垃圾焚烧电厂电气主接线及发电机中性点接地方式的选择要点探析

肖安良

（厦门市环境能源投资发展有限公司）

0 引言

垃圾焚烧电厂主要通过焚烧对垃圾进行无害化处理，利用垃圾焚烧中的热量进行热能发电。垃圾焚烧电厂使垃圾处理最大程度达到无害化、资源化、减量化，对解决垃圾围城问题具有重要意义。相对于国外发达国家而言，国内垃圾焚烧发电技术仍然处在发展阶段，多数垃圾焚烧电厂运营过程中都不可避免地会出现电路故障或者设备故障等问题，从而影响到热能发电效果。目前国内生活垃圾处理问题日益严峻，垃圾焚烧发电厂每日需要处理的垃圾数量日渐增多，如何确保电厂安全稳定运行是当前需要解决的首要问题。

1 垃圾焚烧发电现状

从城市发展规模来看，每年涌入城市人口数量在增加，日常生活中所产生的垃圾量也在逐年上升。垃圾焚烧发电是处理城市生活垃圾的重要手段之一，这种处理方式能够实现资源化、无害化及减量化目标。由于城市生活垃圾生产总量越来越多，城市垃圾焚烧发电规模随之逐渐扩大，特大垃圾焚烧电厂的数量也在逐渐增长，电厂垃圾处理量已经达到每日3000t、4000t，甚至超过5000t。例如厦门市，目前全市生活垃圾日产生量在4800t左右，在运的三个垃圾焚烧电厂 （分别位于岛内后坑、翔安、海沧）日共处理1600t的状况已无法满足处理需求，近期分别在海沧、翔安建设两个二期项目，共增加处理规模2750t／d，待全部投运后加上部分垃圾进行分选处理后才能基本达到原生垃圾的 “全焚烧，零填埋”。可见虽然垃圾焚烧电厂垃圾处理量在迅速增加，但配套发电机组容量近阶段内并没有出现变化，多控制在6MW至30MW，小型电厂机组配置1台至3台左右，并网电压不等，包括110kV电压、10kV电压及35kV电压等。在具体并网电网设置时，需要结合地方供电单位接入系统要求进行合理配置。当垃圾焚烧电厂中电压等级与发电机组容量不同时，发电机中性点与电气主接线接地方式也会出现差异［1］。根据交流装置相关保护设计规定可知，当系统发电机额定电压超过6.3kV时，垃圾焚烧电厂中发电机中性点应选择电阻接地方式，以便发电机出现故障时能达到瞬时切机要求。

在垃圾焚烧发电过程中容易出现二恶英、成本与装备制造等问题。在垃圾焚烧电厂工程建设方面，由二恶英引起的二次污染问题是建设单位必须考虑的。从二恶英问题产生原因来看，垃圾焚烧电厂管理不善及设备处理水平不足是重要影响因素。在垃圾焚烧电厂管理过程中，锅炉运行调控不到位及尾气处理设备可能会因为管理不到位影响到电厂运行效果，造成二恶英超标。国内垃圾热值偏低，垃圾焚烧发电处理过程中需要消耗的污水处理材料、助燃燃料等相对较多，造成电厂运营成本偏高。因此，国内垃圾焚烧电厂主要依靠政府优惠政策维持经济效益，通过政府资金补贴确保电厂稳定运行，这对电厂未来发展可能会造成一定影响。垃圾焚烧电厂中所应用到的设备多依靠进口，国内焚烧设备仍在研究之中，造成电厂运行费用与建设成本上涨，从而影响到电厂事业的稳定发展。

2 电气主接线选择要点

在垃圾焚烧电厂电气主接线方式选择方面，应尽量确保系统运行稳定，从而便于电厂扩建和检修处理，如在天津滨海新区大港进行垃圾焚烧电厂建设过程中，需要对电厂用地面积、布置条件和投资规划等进行电气主接线方案合理制定。当系统电压为35kV时接线方式应该以单母线分段为主，通过两段母线进行并网连接，并将断路器分别安置在两段母线与出线端位置处进行保护。在垃圾焚烧电厂系统运行过程中，引风机单机容量为450kW，供电等级应选择10kV，以防供电电压等级偏高而出现损失。因为引风机主要为垃圾焚烧电厂中的两条焚烧线提供服务，所以需要从单母线分段系统中将引风机电源引出。厦门市在运的三座垃圾发电厂均采用单母线分段的电气主接线方案。大港垃圾焚烧电厂主要为天津市日常生活垃圾处理提供服务，以保障城市卫生安全［2］。因此垃圾焚烧电厂必须全天候进行垃圾焚烧处理，保持电厂运行的稳定性与持续性。当电厂运行出现故障问题时，便有可能导致城市生活垃圾无法及时处理，从而对天津市市容造成负面影响，不利于城市居民正常生活稳定。

