電氣主接線

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

對于以化石燃料為原料的火力發(fā)電廠或者單純的燃機發(fā)電廠，汽輪機與發(fā)電機（或燃機與發(fā)電機）一對一運行，對于總裝機容量小于200MW的小型電廠，從主接線簡潔性、繼電保護和控制方式的實現(xiàn)方面考慮，一般選用發(fā)電機組與變壓器單元連接方式。

對于燃燒天然氣的蒸汽-燃氣聯(lián)合循環(huán)機組，每組中的一臺燃氣輪機發(fā)電機和一臺汽輪發(fā)電機，采用發(fā)電機電壓直配線的方式連接。發(fā)電機出口裝設斷路器，并裝設限流電抗器以滿足發(fā)電機出口短路電流過大的要求。

2.1 電力出線的電壓等級

熱電聯(lián)產工程電氣主接線的選擇應綜合考慮電廠的最終規(guī)模、周邊可接入變電站及周邊負荷的現(xiàn)狀等。電廠出線的電壓等級需根據輸送的距離和容量來確定，由于熱電聯(lián)產項目其供熱的特性，一般分布在熱負荷的中心，電能輸送的距離較短，根據實際工程的特點可以選擇低一個電壓等級來輸送電能。110kV電壓的合理輸送容量為：10.0～50.0MW。國家示范項目廣州大學城分布式能源站，一期2×78MW，設計選用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

熱電聯(lián)產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。當熱電聯(lián)產工程終期規(guī)模小于100MW時，電力出線接入變電站時可能會遇到供電部門只接收一回出線的情況，而考慮熱電聯(lián)產工程的穩(wěn)定性與可靠性，2回電力出線可以有效地提高熱電聯(lián)產工程熱力、電力生產的可靠性與供熱、供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。這時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)產項目安全穩(wěn)定運行。

2.3 發(fā)電機出口電壓等級

電廠容量在100～300MW時，高壓廠用電宜采用6kV[1]，而由于10kV廠用電設備普及率較高，考慮到廠用電設備的采購及后期設備維護的便利與高效，當前，熱電聯(lián)產工程高壓廠用電一般選用10kV。高壓廠用電系統(tǒng)采用10.5kV中性點不接地系統(tǒng)。考慮到與廠用電電壓等級配套，發(fā)電機電壓出口選用10.5kV，高壓廠用電電源由發(fā)電機出口分支引接。

3 廠用電接線

廠用電采用10kV和380/220V兩級電壓廠用供電系統(tǒng)。10kV高壓廠用電系統(tǒng)采用中性點不接地方式，380/220V低壓廠用電系統(tǒng)采用中性點直接接地方式，作為動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，每臺聯(lián)合循環(huán)機組設一個10kV段。對于非聯(lián)合循環(huán)機組，高壓廠用電對應每臺機爐設置一段10kV工作母線，電源由發(fā)電機出口分支引接，為限制短路電流廠用分支加裝限流電抗器。

4 直流系統(tǒng)設計

電廠的直流系統(tǒng)主要用于控制、保護、照明、信號等。以燃燒化石燃料來實現(xiàn)熱電聯(lián)產的電廠，包括一般的燃煤熱電廠以及燃燒矸石（昊田集團熱電聯(lián)產）其控制保護回路相對復雜，其相應配套的直流負荷較大，而以天然氣為燃料的蒸汽-燃氣聯(lián)合循環(huán)電廠，因為燃機島及其附屬設備主要由成套設備供應商提供，其相應的現(xiàn)場測控單元也為成套設備，所以，天然氣的蒸汽-燃氣聯(lián)合循環(huán)電廠內的直流負荷明顯小于以燃燒化石能源為主的一般火電廠。

對于裝機容量小于200MW的蒸汽-燃氣聯(lián)合循環(huán)電廠，直流系統(tǒng)標稱電壓一般取110V。其中，110kV升壓站設置一套直流系統(tǒng)，主要對110kV升壓站的控制、保護、儀表、信號等裝置提供直流電源。蒸汽-燃氣聯(lián)合循環(huán)機組每臺機組設置一套直流系統(tǒng)，主要對燃機機組的控制、保護、儀表、信號、自動裝置、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。

對于裝機容量小于200MW的發(fā)電廠，選用單元控制室的控制方式時，每臺機組裝設一組蓄電池。當具有兩臺機組時，2組蓄電池的直流系統(tǒng)，采用二段單母線接線。直流母線之間裝設聯(lián)絡刀閘，并設置防止兩組蓄電池并列運行的閉鎖措施；直流網絡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)形網絡干線的2回直流電源經隔離刀閘接入，正常時開環(huán)運行，環(huán)形供電網絡干線引接負荷的地方設置隔離刀閘。

5 結束語

本文探討了中小型熱電聯(lián)產項目電氣一次設計的主要方案，包括電氣主接線、廠用電接線、直流系統(tǒng)等。電力系統(tǒng)設計作為熱電聯(lián)產工程的重要組成部分，其設計方案的選擇不僅關系到工程的順利實施，還對之后的生產運行至關重要。本文論述了中小型熱電聯(lián)產工程中電氣一次系統(tǒng)的設計方案，綜合安全性、經濟性等各方面因素進行考慮，提出了相應的設計方案，希望借此能夠給熱電聯(lián)產工程電氣設計工作從經濟性、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計院.水利工程電氣設計手冊（電氣一次部分）.1989，12.

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

[3]張麗偉.昊田集團熱電聯(lián)產工程電氣設計[D].燕山大學，2014.

[4]楊艷，趙峰.熱電聯(lián)產的優(yōu)越性及我國熱電聯(lián)產目前存在的問題[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，主要從事電氣自動化設計工作。

向 萌（1990－），男，助理工程師，本科，主要從事電氣自動化設計工作。