盧成志，高林濤，林騫

(1.華電電力科學(xué)研究院有限公司，杭州 310007;2.杭州錢塘電力工程有限公司，杭州 310007)

0 引言

截至2017年年底，我國發(fā)電裝機總?cè)萘窟_17.80×108kW，同比增長7.7%，其中火電裝機容量達11.06×108kW，發(fā)電量更是占到了全國口徑的72.5%［1］?；鹆Πl(fā)電在今后很長一段時間內(nèi)仍將是我國電力供應(yīng)的中堅力量，而火電廠排放的大量煙氣已成為我國霧霾天氣的一個不容忽視的原因。根據(jù)我國環(huán)境保護部2011年發(fā)布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》：2014年7月1日起，現(xiàn)有火力發(fā)電鍋爐及燃?xì)廨啓C組執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定煙塵、二氧化硫、氮氧化物和煙氣黑度排放限值［2］，重點地區(qū)需要執(zhí)行特別排放限值，重點行業(yè)主要大氣污染物排放強度到2017年年底要下降30%以上［3］。

而隨著電廠來煤渠道日趨復(fù)雜，煤炭質(zhì)量與鍋爐設(shè)計煤種的偏差較大，實際運行中的燃煤含硫率、灰分等指標(biāo)遠(yuǎn)大于環(huán)保設(shè)施的設(shè)計值，現(xiàn)有的環(huán)保設(shè)施已無法應(yīng)對煤種的頻繁變化，電廠的排放指標(biāo)也無法達到新的排放限值，很多電廠不得不對環(huán)保設(shè)施的瓶頸環(huán)節(jié)進行升級改造［4］。這就導(dǎo)致電廠廠用電率大幅提高，原有的供/配電系統(tǒng)也必須進行相應(yīng)的升級改造。

1 環(huán)保島概述

環(huán)保島(SRS)，是對煙氣系統(tǒng)進行整體設(shè)計、統(tǒng)一優(yōu)化、合并可共用部分后的污染物協(xié)同脫除系統(tǒng)。“環(huán)保島”概念的提出，體現(xiàn)了火電廠環(huán)保治理在排放端從點源治理向面源多維管控的拓展，是對火電廠脫硫、脫硝、除塵三大煙氣污染治理環(huán)節(jié)的全方位管理。

2 電廠脫硫、脫硝、除塵設(shè)施供電方式

2.1 脫硫系統(tǒng)工作電源引接方式

(1)脫硫高壓工作電源可由高壓脫硫變壓器(以下簡稱高壓脫硫變)提供［5］。脫硫高壓備用電源可由電廠啟動/備用變壓器的低壓側(cè)引接。

(2)當(dāng)脫硫高壓工作電源由高壓廠用工作母線引接時，其備用電源也可由另一高壓廠用工作母線引接［6－7］。

2.2 脫硝系統(tǒng)電源引接方式

脫硝系統(tǒng)用電負(fù)荷一般不大，主要以低壓負(fù)荷為主，通常由就近的動力中心(PC)或電動機控制中心(MCC)引接。

2.3 除塵系統(tǒng)電源引接方式

除塵系統(tǒng)的用電負(fù)荷一般較為集中，主要包括電除塵器或布袋除塵器及其配套輔機的用電負(fù)荷。除塵變壓器(以下簡稱除塵變)高壓側(cè)的電源通常引自廠用高壓工作母線或選擇就近引接，并在現(xiàn)場設(shè)置除塵低壓段。

3 電廠脫硫改造電源引接方案分析

新增用電負(fù)荷的大小對改造方案的影響至關(guān)重要。在工程設(shè)計中，應(yīng)嚴(yán)格按照廠用電負(fù)荷計算方法進行計算，并參照電廠電氣控制系統(tǒng)(ECS)中各電源饋線數(shù)據(jù)，特別是高壓廠用工作變壓器(以下簡稱高廠變)或高壓脫硫變運行的歷史數(shù)據(jù)進行分析，確定其最大負(fù)荷、最大負(fù)荷的持續(xù)時間、高廠變/高壓脫硫變的油溫和繞組溫度［8］，復(fù)核原有設(shè)備的備用容量是否可以滿足改造后新增用電負(fù)荷的要求。

若新增負(fù)荷不大，高廠變或高壓脫硫變的容量可以滿足新增負(fù)荷的要求，改造工作量不大、投資少、工期短;若新增負(fù)荷較大，原有高廠變或高壓脫硫變?nèi)萘繜o法滿足新增負(fù)荷的要求，則應(yīng)根據(jù)原有廠用電系統(tǒng)引接方式確定合理的電源引接改造方案。

3.1 脫硫系統(tǒng)增容改造案例

以貴州某4×600 MW火電廠環(huán)保島的脫硫系統(tǒng)增容改造方案為例：在保持原有脫硫系統(tǒng)不變的基礎(chǔ)上，每臺機組新增1座脫硫吸收塔(B)，2個采用串聯(lián)式布置的脫硫吸收塔煙氣系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示，廠用電系統(tǒng)如圖2所示。

該方案需對原有增壓風(fēng)機進行增容，新建脫硫塔設(shè)置2臺漿液循環(huán)泵(1/2E，1/2F)，3臺氧化風(fēng)機(1/2D，1/2E，1/2F)，以及制漿和石膏脫水系統(tǒng)，新增電負(fù)荷的計算見表1。

