淺析沙特NCC余熱發電項目站用電系統配置特點

祝強，閻素玲

1 項目概況

沙特Najran水泥公司Najran Ce?ment Company（簡稱NCC），是一家成立于2005年的合股公司，注冊實收資本11.5億里亞爾（約合人民幣19.4億元）。該公司位于沙特南部地區奈季蘭市（Najran City）東南240km處，靠近也門邊境，其水泥主要銷售對象為奈季蘭市和也門。

該公司共有三條水泥生產線。1線為6000t/d生產線，由中國建材集團與合肥水泥研究設計院共同承包，于2007年9月投產；2線為3000t/d生產線及粉磨站工程，由合肥院總包，于2009年投產；3線為7000t/d生產線，由中國電子進出口總公司于2011年12月1日與業主簽訂總包合同，預計今年10月投產。

沙特NCC余熱發電項目將利用三條水泥熟料生產線的廢氣余熱+10臺柴油發電機組的尾排廢熱建設余熱電站一座。余熱電站裝機規模為2×15MW。

其中，1線和3線各設置1臺窯頭余熱鍋爐和2臺窯尾余熱鍋爐（雙列鍋爐），2線設置1臺窯頭余熱鍋爐和1臺窯尾余熱鍋爐，三條水泥生產線共設置8臺余熱鍋爐。此外，10臺柴油發電機組將各設置1臺尾排廢熱余熱鍋爐。

沙特NCC余熱發電項目將利用這18臺余熱鍋爐產出的廢氣余熱通過裝機為2×15MW的純低溫汽輪發電機組進行發電。

2 站用電系統配電方式

2.1 電站系統電壓等級

沙特NCC水泥公司交流電頻率為60Hz。

·中壓系統配電電壓：AC13.8kV

·發電機出線電壓：AC13.8kV

·低壓系統配電電壓：AC480V

·低壓電動機額定電壓：AC480V

·低壓系統操作及控制電壓：AC220V

·照明設備電壓：AC220V

·直流系統操作及控制電壓：DC110V

·UPS電源電壓：AC220V

·檢修設備電壓（包括電焊機電源箱、動力插座箱等）：三相AC480V，單相AC220V。

2.2 電站系統配電方式

2.2.1 電站中壓系統配電

根據該項目電壓等級的具體情況，站用電高壓系統設置13.8kV單母線分段接線方式，每臺發電機組各掛接在一段母線上，發電機出線電壓為13.8kV，兩段母線設有母線聯絡開關，每段母線各設有一個與廠內現有電力系統聯絡的聯絡開關。

電站正常運行情況下，將兩段母線的母聯開關斷開，兩臺發電機發出的電能通過各自的聯絡開關與現有電力系統并列運行。當某條聯絡線故障退出時，閉合母聯開關，兩臺發電機發出的電能合并后通過另一條聯絡線與現有電力系統并列運行。

2.2.2 電站低壓系統配電

兩套汽輪機組均為空冷凝氣式機組，配置空冷器，低壓站用電負荷較大。低壓站用電系統配置4臺站用變壓器，其中2臺1000kVA變壓器提供兩套機組輔機設備用電，另外2臺2000kVA變壓器主要為兩套機組空冷器設備供電，空冷器冷卻風機約為18臺，容量均為110kW的變頻電機，需配置相應容量的變頻器。余熱電站低壓配電電壓均為AC480V/60Hz。

此外，根據合同要求，在汽輪發電機組站用輔機設備配電系統中還應設置緊急電源站用母線段，即EMCC母線段。EMCC母線段均掛接緊急負荷，一旦正常電源因故障退出時，即刻投入緊急電源供電。所以EMCC母線段進線電源應來自兩路不同電源，一路正常電源來自機組輔機設備配電母線段，另一路緊急事故電源來自專用的柴油發電機組，通過ATS自動進行切換（圖1～圖2）。

由于該項目余熱發電系統配置是2臺汽輪發電機組，配置18臺余熱鍋爐，而這些余熱鍋爐距離汽機主廠房較遠，主廠房配電室的MCC配電半徑較大，考慮低壓配電線路的壓降和損耗，設計考慮在1號～3號水泥線余熱鍋爐系統增設DCS系統I/O遠程站和配電子站，也相應節省了配線電纜。

