燃煤鍋爐煙氣處理工程供配電系統設計

摘 要：根據對供電可靠性的要求及中斷供電對所造成經濟損失的影響程度，首先確定電力負荷等級和供電電源要求，通過負荷計算選擇變壓器容量，然后從高壓配電、低壓配電、無功補償、機電設備控制和防雷接地等多方面對該供配電系統進行了詳細設計，并應用于某造紙企業燃煤鍋爐煙氣處理工程。結果表明，該供配電系統能夠保證煙氣處理系統穩定運行，確保企業連續生產。

關鍵詞：煙氣處理;供配電系統;無功補償;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，直接排放會造成嚴重的大氣污染。近年來，國家對環境保護日益重視，排放標準不斷提高，部分地區執行超低排放標準。某工程是某造紙企業自用電廠燃煤鍋爐配套工程，4臺35 t/h鍋爐的煙氣經過“SNCR脫硝+布袋除塵+石灰石—石膏濕法脫硫+濕式電除塵”進行處理后達到超低標準排放。供配電系統則是保證該煙氣處理正常運行的前提，如果出現故障停電，煙氣未能處理達標排放，不但要面臨環保高額罰款，甚至會造成企業停產，如果長時間停電還有可能引起處理設備嚴重損壞。因此，供配電系統穩定性十分重要。本文根據該煙氣處理工程特點和企業的實際情況，對其供配電系統進行設計與應用。

1? ? 負荷等級和電源

由前文所述該煙氣處理系統故障可能會引起的設備損壞和經濟損失，根據《供配電系統設計規范》（GB 50052—2009）中關于電力負荷的分級，本工程負荷應視為三級負荷。但是根據企業自身情況和環保部門的要求，其供配電系統需要連續穩定運行，故該工程供配電系統按照二級負荷標準設計。

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

2? ? 負荷計算[1-2]

本工程主要機電設備為水泵和風機，電機電壓等級均為交流380 V。采用需要系數法進行負荷計算，查《工業與民用供配電設計手冊》得到需要系數和同時系數，再根據設備額定功率、裝機（工作）數量和功率因數計算得到：裝機容量為1 720.2 kW、工作容量為1 558.6 kW，計算負荷Pjs=1 166.14 kW、Qjs=951.58 kvar、Sjs=1 505.12 kVA、cos φ=0.77。

根據《供配電系統設計規范》（GB 50052—2009）第4.0.5條的規定“同時供電的兩回及以上供電線路中，當有一回路中斷供電時，其余線路應能滿足全部一級負荷及二級負荷”和《工業與民用供配電設計手冊》第2.4.1.3條“變壓器的長期負載率不宜大于85%”的原則，選擇單臺變壓器容量為2 000 kVA，2臺并列獨立運行。

3? ? 供配電系統

根據廠區平面布置，在工藝聯合樓一層設置10 kV變配電室1個，高壓和低壓系統布置于同一室內，高壓電源分別經兩臺10/0.4 kV干式變壓器至相應低壓配電系統。

3.1? ? 高壓配電系統

10 kV高壓配電系統主接線采用分段單母線方式，中間設母聯，2臺進線和1臺母聯斷路器及相應隔離開關之間進行互鎖，防止誤操作。正常運行時，兩段母線獨立運行，母聯斷開。每路高壓電源分別設隔離柜、壓變柜、進線柜，根據業主要求，該處理工程用電全部納入廠區用電，不再單獨計量。10 kV高壓開關柜選用KYN28-12型，具備“五防”功能，柜內斷路器選用真空斷路器，彈簧儲能操作，操作電源采用交流電源，由進線處壓變提供。繼電保護和自動裝置采用微機綜合保護器，其中變壓器保護由出線柜內綜合保護器實現，設置電流速斷、帶時限過流、單相接地、高溫和零序電流等保護;10 kV高壓電纜保護由上級變電所饋電柜內綜合保護器實現，設置電流速斷、單相接地、過負荷等保護。

