燃煤锅炉烟气处理工程供配电系统设计

摘 要：根据对供电可靠性的要求及中断供电对所造成经济损失的影响程度，首先确定电力负荷等级和供电电源要求，通过负荷计算选择变压器容量，然后从高压配电、低压配电、无功补偿、机电设备控制和防雷接地等多方面对该供配电系统进行了详细设计，并应用于某造纸企业燃煤锅炉烟气处理工程。结果表明，该供配电系统能够保证烟气处理系统稳定运行，确保企业连续生产。

关键词：烟气处理;供配电系统;无功补偿;防雷接地

0    引言

燃煤锅炉烟气中含有大量的SO2、NOx、颗粒物等污染物，直接排放会造成严重的大气污染。近年来，国家对环境保护日益重视，排放标准不断提高，部分地区执行超低排放标准。某工程是某造纸企业自用电厂燃煤锅炉配套工程，4台35 t/h锅炉的烟气经过“SNCR脱硝+布袋除尘+石灰石—石膏湿法脱硫+湿式电除尘”进行处理后达到超低标准排放。供配电系统则是保证该烟气处理正常运行的前提，如果出现故障停电，烟气未能处理达标排放，不但要面临环保高额罚款，甚至会造成企业停产，如果长时间停电还有可能引起处理设备严重损坏。因此，供配电系统稳定性十分重要。本文根据该烟气处理工程特点和企业的实际情况，对其供配电系统进行设计与应用。

1    负荷等级和电源

由前文所述该烟气处理系统故障可能会引起的设备损坏和经济损失，根据《供配电系统设计规范》（GB 50052—2009）中关于电力负荷的分级，本工程负荷应视为三级负荷。但是根据企业自身情况和环保部门的要求，其供配电系统需要连续稳定运行，故该工程供配电系统按照二级负荷标准设计。

本系统采用双回路10 kV电缆线路供电，分别引自厂用变电所不同母线段，沿厂区原有综合管架敷设至本工程变配电室。

2    负荷计算[1-2]

本工程主要机电设备为水泵和风机，电机电压等级均为交流380 V。采用需要系数法进行负荷计算，查《工业与民用供配电设计手册》得到需要系数和同时系数，再根据设备额定功率、装机（工作）数量和功率因数计算得到：装机容量为1 720.2 kW、工作容量为1 558.6 kW，计算负荷Pjs=1 166.14 kW、Qjs=951.58 kvar、Sjs=1 505.12 kVA、cos φ=0.77。

根据《供配电系统设计规范》（GB 50052—2009）第4.0.5条的规定“同时供电的两回及以上供电线路中，当有一回路中断供电时，其余线路应能满足全部一级负荷及二级负荷”和《工业与民用供配电设计手册》第2.4.1.3条“变压器的长期负载率不宜大于85%”的原则，选择单台变压器容量为2 000 kVA，2台并列独立运行。

3    供配电系统

根据厂区平面布置，在工艺联合楼一层设置10 kV变配电室1个，高压和低压系统布置于同一室内，高压电源分别经两台10/0.4 kV干式变压器至相应低压配电系统。

3.1    高压配电系统

10 kV高压配电系统主接线采用分段单母线方式，中间设母联，2台进线和1台母联断路器及相应隔离开关之间进行互锁，防止误操作。正常运行时，两段母线独立运行，母联断开。每路高压电源分别设隔离柜、压变柜、进线柜，根据业主要求，该处理工程用电全部纳入厂区用电，不再单独计量。10 kV高压开关柜选用KYN28-12型，具备“五防”功能，柜内断路器选用真空断路器，弹簧储能操作，操作电源采用交流电源，由进线处压变提供。继电保护和自动装置采用微机综合保护器，其中变压器保护由出线柜内综合保护器实现，设置电流速断、带时限过流、单相接地、高温和零序电流等保护;10 kV高压电缆保护由上级变电所馈电柜内综合保护器实现，设置电流速断、单相接地、过负荷等保护。