其中三條水泥線余熱鍋爐配電室各自從主廠房配電室MCC兩段母線分別引入兩路電源（兩電源互為備用），同時也設置各自余熱鍋爐系統緊急負荷的EMCC母線段，一旦正常電源因故障退出時，即刻投入緊急事故電源供電。所以EMCC母線段進線電源也應來自兩路不同電源，一路來自本鍋爐系統配電的MCC母線段，另一路來自緊急事故電源的柴油發電機組，通過ATS自動進行切換（圖3～圖5）。

另外，10臺DG余熱鍋爐設置一個DCS系統I/O遠程站和配電子站，該DG余熱鍋爐配電子站電源來自公司原有DG系統（圖6）。

圖1 汽輪發電機房低壓單線圖（1）

圖2 汽輪發電機房低壓單線圖（2）

圖3 1線余熱鍋爐子站低壓單線圖

圖4 2線余熱鍋爐子站低壓單線圖

圖5 3線余熱鍋爐子站低壓單線圖

圖6 DG余熱鍋爐子站低壓單線圖

2.2.3 電站控制電源、直流電源、UPS電源、照明電源和檢修電源的配電原則

根據沙特NCC項目所在地區電壓等級與合同技術協議要求，電源電壓及配電設備的配置完全不同于國內項目。對于低壓AC480V/60Hz的配電原則，設計考慮下列配電方案：

（1）電站控制電源合同要求AC220V，故設置一臺AC480V/220V隔離變壓器，專為低壓輔助電源屏供電，該輔助電源屏專門提供電站系統AC220V用電設備的電源。由于3號水泥線余熱鍋爐和DG余熱鍋爐距離主廠房太遠，所以在這兩處的配電子站單獨增設了各自的低壓輔助電源屏。

另外，在低壓電源進線開關處還設置了開關控制和計量用的小型隔離變壓器，使其控制電壓和計量表滿足使用要求。

（2）電站直流電源裝置設在主廠房中控室，合同要求配置雙冗余的直流電源裝置，以保證電源的可靠性，電壓等級DC110V。每套直流電源裝置采用雙回路供電，其內部配有雙電源自動切換裝置和N+1冗余配置的高頻開關充電模塊。

（3）電站主廠房配電室及各余熱鍋爐配電子站的UPS電源，合同要求配置雙冗余的UPS電源裝置，以保證電源的可靠性，電壓等級AC220V。對于AC480V/60Hz的電源要求保證電源質量，每套UPS設計均采用雙路供電（工作電源和旁路電源），UPS電源進線和出線端均設置隔離變壓器，旁路進線還設置了穩壓裝置。

（4）電站照明電源合同要求AC220V，在主廠房配電室及各余熱鍋爐配電室各設置了照明變壓器（AC480V/380/220V）和照明配電屏。同時在各自配電室的EMCC母線段還設置了緊急電源的照明變壓器，以滿足合同要求的正常照明負荷80%、緊急照明負荷20%的配電要求。

（5）電站檢修電源要求三相AC480V和單相AC220V，其中三相AC480V電源分別由機組輔機設備供電的低壓母線段和各自余熱鍋爐配電子站低壓母線段直接供電。單相AC220V電源由各自系統輔助電源屏供電。

2.2.4 電氣設備降容使用，以滿足當地氣象條件下的使用環境

由于沙特NCC項目所在地的氣象條件較為惡劣，項目處在沙漠干旱的高溫地區（最高溫度50℃，最低溫度10℃，最大風速150km/h），對于電氣設備的使用環境要求較高，所以在電氣開關、變頻器等電氣設備選型時必須考慮降容使用要求。

3 電站系統電氣設備配置與配電特點

（1）該項目的中壓系統和低壓系統電壓等級屬于非標準電壓，MV：13.8kV/60Hz，LV：AC480V/60Hz，這與國內的MV：10.5kV/50Hz，LV：AC380V/50Hz截然不同，設計時必須引起高度重視，特別要注意電源的分配原則，電氣設備選型必須適應該電壓條件下的使用要求。

（2）對于沙漠干旱的高溫地區，在電氣設備的選型時必須考慮降容使用要求。

（3）對于業主合同要求的雙冗余直流電源裝置和雙冗余UPS電源裝置，設計應盡量滿足要求。特別是要注意AC480V/60Hz非標準電壓下UPS電源裝置的使用條件和增設旁路電源進線穩壓裝置的必要性。

（4）業主對EMCC母線段設置的使用要求，以及通過ATS對正常工作電源和緊急事故電源進行自動切換，也同以往國內工程設計有所區別。

（5）業主要求正常照明負荷與緊急照明負荷配電的分配比例也是以往國內工程設計難以遇到的。