垃圾焚燒發(fā)電廠直流系統(tǒng)設(shè)備及材料自動(dòng)選型設(shè)計(jì)

張 典

中國(guó)輕工業(yè)廣州工程有限公司，廣東 廣州 511434

0 引言

直流電源作為垃圾焚燒發(fā)電廠重要負(fù)荷的電源，為電廠的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要的保證，因此直流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹安全適用、技術(shù)先進(jìn)等原則，并滿足相應(yīng)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定[1-3]。垃圾焚燒發(fā)電廠屬于小型火力發(fā)電項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目規(guī)模類(lèi)似，機(jī)組數(shù)量一般為1～2臺(tái)，且機(jī)組容量較小，單臺(tái)一般不超過(guò)50 MW，對(duì)應(yīng)的直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)也相對(duì)固化。在實(shí)際的直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)院對(duì)系統(tǒng)提出的具體設(shè)備及材料參數(shù)通常較少，增加了業(yè)主單位設(shè)備招采中技術(shù)比對(duì)的工作量，以及設(shè)計(jì)院核對(duì)的工作量，未形成統(tǒng)一的滿足要求的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。因此，在實(shí)際的工作中，有必要形成一套標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)計(jì)算、設(shè)計(jì)方法，這對(duì)于工作效率的提高有很大的幫助，并能給業(yè)主單位提供更好的服務(wù)。

1 直流系統(tǒng)的組成及負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

1.1 直流系統(tǒng)的組成

垃圾焚燒發(fā)電廠直流系統(tǒng)一般由蓄電池、充電裝置、電纜、斷路器、熔斷器、隔離開(kāi)關(guān)、直流柜等組成。

1.2 直流系統(tǒng)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

垃圾焚燒發(fā)電廠直流系統(tǒng)負(fù)荷主要包括控制負(fù)荷、保護(hù)負(fù)荷、直流長(zhǎng)明燈、應(yīng)急照明、熱工控制負(fù)荷、熱工動(dòng)力負(fù)荷、直流潤(rùn)滑油泵、系統(tǒng)通信負(fù)荷、斷路器合閘電流，以及UPS等。

根據(jù)《電力工程直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5044—2014）第4.2條及附錄C，形成直流系統(tǒng)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表，計(jì)算和選擇出蓄電池（組）類(lèi)型、電壓、數(shù)量、容量等參數(shù)，如表1所示。

表1 直流負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

其中，事故放電初期（放電時(shí)間1 min）沖擊蓄電池l0 h（或5 h）放電率計(jì)算容量為333.75 A，第一階段計(jì)算容量（1～30 min）為427.62 A，第二階段計(jì)算容量（30～60 min）為579.44 A，第三階段計(jì)算容量（60～120 min）為517.82 A，隨機(jī)負(fù)荷計(jì)算容量（5 s）為10 A，蓄電池計(jì)算容量為589.44 A，選擇蓄電池容量為600 Ah。

蓄電池類(lèi)型為膠體閥控式鉛酸蓄電池，浮充電電壓為2.25 V，末期放電終止電壓為1.87 V，可靠系數(shù)為1.4，系統(tǒng)標(biāo)稱電壓為200 V，蓄電池組個(gè)數(shù)為103個(gè)。根據(jù)實(shí)際負(fù)荷數(shù)據(jù)輸入表中，每個(gè)項(xiàng)目根據(jù)規(guī)模的大小會(huì)有些不同，其他區(qū)域?yàn)樽詣?dòng)生成的結(jié)果。

2 蓄電池組選擇

（1）直流電源宜采用閥控式密封鉛酸蓄電池，也可采用固定型排氣式鉛酸蓄電池。（2）小型發(fā)電廠、110 kV及以下變電站可采用鎘鎳堿性蓄電池。（3）核電廠常規(guī)島宜采用固定型排氣式鉛酸蓄電池。（4）單機(jī)容量為125 MW 級(jí)以下機(jī)組的火力發(fā)電廠，當(dāng)機(jī)組臺(tái)數(shù)為2臺(tái)及以上時(shí)，全廠宜裝設(shè)2組控制負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷合并供電的蓄電池。針對(duì)機(jī)爐不匹配的發(fā)電廠，可根據(jù)機(jī)爐數(shù)量和電氣系統(tǒng)情況為每套獨(dú)立的電氣系統(tǒng)設(shè)置單獨(dú)的蓄電池組。

3 蓄電池電壓、充電裝置自動(dòng)選型

根據(jù)《電力工程直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5044—2014）附錄C、附錄D，分別計(jì)算單個(gè)蓄電池及蓄電池組均衡充電電壓、浮充電電壓、事故放電末期單個(gè)蓄電池出口端電壓、充電裝置額定電流、高頻開(kāi)關(guān)電源整流裝置配置等，并進(jìn)行自動(dòng)結(jié)果驗(yàn)算，具體如下。

（1）單體蓄電池及蓄電池組均衡充電電壓不大于2.35 V，取2.35 V。（2）蓄電池組均浮充電電壓為231.8 V，為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的1.05倍。（3）事故放電末期，單個(gè)蓄電池出口端電壓為87.55（%），表明該出口端電壓不低于直流電源系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的87.5%。（4）充電裝置額定電流（均衡充電）為85 A，取100 A。（5）高頻開(kāi)關(guān)電源整流裝置配置為20 A，個(gè)數(shù)為6，其中個(gè)數(shù)選擇范圍為3～8。

