超凈脫硫改造電氣設(shè)計方案的分析

吳小平

（北京清新環(huán)境技術(shù)股份有限公司，北京 100142）

根據(jù)最新《火力發(fā)電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB13223-2011》對火電機(jī)組污染物排放指標(biāo)的要求，燃煤電廠為滿足“超凈排放”要求，煙氣脫硫改造工程需要技術(shù)改造升級。現(xiàn)以某發(fā)電廠一期2×500MW 燃煤機(jī)組石灰石-石膏濕法煙氣脫硫改造項目為例，對項目中的電氣主接線設(shè)計進(jìn)行了分析，提出幾個FGD電氣系統(tǒng)的設(shè)計改造方案，分析其優(yōu)缺點。

1 電廠電氣原主接線方案

某電廠一期現(xiàn)安裝2×500MW臺發(fā)電機(jī)組，1#、2#機(jī)組均采用發(fā)電機(jī)—變壓器組單元接線，經(jīng)主變壓器升壓至500kV后接入廠內(nèi)500kV母線。

1#、2#機(jī) 組 分 別 設(shè) 置1臺 容 量 為63/31．5-31．5MVA高壓廠用有載調(diào)壓分裂變壓器，1臺容量為25MVA高壓脫硫有載調(diào)壓雙卷變壓器。廠用變壓器電源由發(fā)電機(jī)出口T接。

高壓廠用分裂變壓器的兩個二次繞組分別接6kV A、B段母線供電。高壓廠用雙卷變壓器接6kV 脫硫段母線供電。

廠用電壓為6kV和380V兩級電壓。低壓廠變成對設(shè)置，互為備用（暗備用）。兩個低壓母線段分別對應(yīng)于6kV A、B段母線。

一期1#、2#機(jī)組脫每臺機(jī)組分別設(shè)一段6kV脫硫母線，采用單母線接線。單元機(jī)組脫硫負(fù)荷及低壓脫硫變壓器接于各自6kV脫硫段母線上，高壓公用脫硫負(fù)荷分接于2個脫硫母線段上。

每臺機(jī)組6kV脫硫電源由對應(yīng)的一臺高壓脫硫變供電，同時，每臺機(jī)組的6kV脫硫段從另一臺機(jī)組的主廠房6kV段各引接一回路電源，作為備用電源。

1#、2#機(jī)組分別設(shè)一低壓脫硫PC段，兩段PC段之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)斷路器。對應(yīng)每一脫硫PC段設(shè)置1臺低壓脫硫變供電，2臺低壓脫硫變采用互為備用方式。低壓脫硫變壓器電源由對應(yīng)機(jī)組6kV脫硫段引接。

每臺機(jī)組設(shè)置一段保安MCC，保安段電源分別引自脫硫PC段和保安變壓器，保安變壓器容量為630kVA，其電源引自由啟動/備用變供電的主廠房6kV公用段。同時兩機(jī)組設(shè)有工藝樓MCC。MCC采用雙電源供電，分別由兩機(jī)組脫硫PC段各引接一路電源。

2 改造方案

方案設(shè)計的改造原則要保證廠用電系統(tǒng)運行的安全可靠性、靈活性，利于運行維護(hù)管理，利于長遠(yuǎn)發(fā)展。在考慮安全可靠基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)有系統(tǒng)和設(shè)備，盡量減小對原有設(shè)施的改動，降低工程造價。脫硫系統(tǒng)改造方案如下。

（1）1#、2#機(jī)組主廠房6kV系統(tǒng)。本期#1、#2機(jī)組將進(jìn)行引增合一改造，每臺機(jī)組1臺增壓風(fēng)機(jī)3100kW拆除，2臺4100kW引風(fēng)機(jī)更新為7500kW后，仍利用現(xiàn)回路開關(guān)柜進(jìn)行改造，共改造4面柜。

