垃圾焚烧发电厂若干常见电气故障及应对措施

曾凯祥

摘要：垃圾焚烧发电作为一种高效而且情节的处理生活垃圾的方式现今成为各地方解决垃圾处理困境的最佳选择。而这其中，电气设备的正常运行对垃圾电厂的运营至关重要。本文试图对若干已投运项目反馈的电气故障，从设计上提出解决方案，以避免电气故障的发生。

关键词：垃圾焚烧发电厂;电气故障;应对措施

引言

随着经济的发展和国民生活水平的提高，生活垃圾量与日俱增，成为城乡发展当中一个迫切需要解决的问题。而随着技术的发展，垃圾焚烧发电已能很好的处理好尾气尤其是二噁英的排放问题，垃圾焚烧发电作为一种高效而且清洁的处理生活垃圾的方式成为了各地方解决垃圾围城困境的不二选择。但是，随着投运的项目逐渐增多，也逐渐出现一些对设备正常运行甚至人身安全产生威胁的电气故障。为保证垃圾焚烧发电厂能正常处理城乡生活垃圾，就需要在设计中特别注意相关做法，避免此类故障的发生，完善前期设计，消除故障隐患。

1发电厂电气设备运行中常见故障

1.1单相接地故障导致电气火灾

垃圾焚烧发电厂低压侧一般采用的是TN-S接地型式，单相接地故障电流小，若开关导线没有匹配好，很容易在接地故障产生时开关无法可靠动作导致人身电击事故或者导线过热绝缘损坏以致引起电气火灾。主厂房垃圾坑卸料口区域、焚烧间及烟气净化间这三个区域空间大，且垃圾坑生活垃圾的发酵会产生甲烷等爆炸危险气体，焚烧间及烟气间有大量设备及管线，若接地故障引起的电气火灾发生在这三个位置，可能会引起生产及安全事故。

1.2导线温升过大、绝缘老化快

导线作为设备电流的载体，其绝缘性能是决定电气设备运行稳定性的重要因素。绝缘性能降低就会导致设备在运行期间出现短路等风险隐患，导致设备的故障，严重时还会诱发火灾等风险。而造成该故障的原因具体可以归结为以下几个方面：（1）导线受到外界条件的影响，如长期暴露在潮湿的环境下，导致整体绝缘性能降低;（2）导线运行时温升超过正常指标，电气设备在运行中，如果所带负荷过大会导致导线局部温度增加，加速导线绝缘的老化。

1.3路灯接地故障

垃圾焚烧发电厂正常均为全天候运行，道路照明对夜晚垃圾运输起着重要的指引作用，所以应该保障路灯的正常运行。当下路灯一般是金属灯杆，立在道路边缘极易被人所触及，若是路灯发生接地故障而开关又没有可靠动作，人触碰灯杆就会电击事故，尤其在雨天人体湿润人体阻抗小，接触电压是很可能导致心室纤维性颤动的。

1.4烟气CEMS设备被闪电电涌侵入损坏

垃圾焚烧发电厂对烟气排放有严格的要求，应设置CEMS烟气监测装置对排放烟气进行监测报告。烟气监测设备一般放置在烟囱内，而烟囱作为整个电厂区域的最高建筑物，其遭受雷击的概率是最大的。某位于多雷区项目就反馈过烟气监测设备在雷雨天被击坏。根据现场情况分析，是雷击后被闪电电涌侵入导致设备被击坏。

2应对措施

2.1单相接地故障导致电气火灾的应对措施

单相接地故障电流的大小受线路长度及导体线径影响，不同保护电器和不同布线路径其故障电流的大小及保护电器的配合是不一样的。按国家标准GB50064-2011《低压配电设计规范》5.2节之规定，对于TN系统，应保证单相接地故障电流小于或等于保护电器在规定时间内切断故障回路的动作电流，配电线路或仅供给固定式电器设备用电的末端线路不宜大于5s。现今行业内一般使用断路器兼作间接接触故障防护电器，《工业与民用供配电设计手册》（第四版 以下简称配四）11.2.4节给出了回路最小接地故障电流的近似公式，根据规范对保护电器和短路电流关系的要求可进一步得出线路长度與保护电器整定电流的关系公式。国标图集19DX101-1《建筑电气常用数据》编制组参考国内外相关文献对线路单相接地故障电流与保护电器配合的公式进行推演、简化，考虑实际情况后得出了实用公式，并根据公式计算出断路器用作故障保护的最大允许线路长度制成表格，见图集表4.31。设计中可直接根据图集所给数据在设计过程中对较长的线路进行校验，若无法保护得到可采取增大导线截面或者减小断路器瞬动电流的措施。若增大截面不经济且减小断路器瞬动电流不可行，亦可改用剩余电流保护装置作为保护电器，可快速切断单相接地故障回路。

