6MW小型火力发电厂的优化设计_宋凤娟

林业科技情报2013Vol.45No.26MW小型火力发电厂的优化设计宋凤娟(黑龙江省林业设计研究院)［摘要］作者根据设计实践和小型火力发电厂的特点，遵循安全可靠、投资合理、运行高效、绿色低碳的设计原则，就6MW 小型火力发电厂的布置形式、电气方案等提出了优化设计建议。

［关键词］小型火力发电厂电气方案;布置方式;优化设计Optimization Design Of6MW Small－scale Power PlantSong Fengjuan(Forest Design And Research Institute Of Heilongjiang Province)Abstract:The author proposes optimization design plan for the arrangement form and electrical program of6MW small－scale power plant．The advice follows the principle of safety and reliability、investment rationalization high－efficiency operation and low－carbon．The characteristics of small－scale power plant and the practice are also con-sidered in the design process．Key words:small－scale power plant electric scheme;arrangement form;optimization design我院的设计范围主要是25MW及以下的热电联产供热式发电厂、企业自备热电厂、生物质热电厂。

近年来，笔者参与设计了几座6MW小型发电厂。

这些发电厂一般均采用分期建设，建设方要求节省投资，提供的场地也比较紧张，这就给设计者对主厂房的布置提出了更高的要求。

在布置紧凑合理的前提下，尽量减少使用场地。

电气以往的设计多采用发电机小间与高压配电间分开布置的布置形式，但现今已不能满足本类工程的需要，因此需要重新规划。

下面笔者就以具体工程为例，做以下优化的方案说明，供相关设计人员参考。

1工程概括及电气方案1.1工程概述该项目是黑龙江农垦金谷生物质发电有限公司生物质发电工程，本工程一期安装一台35t/h循环流化床蒸汽锅炉，一台6000kW汽轮发电机组；二期安装一台75t/h循环流化床蒸汽锅炉，一台6000kW汽轮发电机组。

二期设备安装容量Pe= 1861kW，其中汽机辅机及热网部分设备安装容量为840kW。

锅炉辅机设备安装容量1021kW，实用计算容量Sjs=840kW。

1.2电气设计方案电厂二期新上66kV配电装置，采用户外AIS 布置方式。

66kV母线采用单母线接线，通过一回66kV架空线路与系统联网。

66kV配电装置布置在新建汽机房外，66kV配电装置设一个联网线间隔，两个主变间隔，一个PT间隔。

两台主变型号为S11－8000/67.65，容量为8000kVA，变比为67.65ʃ2x2.5%/10.5kV，接线组别Y，d11。

电厂二期新上10.5kV机压母线II段，与一期10.5kV机压母线I段分列运行，两段间设母联开关，两台发电机分别接于10.5kV机压母线I，II 段上。

除厂用电外所发电量全部经两台主变升压至66kV，并送入系统。

电厂起动/备用电源均经联网线由系统引接。

同期点设置在66kV联网线、主变高低压侧、发电机出口。

电厂0.4kV配电系统采用中性点直接接地方式，10kV配电系统采用中性点不接地接地方式，发电机中性点经避雷器接地。

二期锅炉辅机引风机，一次风机为高压电机，其余均为0.38kV低压电机。

其中引风机、一次风机、二次风机、热网循环水泵、给水泵、补水泵、给料机、给煤机采用变频起动，大容量不需调节的循环水泵、碎煤机采用软起动，其它电动机采用直接起动。

厂用电动机采用DCS远程集中控制及就地操作相结合的控制方式。

根据新增锅炉厂用电负荷计算结果（Sjs=·85·840kW ），二期选用一台1250kVA 厂用工作变压器，为二期锅炉、上煤、除渣、上料等低压负荷配电。

二期汽机辅机、热网低压负荷由一期工程1250kVA 厂用变压器供电。

正常运行时，由二期75t /h 锅炉为两台汽机供汽，一期35t /h 锅炉停运。

1#厂用变压器负荷率约为80%，2#厂用变压器负荷率约为70%。

根据厂用电负荷计算结果，综合厂用电率约为13%。

1.3主要电气设备选择及设备布置二期新增10kV 开关柜选择11台KYN28A －12型金属铠装手车式高压柜；0.38/0.22kV 厂用I 段新增5台MNS 低压抽出式开关柜，其中3台为变频装置柜。

0.38/0.22kV 厂用II 段采用7台MNS 低压抽出式开关柜，1台ZAPF －225/400V －B 低压三相四线并联有源电力滤波器屏（以滤波为主，无功补偿为辅），及2台变频装置柜（GGD 柜）。

厂用工作变选用SG10型干式变压器。

直流装置选择300Ah /220V 免维护鉛酸电池屏；5kVA 在线式UPS 装置一套。

在各高压柜内设过电压保护领域多项专利和专有技术构成的性能优良的新型过电压保护装置。

一特六柱全相双安全保护装置（简称EAT ），一特六柱全相双安全保护器是利用氧化锌阀片非线性特性的一种保护装置，此装置采用六柱无间隙结构，相间和相地为独立的氧化锌组件，各氧化锌组件独立运行，互不干扰，能更好的抑制大气过电压和操作过电压。

