焚燒垃圾發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)淺析

王政一, 侯 婕

(中國航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司, 北京 100120)

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和新型城鎮(zhèn)化的不斷加深,垃圾大量增長,各種資源短缺[1-3]。焚燒處理垃圾的方式成為了處理垃圾問題的優(yōu)選[4]。我國焚燒垃圾發(fā)電起步較晚,與發(fā)達(dá)國家相比還有一定差距,但是逐漸成為解決處理垃圾和供電短缺的重要手段。如何更好地融合垃圾處理和垃圾發(fā)電平衡,精準(zhǔn)地落實(shí)因地方引起的對(duì)焚燒垃圾發(fā)電廠的差異性要求,成為了焚燒垃圾發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)質(zhì)量綜合提升的要點(diǎn),需要電氣工程師重點(diǎn)關(guān)注。

與衛(wèi)生填埋等垃圾處理方式相比,焚燒垃圾發(fā)電實(shí)現(xiàn)了減量化、無害化和資源化處理,垃圾減量效果非常顯著[5-7]。焚燒垃圾后質(zhì)量比處理前減少了70%,甚至高達(dá)90%。焚燒處理后的垃圾采用填埋處理,可以節(jié)約出大量的土地資源。垃圾經(jīng)過焚燒之后,其攜帶的細(xì)菌、致病菌被徹底消滅,是衛(wèi)生填埋處理垃圾等方式所不具備的優(yōu)勢(shì)。焚燒垃圾處理真正實(shí)現(xiàn)了垃圾的“無害化”處理。與傳統(tǒng)認(rèn)知不同的是,垃圾不再是廢棄、骯臟之物,而是可再生資源,焚燒垃圾發(fā)電也進(jìn)入了新能源發(fā)電目錄。焚燒垃圾發(fā)電廠不僅可以獲得垃圾處理費(fèi)用,還可享受國家的補(bǔ)貼以及稅收等優(yōu)惠政策,部分處理后的廢渣還可以制成建筑材料,實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。

1 電氣設(shè)計(jì)原則

電氣設(shè)計(jì)要依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,并結(jié)合焚燒垃圾發(fā)電廠的實(shí)際情況,不僅滿足供電需求和靈活調(diào)度的現(xiàn)實(shí)需要以及技術(shù)安全標(biāo)準(zhǔn),還要考慮維護(hù)方便、遠(yuǎn)景運(yùn)維和系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及設(shè)備元件的安全可靠等。根據(jù)發(fā)電機(jī)組發(fā)電量和廠用電負(fù)荷,確定垃圾每日處理規(guī)模和電廠接入電網(wǎng)方案,預(yù)留電廠增容擴(kuò)建空間。電氣設(shè)計(jì)供電安全可靠最為關(guān)鍵。在電氣設(shè)計(jì)中,應(yīng)杜絕電源中斷導(dǎo)致的設(shè)備、人員傷亡等事故,全面考察焚燒垃圾發(fā)電廠的基本情況、規(guī)劃設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備及其負(fù)荷情況和運(yùn)行環(huán)境。根據(jù)焚燒垃圾發(fā)電項(xiàng)目類型,規(guī)劃設(shè)計(jì)焚燒垃圾發(fā)電廠總?cè)萘?、機(jī)組容量及機(jī)組數(shù)量,確定最大運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷持續(xù)時(shí)間。其次,要充分考慮焚燒垃圾發(fā)電廠的運(yùn)維。設(shè)計(jì)的焚燒垃圾發(fā)電廠應(yīng)方便運(yùn)維人員常規(guī)操作和維護(hù)。隨著垃圾管理體系的不斷完善和日趨增加,還要考慮電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的長遠(yuǎn)發(fā)展需要,預(yù)留電網(wǎng)增容擴(kuò)建空間。此外,焚燒垃圾發(fā)電廠建設(shè)投資和后期運(yùn)維應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)合理和適用美觀的原則。

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 電氣主接線

焚燒垃圾發(fā)電廠主要處理城市生活垃圾,焚燒垃圾發(fā)電廠總?cè)萘看蟛糠衷?0 MW以下,發(fā)電機(jī)出口電壓多選用10.5 kV。焚燒垃圾發(fā)電廠發(fā)電機(jī)一般采用單母線接線,并且按照發(fā)電機(jī)組分段。焚燒垃圾發(fā)電廠發(fā)電機(jī)主接線形式需要結(jié)合實(shí)際情況,綜合考慮發(fā)電機(jī)組的安全性、可靠性。焚燒垃圾發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組中性點(diǎn)使用非直接接地連接方式,需要在發(fā)電機(jī)組中性點(diǎn)處使用經(jīng)消弧線圈、高阻接地等措施,確保發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定。焚燒垃圾發(fā)電廠接入電網(wǎng)方式有兩種:① 采取10 kV電壓等級(jí)直接接入電網(wǎng);② 變壓至35 kV或110 kV電壓等級(jí)接入電網(wǎng)。在確定接入電網(wǎng)方式后,應(yīng)對(duì)電氣設(shè)計(jì)進(jìn)行短路電流驗(yàn)算。以10 kV電壓等級(jí)為例,需要的開關(guān)最大短路分短能力為40 kA。當(dāng)短路電流大于40 kA時(shí),應(yīng)加裝主變壓器短路阻抗、主回路增加限流電抗器等限流裝置。加裝主變壓器短路阻抗會(huì)增加損耗,不利于長期運(yùn)行,可以將其增加在發(fā)電機(jī)組出口、廠用分支處等;主回路增加限流電抗器會(huì)造成電抗器短路,適合故障處理,正常運(yùn)行時(shí)損耗較小。限流電抗器宜加設(shè)在發(fā)電機(jī)組出口,這樣不僅可以限制短路電流,也可限制焚燒垃圾發(fā)電廠對(duì)電網(wǎng)的影響。