3.2 脫硫系統(tǒng)增容改造供電方案

脫硫6 kV A段和B段只有增壓風(fēng)機功率由3900.0 kW增容為6 000.0 kW，其他饋線負(fù)荷均不變。脫硫6 kV A段和B段新增計算負(fù)荷(換算系數(shù)為0.85)=2 × (6000.0 －3 900.0) ×0.85=3 570.0(kW)。脫硫6 kV C段和D段新增計算負(fù)荷 =7251.5+7251.5 －3 065.0=10 898.0(kW)。脫硫系統(tǒng)增容改造新增計算負(fù)荷=10898.0+3570.0=14468.0(kW)。

每臺機組原設(shè)置2臺31.5 MV·A高廠變和1臺25 MV·A高壓脫硫變，其備用容量均無法滿足新增用電負(fù)荷的要求，需要新增或更換高壓脫硫變。根據(jù)主廠房A排柱外電氣設(shè)備布置情況，已經(jīng)沒有安裝變壓器的空間，因此只能采取更換原有高壓脫硫變的方案［9－11］。根據(jù) DL/T 5153—2014《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)定》相關(guān)條文：“高廠變的容量宜按高壓、低壓廠用電的計算負(fù)荷之和選擇”［12］。更換后的高壓脫硫變?nèi)萘?S)按原有高壓脫硫變?nèi)萘考用摿蚋脑煨略鲐?fù)荷之和來選取，S=25 000+14468=39468(kV·A)。因此更換后的高壓脫硫變?nèi)萘看_定為40 000 kV·A，主變壓器(以下簡稱主變)型號為 SF－40000/22 kV，變比為(22±2×2.5%)kV/6.3 kV，低壓繞組電壓(U)為 6.3 kV，短路阻抗電壓Uk%=14%，連接組別D，Yn1。新更換的高壓脫硫變低壓側(cè)電流6.3)=3666(A)。

圖1 脫硫塔工藝流程Fig.1 Technological process of desulfurization towers

圖2 廠用電系統(tǒng)圖Fig.2 Diagram of power supply system for station

表1 新增用電負(fù)荷Tab.1 New electriccal load

QF1開關(guān)的額定電流3 150 A，短路開斷能力50 kA;電流互感器2(CT2)的變比為3000/5;共箱母線額定電流為3 150 A。因此原有的共箱母線、QF1開關(guān)和CT2均無法滿足改造后的要求。根據(jù)上述分析，有以下2種電氣改造方案。

(1)方案1：將QF1更換為4 000 A的真空斷路器，CT2更換為變比4 000/5的電流互感器，共箱母線更換為額定電流4000A的共箱母線，如圖3所示。

(2)方案2：保留原有QF1開關(guān)柜和共箱母線，新增QF2開關(guān)和CT3，新增2000 A共箱母線，如圖4所示。

圖3 電氣改造方案1Fig.3 Electrical renovation scheme 1

二次系統(tǒng)改造，保持原高壓脫硫變保護裝置及接線不變，高壓脫硫變差動保護接入高壓側(cè)CT1電流，低壓側(cè)將CT2，CT3二次電流合并接入高壓脫硫變保護屏，以“和電流”接入高壓脫硫變差動保護裝置和低壓側(cè)后備保護裝置，I2和I3分別為高壓脫硫變低壓側(cè)2支分支回路電流，I1=I2+I3。1CT3和2CT3為新增脫硫6 kV C段和脫硫6 kV D段的電源進線CT。以上2種改造方案進行經(jīng)濟技術(shù)比較，見表2。

圖4 電氣改造方案2Fig.4 Electrical renovation scheme 2

表2 技術(shù)經(jīng)濟比較Tab.2 Technical and economic comparison

根據(jù)經(jīng)濟性的比選，該工程采用了方案2，共箱母線改造布置如圖5所示。

圖5 共箱母線改造布置Fig.5 Renovation layout of nonsegregated phase busbar

4 改造中應(yīng)注意的主要問題

(1)采用“和電流”的2組CT的變比必須一致，并來自同廠家、同批次，保證其伏安特性的一致性，接線時還需特別注意2組CT的極性必須保持一致。

(2)應(yīng)對電廠主變、啟動/備用變壓器、高廠變、高壓脫硫變的連接組別進行合理規(guī)劃，確保高壓脫硫變、啟動/備用變壓器和高壓廠用變壓器的6 kV側(cè)是同相位，具備變壓器瞬時并列運行的條件。

(3)高壓脫硫電源切換應(yīng)采用廠用電快速切換裝置，確保電源切換時機組不跳機。

5 結(jié)論與建議

通過對火力發(fā)電廠環(huán)保島電源引接方案的分析，并針對脫硫系統(tǒng)供電增容改造方案做了詳細(xì)論證，得出以下結(jié)論。

(1)環(huán)保島電源的引接和用電負(fù)荷的連接，應(yīng)與機務(wù)專業(yè)充分溝通、合理規(guī)劃，同時滿足安全性與經(jīng)濟性。

(2)如果原有廠用電系統(tǒng)設(shè)置有高壓脫硫變，可考慮更換高壓脫硫變或新增1臺高壓脫硫變的方案。

如果原有廠用電系統(tǒng)未設(shè)置高壓脫硫變，廠用電系統(tǒng)采用1臺雙分裂高壓廠用變壓器，并新增1臺高壓脫硫變;廠用電系統(tǒng)采用2臺高廠變，可考慮更換1臺高廠變或新增1臺高壓脫硫變。

(3)系統(tǒng)改造時應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟比選確定供電方案，并盡量利用原有設(shè)備，以降低工程造價。