火電機(jī)組煙氣脫硫改造工程電氣設(shè)計(jì)若干問(wèn)題的探討

周 平，吳順根

（浙能嘉興發(fā)電有限公司，浙江 平湖 314201）

隨著國(guó)家對(duì)脫硫減排要求的提高，目前新建火電機(jī)組必須同步建設(shè)煙氣脫硫工程，而對(duì)已經(jīng)投入運(yùn)行的一大批火電機(jī)組也正逐步實(shí)施煙氣脫硫改造工程。煙氣脫硫改造工程需要在原有機(jī)組系統(tǒng)已經(jīng)投入運(yùn)行的情況下進(jìn)行考慮，一方面要做好與機(jī)組系統(tǒng)接口部分配合設(shè)計(jì)，另外還要兼顧考慮可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

1 脫硫系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)

某發(fā)電廠一、二期工程分別安裝2臺(tái)300 MW和4臺(tái)600 MW燃煤機(jī)組，采用單元制接線方式，廠用電設(shè)6 kV及400 V 2個(gè)電壓等級(jí)，脫硫工藝設(shè)計(jì)方案選用國(guó)內(nèi)最為普遍的石灰石－石膏濕法脫硫工藝，以一期工程（1，2號(hào)機(jī)組）為例，研究脫硫改造過(guò)程中，電氣部分設(shè)計(jì)要求。

為與一期工程2臺(tái)機(jī)組廠用電系統(tǒng)保持一致，脫硫電氣系統(tǒng)也設(shè)置6 kV及400 V 2個(gè)電壓等級(jí)，每臺(tái)機(jī)組脫硫6 kV系統(tǒng)都設(shè)置1段母線（單母線接線），采用雙電源供電方式，其工作電源分別由主廠房6 kV工作段1B（2B）引接，2臺(tái)機(jī)組6 kV脫硫母線間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。正常工作時(shí)2段脫硫母線分列運(yùn)行，分別由各自機(jī)組的主廠房廠用電供電；當(dāng)1臺(tái)機(jī)組6 kV脫硫母線工作電源故障時(shí)聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘，2臺(tái)機(jī)組脫硫廠用電負(fù)荷全部由另一臺(tái)機(jī)組供電。

400 V系統(tǒng)采用PC-MCC接線方式，2臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)設(shè)2臺(tái)低壓脫硫工作變，400 V低壓脫硫母線分別給各自機(jī)組脫硫低壓負(fù)荷和2臺(tái)機(jī)組低壓脫硫公用負(fù)荷供電，2臺(tái)低壓脫硫工作變互為備用。當(dāng)1臺(tái)低壓脫硫工作變故障時(shí)，由另一臺(tái)變壓器負(fù)擔(dān)起2臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)的低壓負(fù)荷。脫硫電氣主接線見圖1。

圖1 脫硫系統(tǒng)電氣接線

每臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)設(shè)1段保安段，分別設(shè)置3路電源進(jìn)線，其中一路來(lái)自外部本廠二期工程電源。每臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)單獨(dú)配置1套直流系統(tǒng)和1套UPS系統(tǒng)，分別作為脫硫系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備直流控制電源、脫硫控制系統(tǒng)（DCS）及其他重要負(fù)荷的工作電源。脫硫保安段電氣接線見圖2，另外工藝流程所需制粉車間6 kV電源由本廠二期工程供電；石膏脫水系統(tǒng)及廢水處理系統(tǒng)與本廠二期工程公用。

圖2 脫硫保安段電氣接線

2 分析與討論

2.1 容量分析

在圖1中，脫硫6 kV母線的工作電源取自本機(jī)組6 kV工作B段，備用電源則取用另一臺(tái)機(jī)組的脫硫6 kV母線，也就是所謂的暗備用方式。這里需要討論2個(gè)問(wèn)題，一是原來(lái)機(jī)組的受電母線容量是否滿足要求，二是供電的可靠性是否滿足脫硫系統(tǒng)的要求。

容量校驗(yàn)可依據(jù)《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)定》）中有關(guān)原則，采用換算系數(shù)法對(duì)廠用電負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，按所有負(fù)荷投入且1，2號(hào)機(jī)一致來(lái)分別計(jì)算6 kV工作B段負(fù)荷容量和6 kV脫硫段母線負(fù)荷容量，具體負(fù)荷和各負(fù)荷所選取的換算系數(shù)列于表1和表2。