3.2? ? 低壓配電系統

2臺變壓器低壓側分別設單母線，中間設母聯，2臺出線斷路器和1臺母聯斷路器進行互鎖，防止誤操作。正常運行時，兩段母線獨立運行，母聯斷開。低壓開關柜選用MNS型抽屜式，變壓器低壓側總出線和母聯斷路器選用空氣斷路器，實現接地、電流速斷及過電流和過負荷保護;其余各低壓饋電選用塑殼斷路器，實現短路、過負荷和接地保護。

3.3? ? 低壓無功補償

根據當地供電部門要求，用戶端的功率因數不應低于0.92。本工程采用在低壓側集中補償的方式，選用低壓并聯電容器組進行補償。查《建筑電氣常用數據》得到功率因數由0.77提高到0.92的補償量為0.403 kvar/kW[3]，故本配電系統無功補償量Qc=1 166.14×0.403≈470 kvar，由廠家成套配置并裝設無功自動投切裝置。

3.4? ? 機電設備控制

變配電室內設2段MCC，機電設備直接受其控制。根據《通用用電設備配電設計規范》（GB 50055—2011）中關于低壓電動機的保護要求，每臺電動機主控回路裝設短路、接地故障、過載、斷相和低壓保護，采用“塑殼斷路器+交流接觸器+馬達保護器”的配置。為了防止電機啟動電流對配電系統的沖擊，本工程中8臺功率為110 kW的脫硫塔循環泵配置了軟啟動器保護。

同時在各機電設備附近便于操作和觀察的地方按組設置就地按鈕箱，按鈕箱上設“就地/遠程”轉換開關、啟動按鈕、停止按鈕和狀態指示燈，為防止突然啟動可能危及設備周圍人員安全，按鈕箱上還設有鎖扣式急停按鈕[4]。

供配電系統圖如圖1所示。

4? ? 防雷和接地

根據《建筑物防雷設計規范》（GB 50057—2010），本工程建筑物按照第3類防雷建筑物進行防雷措施設計，建筑物屋面設接閃帶，利用混凝土柱內鋼筋作為引下線。

本工程2臺變壓器選用D，yn11接線組別，其中性點通過電纜連接后在低壓進線柜內與接地的PE線一點連接而實現系統接地。同時，低壓配電系統采用TN-C-S的接地型式，PE線與PEN線在低壓總進線柜內一點分開后不再合并[5]。

本工程的系統接地、保護接地、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內鋼筋作為接地體，同時在變配電室外設人工接地裝置，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

本工程電纜選用YJV型，按設備功率選擇截面，電纜持續載流量在考慮敷設系數后不小于設備正常工作電流，電纜敷設采用電纜溝、橋架和穿管埋地相結合的方式，敷設、穿管、封堵等按照《電力工程電纜設計規范》（GB 50217—2007）要求執行。

6? ? 結語

本工程供配電系統是否穩定直接決定了煙氣處理能否正常運行，嚴格按照相關設計規范執行是供配電系統穩定運行的前提條件。該供配電系統自運行以來，保證了該企業鍋爐煙氣的達標處理排放，維護了企業的正常生產。

[參考文獻]

[1] 中國航空規劃設計研究總院有限公司.工業與民用供配電設計手冊[M].4版.北京：中國電力出版社，2016.

[2] 中國市政工程中南設計研究院.給水排水設計手冊（第8冊 電氣與自控）[M].2版.北京：中國建筑工業出版社，2002.

[3] 中國建筑標準設計研究院.建筑電氣常用數據[M].北京：中國計劃出版社，2006.

[4] 崔東鋒.礦井水處理廠供配電系統設計[J].煤礦機械，2016，37（5）：14-17.

[5] 王厚余.低壓電氣裝置的設計安裝和檢驗[M].2版.北京：中國電力出版社，2007.

收稿日期：2020-06-08

作者簡介：洪飛（1984—），男，浙江杭州人，工程師，主要從事環保工程電氣及自控系統的設計和研究工作。