中小型热电联产项目电气一次设计研究

丁彩红 向萌

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司 湖北武汉 430000）

中小型热电联产项目电气一次设计研究

丁彩红 向萌

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司 湖北武汉 430000）

随着环保压力的不断加大，为实现能源的梯级利用，蒸汽-燃气联合循环热电联产工程，得到了广泛的推广和应用。本文从当前热电联产工程电气设计的现状出发，归纳分析了热电联产工程中电气设计中的主要设计方案及电气系统的相关要点，从电气设计中的实际现状入手，提出了热电联产工程电气设计中的主要技术方案。

电气；热电联产；主接线；直流系统

1 前言

随着非经合组织国家工业化的发展、全球电气化程度的提升和环保压力的不断加大，能源消费低碳化要求我国能源消费结构作出相应调整。在发电的燃料结构中，天然气的比重将进一步提升。根据热电联产发展相关规划，预计2020年，全国总发电装机容量将达到9亿kW左右，其中热电联产项目将占22%，在火电机组中的百分比为37%上下。天然气热电联产项目因为其低污染物排放，且具有较高的能源利用效率，实现能源的梯级利用，得到了广泛的推广和应用。所以热电联产工程的持续健康发展对国家能源发展、应对环境变化起到了积极的推动作用。本文总结归纳了热电联产工程电气系统一次设计中的主要方案的选择与设计原则。

2 电气主接线

电气主接线是指电厂主要电气设备的连接型式，主要包括电源和出线。电气主接线的确定对电厂本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定都有较大的影响。

对于以化石燃料为原料的火力发电厂或者单纯的燃机发电厂，汽轮机与发电机（或燃机与发电机）一对一运行，对于总装机容量小于200MW的小型电厂，从主接线简洁性、继电保护和控制方式的实现方面考虑，一般选用发电机组与变压器单元连接方式。

对于燃烧天然气的蒸汽-燃气联合循环机组，每组中的一台燃气轮机发电机和一台汽轮发电机，采用发电机电压直配线的方式连接。发电机出口装设断路器，并装设限流电抗器以满足发电机出口短路电流过大的要求。

2.1 电力出线的电压等级

热电联产工程电气主接线的选择应综合考虑电厂的最终规模、周边可接入变电站及周边负荷的现状等。电厂出线的电压等级需根据输送的距离和容量来确定，由于热电联产项目其供热的特性，一般分布在热负荷的中心，电能输送的距离较短，根据实际工程的特点可以选择低一个电压等级来输送电能。110kV电压的合理输送容量为：10.0～50.0MW。国家示范项目广州大学城分布式能源站，一期2×78MW，设计选用110kV单母线接线。二期规划4×78MW，电气主接线由单母线接线向单母线分段过渡。

2.2 电力出线的回路数

热电联产工程用以满足周边用热需求，电厂规模一般不大，出线一般选用2回。当热电联产工程终期规模小于100MW时，电力出线接入变电站时可能会遇到供电部门只接收一回出线的情况，而考虑热电联产工程的稳定性与可靠性，2回电力出线可以有效地提高热电联产工程热力、电力生产的可靠性与供热、供电系统的稳定运行。这时就需要与供电部门充分沟通，努力寻求合适的出线方案，确保热电联产项目安全稳定运行。

2.3 发电机出口电压等级

电厂容量在100～300MW时，高压厂用电宜采用6kV[1]，而由于10kV厂用电设备普及率较高，考虑到厂用电设备的采购及后期设备维护的便利与高效，当前，热电联产工程高压厂用电一般选用10kV。高压厂用电系统采用10.5kV中性点不接地系统。考虑到与厂用电电压等级配套，发电机电压出口选用10.5kV，高压厂用电电源由发电机出口分支引接。

3 厂用电接线

厂用电采用10kV和380/220V两级电压厂用供电系统。10kV高压厂用电系统采用中性点不接地方式，380/220V低压厂用电系统采用中性点直接接地方式，作为动力和照明公用的三相四线制系统。

高压厂用电母线采用单母线接线，每台联合循环机组设一个10kV段。对于非联合循环机组，高压厂用电对应每台机炉设置一段10kV工作母线，电源由发电机出口分支引接，为限制短路电流厂用分支加装限流电抗器。

4 直流系统设计

电厂的直流系统主要用于控制、保护、照明、信号等。以燃烧化石燃料来实现热电联产的电厂，包括一般的燃煤热电厂以及燃烧矸石（昊田集团热电联产）其控制保护回路相对复杂，其相应配套的直流负荷较大，而以天然气为燃料的蒸汽-燃气联合循环电厂，因为燃机岛及其附属设备主要由成套设备供应商提供，其相应的现场测控单元也为成套设备，所以，天然气的蒸汽-燃气联合循环电厂内的直流负荷明显小于以燃烧化石能源为主的一般火电厂。

对于装机容量小于200MW的蒸汽-燃气联合循环电厂，直流系统标称电压一般取110V。其中，110kV升压站设置一套直流系统，主要对110kV升压站的控制、保护、仪表、信号等装置提供直流电源。蒸汽-燃气联合循环机组每台机组设置一套直流系统，主要对燃机机组的控制、保护、仪表、信号、自动装置、事故照明、直流油泵和交流不停电电源等装置提供直流电源。

对于装机容量小于200MW的发电厂，选用单元控制室的控制方式时，每台机组装设一组蓄电池。当具有两台机组时，2组蓄电池的直流系统，采用二段单母线接线。直流母线之间装设联络刀闸，并设置防止两组蓄电池并列运行的闭锁措施；直流网络采用辐射供电为主的方式，并辅以部分环形供电方式，环形网络干线的2回直流电源经隔离刀闸接入，正常时开环运行，环形供电网络干线引接负荷的地方设置隔离刀闸。

5 结束语

本文探讨了中小型热电联产项目电气一次设计的主要方案，包括电气主接线、厂用电接线、直流系统等。电力系统设计作为热电联产工程的重要组成部分，其设计方案的选择不仅关系到工程的顺利实施，还对之后的生产运行至关重要。本文论述了中小型热电联产工程中电气一次系统的设计方案，综合安全性、经济性等各方面因素进行考虑，提出了相应的设计方案，希望借此能够给热电联产工程电气设计工作从经济性、可靠性和安全性方面提供一些有意义的借鉴。

[1]水利电力部西北电力设计院.水利工程电气设计手册（电气一次部分）.1989，12.

[2]广东天联工程有限公司.广州大学城分布式能源站可行性研究报告.

[3]张丽伟.昊田集团热电联产工程电气设计[D].燕山大学，2014.

[4]杨艳，赵峰.热电联产的优越性及我国热电联产目前存在的问题[J].科技信息，2010，28：763.

TM621

A

1004-7344（2016）35-0332-01

2016-11-27

丁彩红（1984－），女，工程师，硕士研究生，主要从事电气自动化设计工作。

向 萌（1990－），男，助理工程师，本科，主要从事电气自动化设计工作。