一特六柱全相双安全保护器无中性点六柱结构特点：（1）相间和相地为独立的氧化锌阀片单元组件，所有氧化锌阀片单元独立运行，不会引起四柱式结构中的连锁效应。

（2）六柱式结构无中性点存在，不存在地相单元容易发生热崩溃的隐患。

一特六柱全相双安全保护器无间隙结构设计特点：（1）陡波响应特性好，无截波，对保护设备无不良影响；（2）无放电延时，响应速度为纳秒量级；（3）动作稳定，没有间隙的固有缺陷，不存在间隙放电时环境影响问题，耐污秽，可用于高海拔；（4）结构简单、可靠，工艺性好，易于实现在线监测及预防性试验，保证产品的运行可靠性。

10kV II 段，高压变频柜，0.38/0.22kV 厂用I 段新增动力柜布置在新增汽机间侧的0m 层配电间内（布置图如图1所示）。

电气电子设备间及机炉电一体集中控制室设在新增汽机间运转层。

发电机控保屏、直流屏、励磁功率调节柜、同期屏等控保设备均安装在运转层电气电子设备间内。

0.38/0.22kV 厂用II 段配电装置布置在锅炉间6.0m 层的变配电间内。

图10.0m 层电气配电间平面布置图2布置方式2.1布置方式的选择及整合本工程发电机小间与高压配电间统一布置在发电机风道侧，6000kW 发电机定子出线端子中心间距为200mm ，为保证10kV 各相导体间125mm 的最小安全间距要求，发电机定子出线母线采用铜母线，母线型号规格为TMY －60x8。

铜母线在发电机风道内采用ZL －10/8，10kV 支持绝缘子固定支撑，为防止发电机振动对出线的影响，在定子出口设母线伸缩节，在局部不能满足最(下转第61页)年折合满负荷工作小时数按年上煤量或年除灰渣量除以系统设计输送能力确定。

η———实际工作效率修正系数。

该系数如下计算：η=η1η2η3η1———设备平均机械传动效率，暂取0.95；该效率值与设备效率有关，因在热力系统中，主要耗电设备为风机、水泵，其它设备功率较小，因而其机械传动效率可按风机和循环水泵的机械传动效率确定。

η2———运行期电动机平均效率，取0.85；该效率值可参照国内标准电动机或实际采用电动机的设计效率值基础上降低3% 5%来确定。

η3———运行期设备平均机械效率修正系数，取0.93。

计算输煤皮带、碎煤机、筛煤机等设备时η3可取0.8。

该系数主要考虑设备在运行期间大部分时间不是最大设计工况下运行，设备无法保证工作在最佳设计工况值范围内而造成的效率降低。

锅炉房如采用静电式除尘器，则需单独计算除尘器的电耗，其设备年折合满负荷工作小时数按锅炉房运行小时数确定，电耗按除尘器额定功率与锅炉房运行小时数乘积确定，不再做其它修正。

锅炉房内如设置有其它耗电设备则可参照以上方式与公式，结合实际工作情况进行计算。

以上计算方法考虑了设备变工况运行对电耗的影响，相对真实反映热源厂的耗电情况，结合已投产的多个热源项目实际情况比较，偏差率较小。

参考文献［1］《工厂常用电气设备手册》编写组．《工厂常用电气设备手册(第二版)》．北京:中国电力出版社，2004．［2］张亦坤．关于黑龙江省公共机构节能的对策研究［J］．林业科技情报，2011，(3):65－66．［3］吕晓红．推行集中供热设备标准化、系统化管理的探讨［J］．林业科技情报，2011，(4):55．［4］关强，杜丹丰．小型发动机测功机现状研究［J］．森林工程，2006，(04):24－25+57．［5］李树林，姜宝峰．对电机冲片整型模凸模和刃口崩裂现象的分析［J］．林业科技情报，2007，(02):94－95．［6］《小型热电站实用设计手册》编写组．《小型热电站实用设计手册》．北京:中国电力出版社，1988．来稿日期：2013－02－27(上接第59页)小安全间距的地方，母线直接用螺栓固定在绝缘子上。

发电机出口母线由风道经出口电流互感器进入发电机小间与高压配电间合一的配电间内，再经高压封闭母线桥与发电机出口高压柜相连。

发电机出口励磁用电压互感器，测量保护用电压互感器，定子接地保护用母线零序电流互感器均放于成套高压柜内。

10kV配电段与发电机出口电气设备整合在一个配电装置内。

2.2整合后的优点（1）降低了工程造价：以往布置通常是发电机小间与10kV配电装置分开布置，一种是毗邻汽机间布置，另一种是单独设置10kV配电装置与主控合一的主控楼。

无论采用何种方式，发电机小间与10kV配电装置之间均需要采用封闭母线或电缆连接。

本方案将发电机小间与10kV配电装置合一，主控制室布置在配电间上方，不但节省的电气一次部分的投资，也节省了二次电缆的投资，同时土建的投资费用也减少了，降低了工程造价。

（2）减少了安全隐患：以往工程电气隐患统计中，电缆存在的隐患较严重。

本方案由于采用的发电机小间与10kV配电装置合一的布置形式，取消了电缆的连接环节，从源头上减少了安全隐患的发生。

（3）布置结构紧凑：经过整合后的主厂房布置结构紧凑合理，建筑和总图可以更好的优化厂区，电厂的整体占地面积得到减少。

3结论在6MW小型发电厂的电气设计中，通过合理整合，采用发电机小间与10kV配电装置合一的布置形式，可以优化电厂的布置，降低工程造价，减少安全隐患。