关于垃圾发电厂电气主接线方式的探讨

关于垃圾发电厂电气主接线方式的探讨

杨冰

中南电力设计院有限公司 湖北 武汉 430071

摘要：进入新时代以来，在社会发展下，我国的各个领域发展快速。探讨了几种具有相同主设备参数的垃圾发电厂电气主接线方式的合理性。通过短路电流计算，分析了断路器额定短路开断电流、额定短路关合电流、直流分量等技术性参数，并分析了各电气主接线方式的经济性。在综合考虑技术性和经济性的基础上，推荐一种较合理的接线方式：选择直轴超瞬态电抗较大的发电机，发电机出口选用普通真空断路器，厂用电部分采用分支结构。

关键词：生活垃圾；焚烧发电；电气主接线

引言

据相关研究数据表明，采用焚烧的方式对生活垃圾进行处理，具有着明显无害化和减量化优势，比如：占地面积小、不会对地下水造成污染等，余热还可以用在发电上。从这个角度看来，生活垃圾焚烧项目的应用不仅具有着一定的经济效益，同时具有明显的环境效益和社会效益。到目前为止，焚烧生活垃圾发电已经成为新能源开发之后的一个热点话题，已经成为相关人员一个新的研究方向。

1电气主接线设计

1.1 35kV和110kV电压等级选择

当前我国地区电网络改造进程中，35kV电压等级在城市输电网络中正逐渐被替代，考虑到项目远景规划及可靠性，110kV电压等级不仅输电可靠性更高，且单回线路输送容量可基本满足常规生活垃圾焚烧发电项目2期甚至3期的扩建规划。然而，随着并网电压等级的升高，相应的主设备及系统保护、网络通信等配套费用随之增加，如经与当地电网部门沟通并批准，尤其是对于我国中西部城市建设的垃圾焚烧发电项目，以单期35kV电压等级接入电网是更具经济性的选择。具体采用何种电压等级接入电网，除考虑项目规模、远景规划与当地电网发展水平外，仍需进行相应的经济技术比较，最终以当地电网部门接入系统审查意见为准。

1.2高压厂用电压等级选择

1000千瓦~20000千瓦发电机组是我国小机组电厂普遍采用的，能够发出的电压有两种，分别为6.3千伏和10.5千伏，对于电厂用电的高压段来讲，两种电压都适用，具体要看工程的条件：　　因素一：厂内用电的高压备用电源以及保安电源。通常情况下，生活垃圾焚烧发发电项目中选择的厂用高压备用电压或者保安电源，是除了并网线路外的一路中压厂外电源。据相关调查数据表明，将6.3千伏的电压应用在10.5千伏电压等级中已经成为大众型城市电网配置中的普遍选择。　　因素二：通过性价比进行选择。相比较6.3千伏的电压来讲，10.5千伏具有一定的优势，比如：短路电流小、带负载能力强、用电的安全性也更高一些，对于功率较大的电动机来讲，优势会更加突出。但是在用电设备的变压器、开关柜等方面来讲，两种电压之间的差距并不是很明显，同时，该项目不需要用太多的高压电动机，高压开关柜的成本也不是特别高，总的来讲，更实用于高压电厂用电等级的是10.5千伏。

1.3发电机出口断路器及备用电源的选择

一直以来，关于火电机组发电机出口装设断路器的探讨不绝于耳，其探讨的重点在于大型机组发电机出口断路器的制造难度、可靠性及成本。随着技术的成熟及相关设备成本的不断降低，目前绝大部分机组发电机出口均装设断路器。对于小型机组而言，断路器的制造难度及成本均较小，除提高系统安全性和稳定性外，设置发电机出口断路器，可减少设置启动/备用电源回路的投资，机组启动和停机检修电源可从高压配电装置经主变降压倒送至厂用电。如果单期建设项目有两回出线，则可互为备用，不设专用高压备用电源。如只有一条上网线路，可根据实际情况选择是否引接厂外高压备用电源。鉴于目前主变压器制造工艺非常成熟，在选择主流供货商的设备前提下，主变发生故障检修的概率很低，可不设厂外高压备用电源，大大节省投资费用。