（2）脫硫6kV系統(tǒng)。每臺機(jī)組新增3臺315kW氧化風(fēng)機(jī)和1臺280kW真空泵接在脫硫I段（II段），共需要4面真空接觸器FC柜，可利用現(xiàn)900kW漿液循環(huán)泵FC柜1面，并新增FC柜3面。新增2臺1250kW循環(huán)漿液泵，接在脫硫I段（II段），需要真空斷路器柜2面，可利用現(xiàn)增壓風(fēng)機(jī)真空斷路器柜1面，并新增真空斷路器柜1面。另兩機(jī)組共新增1臺1250kW球磨機(jī)接在脫硫II段，2#機(jī)組需新增2面真空斷路器柜。

3 廠用變壓器容量校驗

根據(jù)《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)定》采用換算系數(shù)法對廠用電負(fù)荷進(jìn)行計算。初步核算，改造后主廠房6kV計算負(fù)荷超過現(xiàn)有高廠變分支繞組31．5MVA額定容量，最大分支繞組負(fù)荷為1656．95kVA。為避免變壓器過負(fù)荷，可采取更換變壓器或?qū)⒉糠重?fù)荷遷移到其他電源供電措施，如遷移至公用段或脫硫段。考慮機(jī)組單元制要求，可遷移的公用負(fù)荷容量小，不足以使負(fù)荷降到變壓器額定容量以下。

實際上，雖然1#、2#變壓器所帶負(fù)荷已超出其額定容量，但超出的容量不大，不到分支繞組額定容量5．26%。由于各分裂繞組的負(fù)荷計算容量，是基于分接在A、B兩段上的互為備用的雙套負(fù)荷全部由一個分裂繞組帶時情況，即A或B段退出時的情況下且機(jī)組滿負(fù)荷運行，汽動給水泵停運時才會發(fā)生。在實際運行中，這種概率是非常小的，一般不會出現(xiàn)變壓器過負(fù)荷情況。另外，實際運行負(fù)荷容量往往也小于計算負(fù)荷。故在變壓器分支繞組計算負(fù)荷略超出其額定容量情況下，一般不會出現(xiàn)變壓器過負(fù)荷情況，因此，變壓器更換方案不予考慮。為節(jié)省工程成本，也暫不進(jìn)行負(fù)荷遷移。

4 脫硫廠用電源可靠性分析及電氣設(shè)計方案比較

現(xiàn)1#、2#機(jī)組脫硫6kV母線及380V PC 母線為每個機(jī)組一段，因所有負(fù)荷均接在同一母線上，當(dāng)母線故障必將引起相應(yīng)機(jī)組停運。現(xiàn)1#（2#）機(jī)組6kV脫硫段分別由1#（2#）脫硫變和2#（1#）機(jī)組6kV廠用母線段各引接1回電源，共兩回電源供電，互為備用。現(xiàn)有脫硫廠用電系統(tǒng)可靠性較低，因機(jī)組所有脫硫負(fù)荷均接在同一母線上，當(dāng)母線故障則將引起機(jī)組停運。但機(jī)組當(dāng)汽動給水泵停運，電動給水泵運行時，高壓廠用變壓器容量已飽和，則起不到對另一臺機(jī)組脫硫備用電源作用。此時，若另一臺機(jī)組高壓脫硫變退出，將造成機(jī)組停機(jī)。

同樣，現(xiàn)1#、2#機(jī)組低壓脫硫段為每機(jī)一段，因所有負(fù)荷均接在同一母線上，當(dāng)母線故障則將引起機(jī)組停運。同時，兩段低壓脫硫母線共設(shè)置2臺低壓脫硫變供電、采用互為備用方式，當(dāng)任一臺低壓脫硫變退出時，另一臺低壓脫硫變可帶兩臺爐脫硫負(fù)荷滿負(fù)荷運行。每臺低壓脫硫變壓器電源由相應(yīng)機(jī)組脫硫6kV母線引接，為備用方式，可靠性較低。