2.2导线温升过大、绝缘老化快的应对措施

在设计阶段应根据回路所带负荷的情况进行负荷计算，根据计算结果匹配开关和线路，使得线路能被开关保护。在垃圾焚烧发电厂中负荷计算一般采用的是需要系数法，配四1.4节已给出相关公式和数据，计算时应结合项目经验按配四给出的需要系数进行计算，并在各级母线考虑同时系数。需要注意的是，按照配四12.1.1.4节所给电动机额定电流的计算公式，是需要计及电动机满载时的效率的，所以应该在选择电缆的时候考虑此部分的系数，要求厂家提供资料以便验算。部分电机，如渗沥液处理站的潜水搅拌机比较特别，其效率很低导致其工作电流很大，往往比同功率的普通电机大一到两级。对于这种电机就要额外注意，其电缆及保护电器应根据电机工作电流进行选择。除线径外，亦应根据具体环境设计线路敷设方式，可参考配四表10.1-1。还应注意到的是，施工质量亦是十分重要的，应该做好施工质量的控制和验收工作。

2.3路灯接地故障的应对措施

垃圾焚烧发电厂除主厂房外一般还有办公楼、宿舍楼、渗沥液处理站、水泵房、冷却塔、油泵房、门卫室、地磅房等建筑，受建筑地块影响厂区可能是狭长形，因而厂区道路照明线路最长可达800米。根据规范要求，远离建筑物的用电设备可采用TT系统，GB50064-2011《低压配电设计规范》5.2节，采用TT系统时其保护电器应采用剩余电流动作保护电器。设置RCD时应对其额定剩余电流进行校验，某项目反馈投运几年后路灯回路在雨天时容易跳闸，后面查明其路灯回路使用的是30mA剩余电流保护器。配四11.7.7节，给出了常用设备及电缆正常泄漏电流的数据，但应该考虑线路老化及施工不规范造成电缆外皮局部损伤的不可控情况，应该在保证人身安全的前提下稍微大些以免影响路灯的正常使用。根据《低压配电设计规范》的公式，使用100mA剩余电流保护器时为保障人身安所需要的接地电阻所要求的路灯接地电阻极小，一百欧姆左右即可满足要求，即使在高土壤电阻率的环境也适用。故而建议垃圾发电厂室外道路照明采用100mA剩余电流保护器作接地故障保护。

2.4烟气CEMS设备被闪电电涌侵入损坏的应对措施

烟囱CEMS设备作为电子信息设备，应按GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》确定雷电防护等级，并按防护等级采取相应的防雷措施，包括等电位、共用接地、电磁屏蔽、设置浪涌保护器等。烟囱是利用四根柱子作引下线并利用基础内的钢筋作自然接地装置，防雷接地装置的接地与防闪电感应、内部防雷装置、电气和电子系统等接地共用接地装置。发生闪电电涌侵入事故的项目已设置SPD。事故后分析应是烟囱引下线过少未能取得良好的分流与屏蔽效果，雷击时地电位升高导致电涌涌入。可在烟气监测室内设置由钢丝连接而成的屏蔽网使监测室得到更好的屏蔽效果，并在入户处、屏蔽层处设置协调配合的SPD组，如此设备就能得到良好的传导电涌和辐射磁场保护。

结语

综上所述，垃圾焚烧发电厂的电气设备长时间在恶劣、复杂的环境中运行，很容易出现各种各样的故障。在前期设计中考虑周全是保证设备正常运行，保障发电厂稳定供电的重要措施。

参考文献

[1]中机中电设计研究院有限公司.GB50054-2011 低压配电设计规范[S].北京：中国计划出版社.2012.

[2]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.

[3]中国建筑设计研究院有限公司.19DX101-1.建筑电气常用数据[M].北京：中国计划出版社.2019.

[4]中国建筑标准设计研究院.GB50343-2012 建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社.2012.