2工程实例分析

为了能够更好的对上文做出解释，本文中将结合某地区经济发展较好的城市为例，对该地区生活来及焚烧发电项目进行简要分析。该项目中，配备2台单炉处理垃圾量为750吨/天的机械炉排炉及2台18兆瓦汽轮发电机组。通过外网情况的了解，可以清楚的知道，通过一回35千瓦的线路，2台18兆瓦发电机组在经过主变升压后进入到电网，共有三种接线形式，即：第一，单母线接线。这种接线方式具有着一定的优势，比如：具有更强的供电灵活性、稳定性最高。对于后期项目整改或者扩建来讲，有更好的适用性，但是，由于在初期的时候投入较高的成本，因此，在选用时，可以先考虑是否在未来具有扩建的发展趋势，以免花费过高的成本。第二，扩大电源线。双绕组变压器形式是本工程中采用的形式，有相关结果表明，10.5千伏的侧短路电流水平可以将电路控制在25000安内，因此，本次项目中采用10.5千伏对电流进行抑制，发电机出口断路器以及厂内用到的设备均采用轻型设备。因此，无需设置分裂电抗器。当然，6.3千伏的机组设备也可选择使用，但是，需要在计算之后，对三绕组变压器、电抗器等适当的添加，通过这样的方式控制电流水平。相比较单母线接线，这种方式更适合应用于初期投资。第三，发电机-变电器-线路接线。与扩大电源线方式相同，由于其技术经济不适用于扩大工程，因此不需要对此加以考虑。

如图1、图2所示，高压厂内使用的工作电源不需要设置单独的发电机主母线，只需要按照图中所示，从主变低压侧引接，高压用电采用单母线分段设计，两段母线可以做互为备用。图3的方案设计时采用单母线分段设计的方式设置发电机电压母线，高压厂用电源直接引自发电机出口母线。

由上面三个图可知，单个方案各有优缺点，其中，图1、图2方案的优点是供电安全性更高，主要是由于高压电动机与发电机出口并没有连接上。对于高压配电设备布置的灵活性来讲，也更能满足检修需要，但是，缺点在于需要增加经济成本，主要是由于需要增加两台开关柜设备。而图三的方案的优点在于发电机与主变间可以实现价差供电，造价也比较低，供电较为灵活，但是，缺点在于布置局限性大。如果单方面的从经济性来看，图3应该是最合适的设计方式。

图1　单母线接线

图2　发电机-变电器-线路接线

图3　扩大单元接线

本工程建设出线回路为一回，发电机出口设置断路器。考虑到目前成套设备制造水平成熟，采用不设置专用高压备用电源的方案。对于保安电源，可采用厂外专用电源引接和厂内设计柴油发电机两种方案。外接线路的优点是响应速度快，在全厂失电后可迅速投切，确保保安负荷的供电稳定。且再不考虑高压备用电源的情况下，保安电源的容量一般较小，变压器可采用干式变，整个系统建设、运行费用均较低。其缺点是受当地政策、环境限制因素较多。采用柴油发电机的优点是建设不受外部因素制约。但其缺点包括启动时间较长，投资较大，不仅对布置、消防的要求较多，且运行维护均有较高要求。是在项目无法取得外部专业线路或厂址距电源点较远，架设专用线路成本较大情况下的备选方案。

结语

对于生活垃圾焚烧发电项目的主接线设计，除了要充分项目实际情况外，更要充分考虑项目建设的经济性。因为其机组容量小，受物料输送及容量限制，在整个电网中的地位及扮演的角色无法和传统火电机组相比，对其发电可靠性及经济性的取舍可做适当调整，无需为了更高的可靠性牺牲经济性。故主要的设计原则应是在满足供电安全可靠的前提下，尽量简化电气主接线设计以节约初投资及运行费用，并通过合理选择厂用电设计方式，调整元件参数以限制短路电流水平，达到优化导体及设备选型的目的。

参考文献

[1]杨建楠.生活垃圾焚烧发电项目电气主接线设计[J].电力勘测设计,2017(03):62-64.

[2]水利电力西北电力设计院．电力工程电气设计手册：电气一次部分［Ｍ］．北京：中国电力出版社，1989．