大型火力发电厂烟气深度减排电气系统设计

摘 要：在积极倡导节能减排、发展低碳经济的今天，电气技术在电厂环保工程建设方面起到了越来越重要的作用。现就某大型火力发电厂烟气深度减排工程电气系统的设计应用进行简要介绍和分析，以提高电气系统的安全可靠性和自动化程度，给同类工程的电气设计工作提供参考。

关键词：烟气深度减排;电气设计;系统接线

0    引言

国家和地方最近几年来加大了环境综合治理力度，加强了烟气深度减排改造。烟气深度减排的一个关键点在于对排放烟气进行温度、湿度的控制，在协同控制多污染物排放的同时，还能有效回收湿烟气中的水分及热量，节水节能，具有良好的社会效益。烟气深度减排电气系统的设计要着眼于系统的安全、可靠和经济上的适用，现以某大型火力发电厂2×600 MW机组烟气深度减排系统改造工程为例，介绍了该项目的电气系统设计技术与方法。

1    烟气深度减排系统工艺介绍

本工程2×600 MW机组烟气深度减排改造采用浆液降温冷凝技术，该技术除了具有烟羽治理和多污染物排放协同治理功能外，通过降低浆液温度还有利于提高脱硫效率，冷却净烟气不仅可以将其中水蒸气冷凝以减少脱硫补水，而且凝结水具有优异的除尘功效。该工程烟气深度减排系统主要由浆液冷却器、循环水系统、逆流式机械通风冷却塔、水平衡处理系统等组成。

烟气深度减排系统采用了脱硫浆液深度冷却系统技术解决方案，通过新建逆流式机械通风冷却塔和循环水泵等设备组成浆液冷却水换热系统。浆液降温冷凝深度减排改造技术就是在浆液循环管道上安装浆液换热器，用冷却水经浆液换热器对浆液进行冷却，再由喷淋到吸收塔的冷浆液对吸收塔内烟气进行冷却，从而降低吸收塔出口净烟气温度和湿度，达到降温冷凝消白效果，烟气冷却后的凝水落回到吸收塔内，最终再考虑塔内水平衡[1]。

本工程烟气深度减排系统主要由浆液冷凝系统、循环冷却水系统、水平衡处理系统等多种子系统组成，各个子系统都有自己独特的技术优势。从工艺特点上可知，循环水泵、冷却塔风机等系统电气设备的供电可靠性必须达到较高水平，才有利于保障烟气深度减排系统长期稳定地实现超低污染物排放要求。

2    电气系统设计

电气系统设计要遵循安全可靠性原则，既要满足现有规范标准要求，又要结合工艺系统特点。电厂原有高压厂用工作变和低压干式变压器容量均无法满足新增高低压设备负荷需求，原高低压配电室内也都无备用空间，需要新建高低压配电室。本节所讨论的烟气深度治理工程电气主接线如图1所示，由图1可以看出，烟气深度减排厂用电系统采用6 kV和380/220 V两级电压，均采用单母线分段接线方式，系统中所有6 kV电机和干式变压器相应接入6 kV母线段，系统中所有380/220 V低压负荷则由两台互为备用的干式变压器供电，A、B两段之间均设有联络开关，并与进线开关进行联锁。

下面结合项目实际情况和要求，具体分析电气系统的主接线形式和电气保护设备的选择，以及事故保安电源、直流系统、UPS系统、备自投保护装置、电机调速设备等在电气系统中的主要作用和应用方式。

2.1    中压6 kV电气接线

对于中压电源的引接通常有以下3种方式：

接入方式1：系统内中压用电设备增加的电源数量相对较少，若在原中压配电室有备用间隔或备用位置，则此接入方式最为简单经济。

接入方式2：单独装设高压厂用工作变作为系统的中压电源，电源从发电机出口T接。此种方案需要原设计有预留场地。

接入方式3：电源从电厂高压共箱封闭母线引接。

对于本工程，根据实际情况，采用第3种设計方案。原每台机组高压厂用变压器高压侧经封闭母线T接一台20 MVA、20/6.3 kV双绕组变压器，本次烟气深度减排改造对变压器进行了更换，由20 MVA增容到40 MVA，在原有变压器位置各布置一台双分裂绕组变压器，低压侧新增一个分裂绕组，新增一段共箱封闭母线系统，烟气深度减排6 kV配电装置中压电源从母线引接。