表1 6 kV工作B段負(fù)荷及換算系數(shù)

表2 6 kV脫硫段負(fù)荷及換算系數(shù)

按照表1、表2計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)比高壓廠變或啟備變?nèi)萘浚疵摿蚋脑旌螅? kV B段母線總?cè)萘繛楸?、表2合計(jì)數(shù)據(jù)之和（15 632+4 590）=20 222 kVA小于高壓廠變或啟備變額定容量（25 000 kVA），高壓廠變或啟備變?nèi)萘繚M足脫硫母線接入后的要求。根據(jù)《規(guī)定》有關(guān)要求，此時(shí)還應(yīng)校驗(yàn)最大容量電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的母線電壓情況，即啟動(dòng)時(shí)母線電壓應(yīng)大于80%Un。高廠變和啟備變阻抗電壓百分?jǐn)?shù)為11%，電動(dòng)給水泵電機(jī)為最大容量電機(jī)（計(jì)算容量為5 400 kVA）。具體計(jì)算見式（1）， （2）， （3）。

（1）啟動(dòng)時(shí)總負(fù)荷標(biāo)幺值（以變壓器容量為基準(zhǔn)值，下同）：

式中：S為啟動(dòng)時(shí)總負(fù)荷，即去掉一臺(tái)最大容量電動(dòng)機(jī)后的負(fù)荷；SB為高廠變或啟備變額定容量；S*為啟動(dòng)時(shí)總負(fù)荷標(biāo)么值。（2）電動(dòng)給水泵啟動(dòng)負(fù)荷標(biāo)幺值：

式中：Sqd*為電動(dòng)給水泵啟動(dòng)負(fù)荷標(biāo)么值；Kq為電動(dòng)給水泵自啟動(dòng)倍數(shù)，取5.3；Se，Pe分別為電動(dòng)給水泵額定容量、額定功率，Se=Pe/（cosφ×η）。

（3）母線啟動(dòng)電壓標(biāo)幺值：

式中：Uqd*為母線啟動(dòng)電壓標(biāo)么值；U0*為電源端母線電壓標(biāo)么值，取1；Ud*為高廠變和啟備變阻抗電壓百分?jǐn)?shù)，實(shí)際為11%。

實(shí)際Uqd>80%，滿足要求。

根據(jù)上述計(jì)算，在6 kV脫硫電氣系統(tǒng)接入后，機(jī)組側(cè)6 kV B段母線容量及啟動(dòng)電壓能滿足要求。但如果需要作為另一臺(tái)機(jī)組的備用自投電源時(shí)，需要考慮自投于另一臺(tái)機(jī)組的6 kV B段母線時(shí)對(duì)啟備變B的影響。

表3數(shù)據(jù)為1臺(tái)機(jī)組主燃料跳閘（MFT）時(shí)，6 kV B段負(fù)荷分布情況。由表3可知，在啟備變B帶1機(jī)運(yùn)行并作為1機(jī)備用自投電源時(shí)，最大可能負(fù)荷為 39 137 kVA（15 632+4 590+18 915），此時(shí)，啟備變B將過(guò)載（1.57倍）；如果考慮機(jī)組MFT時(shí)，該機(jī)組脫硫負(fù)荷停運(yùn)、電泵未啟動(dòng)以及運(yùn)行機(jī)組電泵已經(jīng)停運(yùn)，此時(shí)負(fù)荷約為23 747 kVA（39 137-4 590-5 400-5 400），與啟備變 B 容量接近。

因此，應(yīng)認(rèn)真考慮上述情況，如前者（極端情況下）可選擇退出備自投，后者即使不退出備自投，但也要禁止大電機(jī)啟動(dòng)，防止啟備變B的容量超限，危及正常運(yùn)行機(jī)組。

