燃煤鍋爐煙氣處理工程供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：根據(jù)對(duì)供電可靠性的要求及中斷供電對(duì)所造成經(jīng)濟(jì)損失的影響程度，首先確定電力負(fù)荷等級(jí)和供電電源要求，通過(guò)負(fù)荷計(jì)算選擇變壓器容量，然后從高壓配電、低壓配電、無(wú)功補(bǔ)償、機(jī)電設(shè)備控制和防雷接地等多方面對(duì)該供配電系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，并應(yīng)用于某造紙企業(yè)燃煤鍋爐煙氣處理工程。結(jié)果表明，該供配電系統(tǒng)能夠保證煙氣處理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，確保企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：煙氣處理;供配電系統(tǒng);無(wú)功補(bǔ)償;防雷接地

0? ? 引言

燃煤鍋爐煙氣中含有大量的SO2、NOx、顆粒物等污染物，直接排放會(huì)造成嚴(yán)重的大氣污染。近年來(lái)，國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)日益重視，排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，部分地區(qū)執(zhí)行超低排放標(biāo)準(zhǔn)。某工程是某造紙企業(yè)自用電廠燃煤鍋爐配套工程，4臺(tái)35 t/h鍋爐的煙氣經(jīng)過(guò)“SNCR脫硝+布袋除塵+石灰石—石膏濕法脫硫+濕式電除塵”進(jìn)行處理后達(dá)到超低標(biāo)準(zhǔn)排放。供配電系統(tǒng)則是保證該煙氣處理正常運(yùn)行的前提，如果出現(xiàn)故障停電，煙氣未能處理達(dá)標(biāo)排放，不但要面臨環(huán)保高額罰款，甚至?xí)斐善髽I(yè)停產(chǎn)，如果長(zhǎng)時(shí)間停電還有可能引起處理設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞。因此，供配電系統(tǒng)穩(wěn)定性十分重要。本文根據(jù)該煙氣處理工程特點(diǎn)和企業(yè)的實(shí)際情況，對(duì)其供配電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

1? ? 負(fù)荷等級(jí)和電源

由前文所述該煙氣處理系統(tǒng)故障可能會(huì)引起的設(shè)備損壞和經(jīng)濟(jì)損失，根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50052—2009）中關(guān)于電力負(fù)荷的分級(jí)，本工程負(fù)荷應(yīng)視為三級(jí)負(fù)荷。但是根據(jù)企業(yè)自身情況和環(huán)保部門的要求，其供配電系統(tǒng)需要連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，故該工程供配電系統(tǒng)按照二級(jí)負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

本系統(tǒng)采用雙回路10 kV電纜線路供電，分別引自廠用變電所不同母線段，沿廠區(qū)原有綜合管架敷設(shè)至本工程變配電室。

2? ? 負(fù)荷計(jì)算[1-2]

本工程主要機(jī)電設(shè)備為水泵和風(fēng)機(jī)，電機(jī)電壓等級(jí)均為交流380 V。采用需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，查《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》得到需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)，再根據(jù)設(shè)備額定功率、裝機(jī)（工作）數(shù)量和功率因數(shù)計(jì)算得到：裝機(jī)容量為1 720.2 kW、工作容量為1 558.6 kW，計(jì)算負(fù)荷Pjs=1 166.14 kW、Qjs=951.58 kvar、Sjs=1 505.12 kVA、cos φ=0.77。

根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50052—2009）第4.0.5條的規(guī)定“同時(shí)供電的兩回及以上供電線路中，當(dāng)有一回路中斷供電時(shí)，其余線路應(yīng)能滿足全部一級(jí)負(fù)荷及二級(jí)負(fù)荷”和《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第2.4.1.3條“變壓器的長(zhǎng)期負(fù)載率不宜大于85%”的原則，選擇單臺(tái)變壓器容量為2 000 kVA，2臺(tái)并列獨(dú)立運(yùn)行。

3? ? 供配電系統(tǒng)

根據(jù)廠區(qū)平面布置，在工藝聯(lián)合樓一層設(shè)置10 kV變配電室1個(gè)，高壓和低壓系統(tǒng)布置于同一室內(nèi)，高壓電源分別經(jīng)兩臺(tái)10/0.4 kV干式變壓器至相應(yīng)低壓配電系統(tǒng)。

3.1? ? 高壓配電系統(tǒng)

10 kV高壓配電系統(tǒng)主接線采用分段單母線方式，中間設(shè)母聯(lián)，2臺(tái)進(jìn)線和1臺(tái)母聯(lián)斷路器及相應(yīng)隔離開(kāi)關(guān)之間進(jìn)行互鎖，防止誤操作。正常運(yùn)行時(shí)，兩段母線獨(dú)立運(yùn)行，母聯(lián)斷開(kāi)。每路高壓電源分別設(shè)隔離柜、壓變柜、進(jìn)線柜，根據(jù)業(yè)主要求，該處理工程用電全部納入廠區(qū)用電，不再單獨(dú)計(jì)量。10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜選用KYN28-12型，具備“五防”功能，柜內(nèi)斷路器選用真空斷路器，彈簧儲(chǔ)能操作，操作電源采用交流電源，由進(jìn)線處壓變提供。繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置采用微機(jī)綜合保護(hù)器，其中變壓器保護(hù)由出線柜內(nèi)綜合保護(hù)器實(shí)現(xiàn)，設(shè)置電流速斷、帶時(shí)限過(guò)流、單相接地、高溫和零序電流等保護(hù);10 kV高壓電纜保護(hù)由上級(jí)變電所饋電柜內(nèi)綜合保護(hù)器實(shí)現(xiàn)，設(shè)置電流速斷、單相接地、過(guò)負(fù)荷等保護(hù)。