2.2 短路電流

焚燒垃圾發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)和運(yùn)行都要重點(diǎn)考慮短路電流。首先明確電氣主接線設(shè)計(jì)采取的接線方式是否需要限制短路電流。電氣設(shè)備進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)和故障狀態(tài)下的安全運(yùn)維和資金支持等可以采用短路電流沖擊值校驗(yàn)設(shè)備的安全性能。焚燒垃圾發(fā)電廠采用短路電流計(jì)算時(shí),可忽略發(fā)電機(jī)組的變壓器分接頭檔位,且無須參考電網(wǎng)接入端的潮流分布參數(shù)等,計(jì)算簡便。

2.3 主要電氣設(shè)備參數(shù)

電氣設(shè)備選型是電氣設(shè)計(jì)的重要組成部分,主要包括發(fā)電機(jī)、主變壓器斷路器、勵(lì)磁系統(tǒng)隔離開關(guān)、接觸器等。為了保障電氣設(shè)備安全平穩(wěn)運(yùn)行,應(yīng)確定電氣設(shè)備的主要參數(shù)。首先,根據(jù)電壓、電流等進(jìn)行選擇確定,電氣設(shè)備的額定電壓應(yīng)低于電氣設(shè)計(jì)的上限,額定電流應(yīng)大于電氣設(shè)備的最大工作電流。其次,結(jié)合使用環(huán)境進(jìn)行選擇,考慮電氣設(shè)備所使用場所的溫度、海拔、防水、防塵以及防爆防腐等,確定電氣設(shè)備載流規(guī)格、防水等級(jí)、防塵等級(jí)、防爆等級(jí)和防暑處理。如使用場所處于高溫環(huán)境,電氣設(shè)備通流變?nèi)?可以適當(dāng)提高電氣設(shè)備載流規(guī)格。最后,按照短路動(dòng)熱穩(wěn)定進(jìn)行選擇。在滿足電氣設(shè)備短路斷流的情況下,校驗(yàn)電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。

2.4 廠用電系統(tǒng)

焚燒垃圾發(fā)電廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮近期需要和長遠(yuǎn)規(guī)劃,采用成熟電氣設(shè)備,確保發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

焚燒垃圾發(fā)電廠負(fù)荷供電的電源應(yīng)安全可靠工作,同時(shí)配備在發(fā)生異常時(shí)可以自動(dòng)切換的備用電源。另外,焚燒垃圾發(fā)電廠的電壓等級(jí)不宜過多,以方便焚燒垃圾發(fā)電廠接線運(yùn)維。

2.5 電氣設(shè)備

無論是正常工作,還是短路狀態(tài),電氣設(shè)備都應(yīng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。電氣設(shè)備的選定不僅需要滿足正常工作需求,還應(yīng)依據(jù)短路條件校驗(yàn)電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。

發(fā)電機(jī)組出線設(shè)備(發(fā)電機(jī)組機(jī)端母線設(shè)備柜和出線柜)可以直接布置在發(fā)電機(jī)組旁邊。合理確定焚燒垃圾發(fā)電廠裝設(shè)的避雷設(shè)施,包括避雷設(shè)施的位置、數(shù)量、類型和參數(shù)等。為限制雷電入侵波,避雷設(shè)施應(yīng)選用氧化鋅避雷器,并在發(fā)電機(jī)組的出線端和出線側(cè)各設(shè)置一組。為防止直擊雷危害,焚燒垃圾發(fā)電廠各建筑物均設(shè)置避雷帶。此外,焚燒垃圾發(fā)電廠還應(yīng)設(shè)置水平、垂直方向雙向接地網(wǎng)。

3 結(jié) 語

焚燒垃圾發(fā)電具有減量化、無害化和資源化的優(yōu)勢(shì),有利于垃圾顯著減量。焚燒垃圾發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)主要包括電氣主接線設(shè)計(jì)、短路電流設(shè)計(jì)、主要電氣設(shè)備參數(shù)的確定和廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì),以及電氣設(shè)備布置等方面。焚燒垃圾發(fā)電實(shí)現(xiàn)了減量化和無害化處理,對(duì)垃圾實(shí)現(xiàn)了資源化利用。通過本文的闡述,以期為焚燒垃圾發(fā)電廠的電氣設(shè)計(jì)提供有益的參考。