2.2 接線分析

前已述及6 kV脫硫段工作電源故障時(shí)，由備用電源供電，從理論上講提供2路電源，并且同時(shí)實(shí)現(xiàn)帶電并列切換及失電串聯(lián)快速切換，將有效保證供電可靠性。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況考慮這種方式的必要性。首先，要分析工作電源故障的可能性，一是6 kV B段失電，二是6 kV脫硫段電源開關(guān)或引接電纜故障時(shí)，兩者都會(huì)導(dǎo)致工作電源失去。實(shí)際運(yùn)行情況表明當(dāng)6 kV B段失電時(shí)，機(jī)組也將無(wú)法正常運(yùn)行，此時(shí)6 kV脫硫段失電也不會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題的出現(xiàn)。而對(duì)于后者，確實(shí)需要備用電源快速切換來(lái)保證脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

表3 機(jī)組MFT時(shí)6 kV B段母線負(fù)荷

綜合上述計(jì)算，如果此時(shí)由另一機(jī)脫硫段提供電源，此時(shí)正常機(jī)組的高壓廠變B的負(fù)荷達(dá)到24 812 kVA（15 632+4 590+4 590）， 將接近額定容量，最大電機(jī)啟動(dòng)電壓也將達(dá)到臨界值（80%），對(duì)正常運(yùn)行機(jī)組也將帶來(lái)一定風(fēng)險(xiǎn)。因此，受供電容量和引接方式所限，此備用電源的必要性值得商榷，脫硫電源開關(guān)及引接電纜出現(xiàn)故障的概率很小，這種備用電源方式的必要性不大，當(dāng)然上述容量計(jì)算分析還需要通過(guò)實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)。

對(duì)于400 V脫硫PC段，2臺(tái)機(jī)組間設(shè)置聯(lián)絡(luò)開關(guān)，與6 kV脫硫系統(tǒng)類似，采用暗備用方式非常有必要，當(dāng)6 kV脫硫段失電后，400 V脫硫PC段則可以通過(guò)聯(lián)絡(luò)開關(guān)受電，只要低壓脫硫變的容量足夠，就能保證相關(guān)負(fù)荷的正常供電。

圖2中的脫硫保安電源接線，實(shí)際設(shè)計(jì)了3路電源供電，保證了供電可靠性，其中第3路電源以發(fā)電廠二期工程相關(guān)400 V電源處引接。當(dāng)外部電網(wǎng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)會(huì)影響一、二期所有機(jī)組，此時(shí)脫硫保安電源將無(wú)法保證正常供電。建議從本機(jī)組的主機(jī)保安電源引接1路電源作為第3路的保安進(jìn)線電源，畢竟主機(jī)保安電源有獨(dú)立于外部電網(wǎng)的柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。

對(duì)于脫硫UPS和直流系統(tǒng)，改造工程各增加1套；從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際接線以及負(fù)荷情況來(lái)看，負(fù)荷非常小。因此完全可以從主機(jī)UPS及主機(jī)直流系統(tǒng)引接電源，機(jī)組側(cè)的UPS系統(tǒng)和直流系統(tǒng)的可靠性要遠(yuǎn)高于脫硫系統(tǒng)的要求。改造工程增加上述設(shè)備后，既降低了可靠性又增加了設(shè)備維護(hù)的工作量。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)脫硫電氣系統(tǒng)的分析，指出了脫硫電氣系統(tǒng)對(duì)機(jī)組的影響以及脫硫系統(tǒng)自身可靠性的影響，結(jié)合分析情況提出建議：

（1）應(yīng)認(rèn)真分析脫硫投運(yùn)后，啟備變B作為1機(jī)或者2機(jī)6 kV B段的啟動(dòng)及備用電源時(shí)，對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行的影響，包括廠用快切的投退及廠用負(fù)荷的容量控制。

（2）6 kV脫硫段備用電源，由于受容量和引接方式限制，其必要性值得商榷；實(shí)際運(yùn)行中如確需要投入運(yùn)行，應(yīng)進(jìn)一步分析計(jì)算，并經(jīng)實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)。

（3）脫硫電氣系統(tǒng)的保安電源、UPS及直流等可靠性要求較高的電源，應(yīng)充分利用機(jī)組現(xiàn)有的電源系統(tǒng)，既可以保證供電的可靠性，又可減少維護(hù)工作量。

[1]華東電力設(shè)計(jì)院.DL/T 5153-2002火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].北京：中國(guó)電力出版社，2002.

[2]周平，劉惠芳，周密.300 MW機(jī)組廠用電系統(tǒng)改造的分析[J].華東電力，2000，28（12）:46-48.