3.2? ? 低壓配電系統(tǒng)

2臺(tái)變壓器低壓側(cè)分別設(shè)單母線，中間設(shè)母聯(lián)，2臺(tái)出線斷路器和1臺(tái)母聯(lián)斷路器進(jìn)行互鎖，防止誤操作。正常運(yùn)行時(shí)，兩段母線獨(dú)立運(yùn)行，母聯(lián)斷開(kāi)。低壓開(kāi)關(guān)柜選用MNS型抽屜式，變壓器低壓側(cè)總出線和母聯(lián)斷路器選用空氣斷路器，實(shí)現(xiàn)接地、電流速斷及過(guò)電流和過(guò)負(fù)荷保護(hù);其余各低壓饋電選用塑殼斷路器，實(shí)現(xiàn)短路、過(guò)負(fù)荷和接地保護(hù)。

3.3? ? 低壓無(wú)功補(bǔ)償

根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇姴块T要求，用戶端的功率因數(shù)不應(yīng)低于0.92。本工程采用在低壓側(cè)集中補(bǔ)償?shù)姆绞?，選用低壓并聯(lián)電容器組進(jìn)行補(bǔ)償。查《建筑電氣常用數(shù)據(jù)》得到功率因數(shù)由0.77提高到0.92的補(bǔ)償量為0.403 kvar/kW[3]，故本配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償量Qc=1 166.14×0.403≈470 kvar，由廠家成套配置并裝設(shè)無(wú)功自動(dòng)投切裝置。

3.4? ? 機(jī)電設(shè)備控制

變配電室內(nèi)設(shè)2段MCC，機(jī)電設(shè)備直接受其控制。根據(jù)《通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50055—2011）中關(guān)于低壓電動(dòng)機(jī)的保護(hù)要求，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)主控回路裝設(shè)短路、接地故障、過(guò)載、斷相和低壓保護(hù)，采用“塑殼斷路器+交流接觸器+馬達(dá)保護(hù)器”的配置。為了防止電機(jī)啟動(dòng)電流對(duì)配電系統(tǒng)的沖擊，本工程中8臺(tái)功率為110 kW的脫硫塔循環(huán)泵配置了軟啟動(dòng)器保護(hù)。

同時(shí)在各機(jī)電設(shè)備附近便于操作和觀察的地方按組設(shè)置就地按鈕箱，按鈕箱上設(shè)“就地/遠(yuǎn)程”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)按鈕、停止按鈕和狀態(tài)指示燈，為防止突然啟動(dòng)可能危及設(shè)備周圍人員安全，按鈕箱上還設(shè)有鎖扣式急停按鈕[4]。

供配電系統(tǒng)圖如圖1所示。

4? ? 防雷和接地

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50057—2010），本工程建筑物按照第3類防雷建筑物進(jìn)行防雷措施設(shè)計(jì)，建筑物屋面設(shè)接閃帶，利用混凝土柱內(nèi)鋼筋作為引下線。

本工程2臺(tái)變壓器選用D，yn11接線組別，其中性點(diǎn)通過(guò)電纜連接后在低壓進(jìn)線柜內(nèi)與接地的PE線一點(diǎn)連接而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)接地。同時(shí)，低壓配電系統(tǒng)采用TN-C-S的接地型式，PE線與PEN線在低壓總進(jìn)線柜內(nèi)一點(diǎn)分開(kāi)后不再合并[5]。

本工程的系統(tǒng)接地、保護(hù)接地、防雷接地共用接地裝置，接地電阻不大于1 Ω。充分利用建筑物基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋作為接地體，同時(shí)在變配電室外設(shè)人工接地裝置，由垂直接地極和水平接地極組成，埋深不小于800 mm。

5? ? 電纜敷設(shè)

本工程電纜選用YJV型，按設(shè)備功率選擇截面，電纜持續(xù)載流量在考慮敷設(shè)系數(shù)后不小于設(shè)備正常工作電流，電纜敷設(shè)采用電纜溝、橋架和穿管埋地相結(jié)合的方式，敷設(shè)、穿管、封堵等按照《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50217—2007）要求執(zhí)行。

6? ? 結(jié)語(yǔ)

本工程供配電系統(tǒng)是否穩(wěn)定直接決定了煙氣處理能否正常運(yùn)行，嚴(yán)格按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范執(zhí)行是供配電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提條件。該供配電系統(tǒng)自運(yùn)行以來(lái)，保證了該企業(yè)鍋爐煙氣的達(dá)標(biāo)處理排放，維護(hù)了企業(yè)的正常生產(chǎn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 中國(guó)航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司.工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].4版.北京：中國(guó)電力出版社，2016.

[2] 中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究院.給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)（第8冊(cè) 電氣與自控）[M].2版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[3] 中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.建筑電氣常用數(shù)據(jù)[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2006.

[4] 崔東鋒.礦井水處理廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2016，37（5）：14-17.

[5] 王厚余.低壓電氣裝置的設(shè)計(jì)安裝和檢驗(yàn)[M].2版.北京：中國(guó)電力出版社，2007.

收稿日期：2020-06-08

作者簡(jiǎn)介：洪飛（1984—），男，浙江杭州人，工程師，主要從事環(huán)保工程電氣及自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究工作。