火电机组烟气脱硫改造工程电气设计若干问题的探讨

周 平，吴顺根

（浙能嘉兴发电有限公司，浙江 平湖 314201）

随着国家对脱硫减排要求的提高，目前新建火电机组必须同步建设烟气脱硫工程，而对已经投入运行的一大批火电机组也正逐步实施烟气脱硫改造工程。烟气脱硫改造工程需要在原有机组系统已经投入运行的情况下进行考虑，一方面要做好与机组系统接口部分配合设计，另外还要兼顾考虑可靠性和经济性。

1 脱硫系统电气设计

某发电厂一、二期工程分别安装2台300 MW和4台600 MW燃煤机组，采用单元制接线方式，厂用电设6 kV及400 V 2个电压等级，脱硫工艺设计方案选用国内最为普遍的石灰石－石膏湿法脱硫工艺，以一期工程（1，2号机组）为例，研究脱硫改造过程中，电气部分设计要求。

为与一期工程2台机组厂用电系统保持一致，脱硫电气系统也设置6 kV及400 V 2个电压等级，每台机组脱硫6 kV系统都设置1段母线（单母线接线），采用双电源供电方式，其工作电源分别由主厂房6 kV工作段1B（2B）引接，2台机组6 kV脱硫母线间设联络开关。正常工作时2段脱硫母线分列运行，分别由各自机组的主厂房厂用电供电；当1台机组6 kV脱硫母线工作电源故障时联络开关合闸，2台机组脱硫厂用电负荷全部由另一台机组供电。

400 V系统采用PC-MCC接线方式，2台机组脱硫系统设2台低压脱硫工作变，400 V低压脱硫母线分别给各自机组脱硫低压负荷和2台机组低压脱硫公用负荷供电，2台低压脱硫工作变互为备用。当1台低压脱硫工作变故障时，由另一台变压器负担起2台机组脱硫系统的低压负荷。脱硫电气主接线见图1。

图1 脱硫系统电气接线

每台机组脱硫系统设1段保安段，分别设置3路电源进线，其中一路来自外部本厂二期工程电源。每台机组脱硫系统单独配置1套直流系统和1套UPS系统，分别作为脱硫系统各个设备直流控制电源、脱硫控制系统（DCS）及其他重要负荷的工作电源。脱硫保安段电气接线见图2，另外工艺流程所需制粉车间6 kV电源由本厂二期工程供电；石膏脱水系统及废水处理系统与本厂二期工程公用。

图2 脱硫保安段电气接线

2 分析与讨论

2.1 容量分析

在图1中，脱硫6 kV母线的工作电源取自本机组6 kV工作B段，备用电源则取用另一台机组的脱硫6 kV母线，也就是所谓的暗备用方式。这里需要讨论2个问题，一是原来机组的受电母线容量是否满足要求，二是供电的可靠性是否满足脱硫系统的要求。

容量校验可依据《火力发电厂厂用电设计技术规定》（以下简称《规定》）中有关原则，采用换算系数法对厂用电负荷进行计算。结合现场情况，按所有负荷投入且1，2号机一致来分别计算6 kV工作B段负荷容量和6 kV脱硫段母线负荷容量，具体负荷和各负荷所选取的换算系数列于表1和表2。

表1 6 kV工作B段负荷及换算系数

表2 6 kV脱硫段负荷及换算系数

按照表1、表2计算数据对比高压厂变或启备变容量，即脱硫改造后，6 kV B段母线总容量为表1、表2合计数据之和（15 632+4 590）=20 222 kVA小于高压厂变或启备变额定容量（25 000 kVA），高压厂变或启备变容量满足脱硫母线接入后的要求。根据《规定》有关要求，此时还应校验最大容量电机启动时的母线电压情况，即启动时母线电压应大于80%Un。高厂变和启备变阻抗电压百分数为11%，电动给水泵电机为最大容量电机（计算容量为5 400 kVA）。具体计算见式（1）， （2）， （3）。

（1）启动时总负荷标幺值（以变压器容量为基准值，下同）：

式中：S为启动时总负荷，即去掉一台最大容量电动机后的负荷；SB为高厂变或启备变额定容量；S*为启动时总负荷标么值。（2）电动给水泵启动负荷标幺值：

式中：Sqd*为电动给水泵启动负荷标么值；Kq为电动给水泵自启动倍数，取5.3；Se，Pe分别为电动给水泵额定容量、额定功率，Se=Pe/（cosφ×η）。

（3）母线启动电压标幺值：

式中：Uqd*为母线启动电压标么值；U0*为电源端母线电压标么值，取1；Ud*为高厂变和启备变阻抗电压百分数，实际为11%。

实际Uqd>80%，满足要求。

根据上述计算，在6 kV脱硫电气系统接入后，机组侧6 kV B段母线容量及启动电压能满足要求。但如果需要作为另一台机组的备用自投电源时，需要考虑自投于另一台机组的6 kV B段母线时对启备变B的影响。