4 主要回路電纜截面的選擇

4.1 按電流條件選擇

蓄電池組引出來(lái)的電纜宜采用單芯，蓄電池組至直流柜的電纜載流量不應(yīng)小于330.00 A，其中，事故停電時(shí)間的蓄電池放電率電流為5.5I10=5.5×C10÷10。蓄電池組至直流柜回路的電纜截面不小于276.00 mm2，如選擇電纜截面為300.00 mm2、長(zhǎng)度為50.00 m時(shí)，經(jīng)自動(dòng)校驗(yàn)，不小于23.36 mm2，滿足要求。

4.2 按電壓條件選擇

（1）直流電動(dòng)機(jī)回路的電纜截面不小于15.05 mm2，選擇電纜截面為16.00 mm2，長(zhǎng)度為100 m，經(jīng)自動(dòng)校驗(yàn)，滿足要求。（2）1臺(tái)10 kV斷路器合閘回路的電纜截面不小于0.45 mm2，選擇電纜截面為4 mm2，長(zhǎng)度為70 m，經(jīng)自動(dòng)校驗(yàn)，滿足要求。（3）控制及信號(hào)回路的電纜截面不小于1.08 mm2，選擇電纜截面為4 mm2，長(zhǎng)度為120 m，經(jīng)自動(dòng)校驗(yàn)，滿足要求。（4）直流應(yīng)急照明回路的電纜截面不小于3.68 mm2，選擇電纜截面為4 mm2，長(zhǎng)度為220 m，經(jīng)自動(dòng)校驗(yàn)，滿足要求。

5 直流系統(tǒng)短路電流計(jì)算、斷路器及隔離開(kāi)關(guān)的選型

根據(jù)《電力工程直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5044—2014）第6.5～6.7條、附錄A、附錄G，直流斷路器的選擇應(yīng)符合下列規(guī)定：額定電壓應(yīng)大于或者等于回路最大工作電壓；額定電流大于回路的最大工作電流；斷流能力應(yīng)滿足安裝點(diǎn)最大預(yù)期短路電流的要求；耐受電流應(yīng)大于安裝點(diǎn)最大短路電流；各級(jí)斷路器滿足選擇配合的要求等。

根據(jù)斷路器所在回路的上述條件（其中安裝點(diǎn)的短路電流為根據(jù)系統(tǒng)的容量、電壓等級(jí)、系統(tǒng)的阻抗等自動(dòng)計(jì)算），選擇合適的開(kāi)關(guān)，并進(jìn)行必要的驗(yàn)算，具體如下。

（1）蓄電池出口短路電流為9.39 kA，直流母線短路電流為7.47 kA，短路分?jǐn)嚯娏骷澳褪茈娏鞑淮笥?6 kA，選擇C型塑殼斷路器，瞬時(shí)脫扣倍數(shù)取6。經(jīng)校驗(yàn)，靈敏系數(shù)為2.59，大于1.05，滿足要求。（2）蓄電池出口斷路器額定電流為330 A，取400 A，與額定電流為160 A的塑殼斷路器配合系數(shù)為2.5。經(jīng)自動(dòng)校驗(yàn)，滿足要求。（3）160 A塑殼斷路器安裝處短路電流為7.28 kA，短路分?jǐn)嚯娏骷澳褪茈娏鞑淮笥?6 kA，選擇C型斷路器，瞬時(shí)脫扣倍數(shù)取10。經(jīng)校驗(yàn)，靈敏系數(shù)為4.85，大于1.05，滿足要求。（4）63 A 微型斷路器安裝處短路電流為2.76 kA，短路分?jǐn)嚯娏骷澳褪茈娏鞑淮笥?0 kA，選擇C型斷路器，瞬時(shí)脫扣倍數(shù)取10。經(jīng)校驗(yàn)，靈敏系數(shù)為2.21，大于1.05，滿足要求。（5）終端斷路器宜選用B型脫扣，整定范圍為4～7 In，分?jǐn)鄷r(shí)間不超過(guò)10 ms。（6）兩套直流系統(tǒng)間的分段開(kāi)關(guān)額定電流不小于120.95 A，取125 A。經(jīng)校驗(yàn)，滿足要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為垃圾焚燒發(fā)電廠電氣專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)的一部分，涉及的內(nèi)容相對(duì)較多，如果未進(jìn)行正確的計(jì)算和選型設(shè)計(jì)，就給后面的安全、穩(wěn)定運(yùn)行埋下隱患，因此相關(guān)人員有必要在設(shè)計(jì)的廣度和深度上進(jìn)行研究，并結(jié)合垃圾焚燒發(fā)電廠的特點(diǎn)，形成一套標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算和選型的設(shè)計(jì)文件，對(duì)工作質(zhì)量和效率的提高有很大的幫助，也體現(xiàn)出設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)水準(zhǔn)。垃圾焚燒發(fā)電廠涉及的電氣專(zhuān)業(yè)計(jì)算比較多，其中直流系統(tǒng)的自動(dòng)選型設(shè)計(jì)也為其他方面的計(jì)算指出了方向，具有廣闊的應(yīng)用空間。