2.2    低压380/220 V配电系统

低压电源系统采用PC段供电方式，由于负荷比较分散，不再单独设置MCC段。对于较远距离负载的低压电源馈线电缆回路，在充分满足工艺要求的基础上，可以考虑就地控制解决方案，从而有效减少低压电源开关及馈线电缆的使用。为了提高变压器运行的经济性和供电可靠性，低压两段供电母线采用两台变压器并列运行，互为暗备用，两台变压器分别连接在6 kV工作段上。两段母线间设置一个母线分段开关，采用单母线分段运行，母联开关和进线开关之间进行电气联锁。低压配电采用低压双电源备自投供电系统，加装微机备自投装置，是系统稳定运行和连续可靠供电的保证。正常情况下，两段供电母线独立运行，当其中一台变压器发生故障时，备自投装置自动合母联开关，由另一台变压器带全部负荷。

2.3    保安电源

保安电源系统是为了避免在全厂事故停电过程中可能造成的设备故障或失控、损坏或者发电厂长期无法恢复正常供电而向事故保安负荷供电的电源，主厂房根据情况需要配备柴油风力发电机组作为事故保安电源。本工程事故保安负荷主要包括PLC控制柜的其中一路电源进线、UPS的旁路交流输入电源以及交流事故照明电源，因为回路数不多，其电源可由主厂保安段供给。但是否可以从主厂保安段引接，这一点需要与业主确认备用间隔的数量和容量并进行核算后确认，若不满足则需要进行改造。

2.4    直流和UPS电源

新建配电系统布置在独立区域，距离主厂房较远，为了有效避免交流母线停电或故障造成影响，提高供电的安全可靠性，烟气深度减排系统设置DC220 V供电系统。直流供电系统设置两段，每段都分别配有独立的一个充电机及一个蓄电池组，两段互为备用。中压段和低压段所有的开关电气操作控制、继电保护、信号、自动化设备及UPS均采用了直流电源。由于直流系统供电可靠性直接关系到配电系统继电保护装置能否正常对系统进行保护，直流系统在非故障状态下不允许失去交流电源，通常的做法是为直流系统提供双路源自不同母线段的交流电源，通过双重电源的高可靠性来提高直流系统持续运行的可靠性[2]。

深度减排系统共设置两套UPS不间断电源系统，由于直流系统带有蓄电池，UPS无须再带有蓄电池。每套UPS系统各包括一个主机柜，UPS输出馈线柜两套系统共用，向控制室操作人员站、PLC控制系统、火灾报警、热工仪表等关键的电气负载提供可靠、优良、稳定的交流电源。UPS装置采用并联并机系统，实现了无缝切换，提高了UPS供电系统的效率和可靠度。系统选择三路电源进行输入，UPS装置输入的正常交流电源分别取自本次改造新增380 V PC段，旁路交流电源分别取自原脱硫380 V保安段，UPS的直流电源取自新增220 V直流系统，作为正常电源失去时的备用电源。这一设计保证了在正常模式、蓄电池模式、旁路模式等各种运行模式相互切换的过程中供电的不间断性，满足了系统的电力安全保障需求。

2.5    永磁调速和变频调速技术在项目中的应用分析

风机、泵类设备是工厂最重要的一种耗电装置，在工艺系统设计中，由于运行需要及节能经济性要求，采用各类调速设备来替换风门、挡板及阀门进行节流的控制。高压变频器主要通过改变电源频率来改变电动机转速，但会产生高次谐波污染，电磁干扰严重，现场改造放置一台高压变频器又需要较大空间，对安装的环境及散热要求比较高。而永磁调速器主要通过改变电动机与负载之间的润滑度或者摩擦力来实现调速，具有低速下不会造成电动机过度发热的优异调速性能，以及无刚性连接传递扭矩、可在恶劣环境下应用、整体系统振动大幅减少、系统维护工作量减少及系统使用寿命延长等优点[3]。本工程循环水泵采用大功率高压电机，因此设计方案选用永磁调速器控制为宜。而对于一些中小型低压电动机，如冷却塔风机以及其他一些需要调速的水泵设备，采用低压变频器来进行控制，技术相对成熟，故障率低，稳定性更好。

3    结语

本文依托于近年来烟气深度减排项目工艺要求，提出了电气系统各部分的设计思路及设备选型依据，以更好地实现电气技术在工程中的应用，保障系统的安全可靠性和节能经济性，促进我国经济社会的可持续发展。

[参考文献]

[1] 薛晓东.燃煤电厂白色烟羽治理方案[J].节能与环保，2018（11）：56-57.

[2] 曲向超.发电厂脱硫除尘系统控制及电气设计研究[D].北京：华北电力大学，2017.

[3] 钟义峰，李炎.永磁调速节能技术在炼铁厂的应用[J].冶金设备管理与维修，2018，36（5）：15-17.

收稿日期：2021-08-31

作者簡介：周永隆（1977—），男，福建上杭人，电气工程师，研究方向：电气。