3.2    低压配电系统

2台变压器低压侧分别设单母线，中间设母联，2台出线断路器和1台母联断路器进行互锁，防止误操作。正常运行时，两段母线独立运行，母联断开。低压开关柜选用MNS型抽屉式，变压器低压侧总出线和母联断路器选用空气断路器，实现接地、电流速断及过电流和过负荷保护;其余各低压馈电选用塑壳断路器，实现短路、过负荷和接地保护。

3.3    低压无功补偿

根据当地供电部门要求，用户端的功率因数不应低于0.92。本工程采用在低压侧集中补偿的方式，选用低压并联电容器组进行补偿。查《建筑电气常用数据》得到功率因数由0.77提高到0.92的补偿量为0.403 kvar/kW[3]，故本配电系统无功补偿量Qc=1 166.14×0.403≈470 kvar，由厂家成套配置并装设无功自动投切装置。

3.4    机电设备控制

变配电室内设2段MCC，机电设备直接受其控制。根据《通用用电设备配电设计规范》（GB 50055—2011）中关于低压电动机的保护要求，每台电动机主控回路装设短路、接地故障、过载、断相和低压保护，采用“塑壳断路器+交流接触器+马达保护器”的配置。为了防止电机启动电流对配电系统的冲击，本工程中8台功率为110 kW的脱硫塔循环泵配置了软启动器保护。

同时在各机电设备附近便于操作和观察的地方按组设置就地按钮箱，按钮箱上设“就地/远程”转换开关、启动按钮、停止按钮和状态指示灯，为防止突然启动可能危及设备周围人员安全，按钮箱上还设有锁扣式急停按钮[4]。

供配电系统图如图1所示。

4    防雷和接地

根据《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010），本工程建筑物按照第3类防雷建筑物进行防雷措施设计，建筑物屋面设接闪带，利用混凝土柱内钢筋作为引下线。

本工程2台变压器选用D，yn11接线组别，其中性点通过电缆连接后在低压进线柜内与接地的PE线一点连接而实现系统接地。同时，低压配电系统采用TN-C-S的接地型式，PE线与PEN线在低压总进线柜内一点分开后不再合并[5]。

本工程的系统接地、保护接地、防雷接地共用接地装置，接地电阻不大于1 Ω。充分利用建筑物基础内钢筋作为接地体，同时在变配电室外设人工接地装置，由垂直接地极和水平接地极组成，埋深不小于800 mm。

5    电缆敷设

本工程电缆选用YJV型，按设备功率选择截面，电缆持续载流量在考虑敷设系数后不小于设备正常工作电流，电缆敷设采用电缆沟、桥架和穿管埋地相结合的方式，敷设、穿管、封堵等按照《电力工程电缆设计规范》（GB 50217—2007）要求执行。

6    结语

本工程供配电系统是否稳定直接决定了烟气处理能否正常运行，严格按照相关设计规范执行是供配电系统稳定运行的前提条件。该供配电系统自运行以来，保证了该企业锅炉烟气的达标处理排放，维护了企业的正常生产。

[参考文献]

[1] 中国航空规划设计研究总院有限公司.工业与民用供配电设计手册[M].4版.北京：中国电力出版社，2016.

[2] 中国市政工程中南设计研究院.给水排水设计手册（第8册 电气与自控）[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，2002.

[3] 中国建筑标准设计研究院.建筑电气常用数据[M].北京：中国计划出版社，2006.

[4] 崔东鋒.矿井水处理厂供配电系统设计[J].煤矿机械，2016，37（5）：14-17.

[5] 王厚余.低压电气装置的设计安装和检验[M].2版.北京：中国电力出版社，2007.

收稿日期：2020-06-08

作者简介：洪飞（1984—），男，浙江杭州人，工程师，主要从事环保工程电气及自控系统的设计和研究工作。