表3数据为1台机组主燃料跳闸（MFT）时，6 kV B段负荷分布情况。由表3可知，在启备变B带1机运行并作为1机备用自投电源时，最大可能负荷为 39 137 kVA（15 632+4 590+18 915），此时，启备变B将过载（1.57倍）；如果考虑机组MFT时，该机组脱硫负荷停运、电泵未启动以及运行机组电泵已经停运，此时负荷约为23 747 kVA（39 137-4 590-5 400-5 400），与启备变 B 容量接近。

因此，应认真考虑上述情况，如前者（极端情况下）可选择退出备自投，后者即使不退出备自投，但也要禁止大电机启动，防止启备变B的容量超限，危及正常运行机组。

2.2 接线分析

前已述及6 kV脱硫段工作电源故障时，由备用电源供电，从理论上讲提供2路电源，并且同时实现带电并列切换及失电串联快速切换，将有效保证供电可靠性。应根据实际情况考虑这种方式的必要性。首先，要分析工作电源故障的可能性，一是6 kV B段失电，二是6 kV脱硫段电源开关或引接电缆故障时，两者都会导致工作电源失去。实际运行情况表明当6 kV B段失电时，机组也将无法正常运行，此时6 kV脱硫段失电也不会导致问题的出现。而对于后者，确实需要备用电源快速切换来保证脱硫系统的正常运行。

表3 机组MFT时6 kV B段母线负荷

综合上述计算，如果此时由另一机脱硫段提供电源，此时正常机组的高压厂变B的负荷达到24 812 kVA（15 632+4 590+4 590）， 将接近额定容量，最大电机启动电压也将达到临界值（80%），对正常运行机组也将带来一定风险。因此，受供电容量和引接方式所限，此备用电源的必要性值得商榷，脱硫电源开关及引接电缆出现故障的概率很小，这种备用电源方式的必要性不大，当然上述容量计算分析还需要通过实际运行情况来进行检验。

对于400 V脱硫PC段，2台机组间设置联络开关，与6 kV脱硫系统类似，采用暗备用方式非常有必要，当6 kV脱硫段失电后，400 V脱硫PC段则可以通过联络开关受电，只要低压脱硫变的容量足够，就能保证相关负荷的正常供电。

图2中的脱硫保安电源接线，实际设计了3路电源供电，保证了供电可靠性，其中第3路电源以发电厂二期工程相关400 V电源处引接。当外部电网出现严重故障时会影响一、二期所有机组，此时脱硫保安电源将无法保证正常供电。建议从本机组的主机保安电源引接1路电源作为第3路的保安进线电源，毕竟主机保安电源有独立于外部电网的柴油发电机系统。

对于脱硫UPS和直流系统，改造工程各增加1套；从现场实际接线以及负荷情况来看，负荷非常小。因此完全可以从主机UPS及主机直流系统引接电源，机组侧的UPS系统和直流系统的可靠性要远高于脱硫系统的要求。改造工程增加上述设备后，既降低了可靠性又增加了设备维护的工作量。

3 结语

通过脱硫电气系统的分析，指出了脱硫电气系统对机组的影响以及脱硫系统自身可靠性的影响，结合分析情况提出建议：

（1）应认真分析脱硫投运后，启备变B作为1机或者2机6 kV B段的启动及备用电源时，对机组安全运行的影响，包括厂用快切的投退及厂用负荷的容量控制。

（2）6 kV脱硫段备用电源，由于受容量和引接方式限制，其必要性值得商榷；实际运行中如确需要投入运行，应进一步分析计算，并经实际运行检验。

（3）脱硫电气系统的保安电源、UPS及直流等可靠性要求较高的电源，应充分利用机组现有的电源系统，既可以保证供电的可靠性，又可减少维护工作量。

[1]华东电力设计院.DL/T 5153-2002火力发电厂厂用电设计技术规定[S].北京：中国电力出版社，2002.

[2]周平，刘惠芳，周密.300 MW机组厂用电系统改造的分析[J].华东电力，2000，28（12）:46-48.