為增加脫硫系統(tǒng)運行可靠性和靈活性，可采取如下優(yōu)化方案。

方案一：脫硫6kV母線在現(xiàn)有高壓脫硫變1回電源供電基礎(chǔ)上，再由另一臺高壓脫硫變引接第二回電源（原來由機(jī)組6kV廠用電引接的備用電源仍保留，作為緊急備用電源）。現(xiàn)脫硫6kV母線由單母線改為單母線分段接線，并將雙套輔機(jī)調(diào)配在兩個半段上。同時，與之對應(yīng)的低壓脫硫段也相應(yīng)由單母線改為單母線分段接線，并將雙套輔機(jī)適當(dāng)調(diào)配在在兩個半段上。現(xiàn)1、2號機(jī)低壓脫硫段間母聯(lián)開關(guān)取消，每臺機(jī)增設(shè)1臺低壓脫硫變，與現(xiàn)有1臺低壓脫硫變互為備用。由于在此方案下，現(xiàn)兩臺2500kVA的變壓器富裕容量非常大，考慮為后期廢水零排放改造預(yù)留容量，因此，需要將現(xiàn)有兩臺2500kVA變壓器改接為對同一臺機(jī)組脫硫段供電。另設(shè)置2臺1250kVA低壓脫硫變對另一臺機(jī)組脫硫段供電。

6kV脫硫段需增加母聯(lián)開關(guān)柜、第二回脫硫變電源柜和PT柜。低壓脫硫段需增加母聯(lián)開關(guān)柜、第二回低壓脫硫變電源柜和必要的配電柜。

從電廠現(xiàn)有條件看，現(xiàn)有高壓脫硫配電間布置新增母聯(lián)設(shè)備及電源進(jìn)線設(shè)備較困難，需要利用配電間上層房間布置。兩層設(shè)備通過共箱母線連接。現(xiàn)有低壓脫硫配電間沒有布置新增設(shè)備位置，需要利用隔壁間送風(fēng)機(jī)變頻器間增設(shè)二層房間布置。根據(jù)布置條件采用共箱母線、或電纜連接。

方案二：兩臺脫硫變改為互為備用運行方式。將主廠房1、2號機(jī)高壓脫硫總段通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)進(jìn)行連接。當(dāng)任一臺脫硫變退出時，另一臺脫硫變可帶兩臺爐脫硫負(fù)荷滿負(fù)荷運行。

兩臺機(jī)組脫硫總電源段增加1面母聯(lián)斷路器柜和1面隔離觸頭柜，現(xiàn)有脫硫總電源段間布置可以滿足新增開關(guān)柜布置需要。由于現(xiàn)場條件限制，兩段母線之間的連接采用電纜方式。

方案三：可將雙套輔機(jī)的電動機(jī)采用交叉供電方式分接在兩臺機(jī)組脫硫母線段上。當(dāng)6kV母線故障時，可保證脫硫系統(tǒng)低效率運行，不至引起機(jī)組停機(jī)。

綜合比較，方案三不利于機(jī)組的單元制，不予推薦。方案一單元性強(qiáng)、可靠性較高，持續(xù)性更好，為后期廢水零排放改造預(yù)留有容量。但對現(xiàn)有設(shè)備改動較大、增加土建工程量、費用高。從電廠現(xiàn)有條件看，方案二比較容易，改造工程量不大，滿足本次改造需求，所增加費用不大。但運行靈活性、可靠性較低。從長遠(yuǎn)發(fā)展看，秉持可持續(xù)發(fā)展和安全第一的宗旨，最后，電廠選用了方案一。

5 結(jié)語

通過實際案例對改造項目電氣幾種方案優(yōu)缺點進(jìn)行比較分析，在以后的改造項目中，可根據(jù)實際情況選擇合適的方案。基于脫硫工藝系統(tǒng)的變化，電氣系統(tǒng)設(shè)計既要滿足現(xiàn)有規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，又要結(jié)合脫硫系統(tǒng)的特點進(jìn)行改造優(yōu)化，在滿足暫時需要的同時節(jié)約改造成本，在條件允許的情況下再考慮長遠(yuǎn)的發(fā)展，合理規(guī)劃，使電氣系統(tǒng)設(shè)計更趨完善和實用，工程造價也會更適宜。

[1]電力規(guī)劃設(shè)計總院．DL/T 5153-2014，火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)定[S]．北京：中國計劃出版社，2014．