在0.4kV配电系统运用方面，必须保障垃圾焚烧电厂中的两条焚烧线之间相互独立，互不干扰，确保一级负荷供电稳定及公用设备供电冗余。在垃圾焚烧电厂低压配电系统使用过程中，必须结合系统电源需求和负荷类型进行专用盘供电或者动力中心配电盘供电。在0.4kV系统电气主接线设计方面，需要利用柴油发电机为保安负荷提供电源，包括排烟设备、消防设备与报警系统等。若上级变电站线路运行过程中出现停电故障，需要保障锅炉持续供水，以防锅炉汽包烧干而出现爆炸问题。空压机是垃圾焚烧电厂供电保安负荷中的一部分，主要为关键位置处阀门动作提供保障，以保证焚烧炉的停机安全。垃圾焚烧电厂厂房中必须拥有照明设备，确保系统运行在出现故障时能够顺利开展抢修与疏散工作，尽量减少电厂内部损失。消防设备是垃圾焚烧电厂中的重要基础设施，主要为电厂火灾扑灭提供服务，以防电厂运行过程中出现重大人身财产损失。

3 发电机中性点接地方式选择要点

当垃圾焚烧电厂建设中存在110kV升压站时，10kV回路中的电容量与电流量数据相对偏小，易于计算分析。当系统供电等级为10kV时，由于并网变电站直接和发电机相连联，因此供电部门一般都不会提供10kV系统情况。10kV系统中的电容电流量变化相对较大，若垃圾焚烧电厂发电机存在单相接地故障且不需要瞬时切机时，则中性点应选择消弧线圈接地方式。垃圾焚烧电厂中的发电机回路电容电流主要有电容器、发电机与连接导体，在发电机中性点接地方式选择方面需要对并网变电站接地系统、故障要求进行综合考虑。比如当10kV并网变电站是不接地系统，发电机单相接地故障中并不需要瞬时切机处理，则中性点应选择消弧线圈接地方式。在垃圾焚烧电厂项目建设方面，部分工程并网变电站10kV属于不接地系统，发电机线路中的电容电流量变化很大，故障点参与电流量经消弧线圈补偿后会超过5A，明显超过电流许可范围［3］。因此，在垃圾焚烧电厂发电机中性点中需要设置消弧线圈接地方式进行补偿处理，将故障点残余电流控制在1A，以协调消弧线圈动作。当垃圾焚烧电场中并网变电站电缆出现逐渐增多时，发电机回路中电容电流量逐渐增长，发电机中单相接地故障后的电容电流量能够达到几百安以上，仅靠消弧线圈补偿难以维持电厂稳定。因此，垃圾焚烧电厂设计人员需要将隔离变压器设置在10kV并网出线上，使系统和发电机隔离开来，以尽量降低回路电容电流数值，保证发电机运行稳定。在垃圾焚烧电厂建设中，从发电机到主变压器中的连接电缆电容电流所占比例相对较大。当发电机和主变压器之间距离之间增大时需要使用的电缆数量便会越来越多，发电机故障中的电流值便会超出许可范围，需要通过中性点不接地方式控制发电机单相接地故障电流。

4 结束语

综上可知，发电机中性点与电气主接线接线方式选择关乎垃圾焚烧电厂设备运行效果及设备故障状态下的停机处理效果。在发电机中性点接线方式选择方面，需要对发电机回路中电容电流量进行重点分析，通过选择合理接线方式加强电容电流量控制，以防电容电流超出许可范围而影响到关键位置处阀门动作。在电气主接线方式选择过程中，需要对垃圾焚烧电厂电能损耗、投资操作及系统调度等进行综合考虑，确保系统中各类设备能够稳定运行，以防系统故障发生后出现重大损失。