一种用于电厂除尘设备配电方案

0 引言

对火力电厂而言，电除尘器作为重要的环保设备属于一类用电负荷。除尘装置的投入直接影响排放烟气中的环保指标。所以除尘器一旦发生故障无法投入，轻则导致整个机组减产、限出力运行，重则造成机组非计划性停运，甚至导致环保事件，造成无法挽回的经济与社会影响。在进行电厂除尘器配电系统设计时应充分考虑用电可靠性、经济性等因素，选择合理的配电系统设计方案。

1 传统设计方案简介

某厂 2×660MW 燃煤热电联产机组除尘器计划采用电袋式复合除尘器，每台炉电除尘区域设置两电两袋式除尘器。每台炉电除尘配电系统采用PC(动力中心)、MCC(电动机控制中心)两级配电供电方式。每台机组设置两段除尘PC，每段 PC 由相互独立的两台 6/0.4kV 干式变压器分别供电，两段 PC 母线之间设置联络开关拉手互备。每段 MCC 与 PC 采用单元制接线方式，每段除尘 PC 母线通过馈线开关经由母线桥引接至除尘 MCC 进线开关处，最终接至 MCC 母线。为了保证系统稳定，每台炉电除尘共有 8 台高频电源，每 4 台接至对应MCC 段均匀布置。传统设计方案电除尘每段MCC 母线设置进线断路器柜、电除尘电源柜、振打器控制柜、加热控制柜、检修电源、照明等。

图1 传统设计方式系统示意图

此设计方案采用了单元制接线，两级配电的供电方式，对于 2×660MW 机组除尘器而言，此设计方案属于较为传统的设计，很多新建电厂均采用此设计方案。为了保证除尘器一类负载可靠性，按照设计规范采用双电源供电方式进行供电。两路除尘干式变采用暗备用方式，即不专门设置备用电源，两台除尘器变压器通过 PC 联络开关互备，每台变压器的容量选取都能够同时承受两段 PC 负载的容量，并留有冗余。

1）在除尘设备高度集成化、智能化、电源高频化大趋势下，应对配电系统设备进行适量优化，精简配电系统，在满足设计规范、使用需求同时，减少设备数量，降低工程造价，降低设备故障概率，提高系统稳定性。

2）应该从系统稳定性、经济型、后期运维、除尘器设备选型等方式综合考虑，对电源明备用与暗备用两种方式进行比选，结合业主使用需求综合选择合理的备用方式。

2 优化方案提出与分析

电厂低压配电系统设备分类主要为：断路器、母线、电缆、互感器等，整个配电系统按照故障发生频率统计，负载设备故障所占比例最大。但对于配电系统设备而言，断路器、电缆故障占到整个低压配电系统故障的大部分。根据某电力集团公司内部数据不完全统计，该集团公司近 5 年间发生配电系统故障中，开关类、电缆类设备故障率占整个配电系统设备故障的近 60% 。其电缆类故障频发于高压、中压设备电缆等，开关类设备故障则频发于各电压等级设备中。断路器设备无论是何种类型的断路器，作为配电系统中动作最频繁，承受过电压冲击最多设备，故障率也相应最高。运行中断路器偷跳会影响整个系统安全稳定，其中因二次回路、保护装置、电磁干扰、分合闸机构故障等问题，在运行中无法完全杜绝。为了降低系统风险除了加强开关的选型和维护外，从设计角度出发，精简配电系统，减少配置开关设备数量，也是提高电力系统可靠性，降低故障率的一个重要思路。对于除尘器配电系统配置来说，采用传统的二级配电，PC 段至MCC 段电源单元配置方式存在一定安全风险。所有MCC 电源均由上一级PC 段馈线开关供电，当PC 馈线开关、MCC 进线开关发生偷跳或PC 至MCC 段母线桥发生短路时，将会导致整段 MCC 失电，该 MCC 段所连接的一半电除尘设备将无法投运，严重影响机组运行及环保指标。

对于火力发电厂除尘器配电系统传统设计方案存在的弊端，经过一定的调查研究，结合日常对除尘器设备维护经验，对方案进行了优化设计:取消二级配电供电方式，采用一级配电供电方式。取消 PC 馈线开关、MCC 段进线开关及母线桥，将 MCC 作为 PC 段母线的延伸整合到一段母线中，将两段母线柜进行并柜。

图2 优化后设计方式系统示意图

与传统设计方案相比新设计方案具备以下优点：

1）系统安全方面。新设计方案配电系统由二级配电减少为一级配电，每台机组减少了 4 台断路器设备及相应母线桥、控制系统、保护系统等，从而减小了因这些设备故障带来的整个系统故障的几率，降低了系统复杂程度，提高了整个除尘配电系统可靠性。

2）工程造价方面。系统精简带来的设备整体造价下降，节约了共 8 台MT16框架断路器，母线桥及配电柜及二次、保护等设备，设备购置费及建设安装费用均有所降低，两台机组共节约工程预算约为 120 万元。

3）后期运维方面。系统精简后，系统可靠性更高，更有利于投产后的设备检查、检修、试验、改造等，提升各个环节的效率，大大降低运维成本。

3 电源备用方式对比

电除尘配电系统电源可采用明备用、暗备用两种方式,均能够满足电除尘一级负载配电可靠性的设计要求。两种方式由于备用方式不同，投入方式、设备容量选型、工程造价风方面有所不同，应根据各方面对比，选取可靠适合的备用电源方式。

1）采用电源明备用方式，是指每台机组两段除尘电源变压器运行，设置第三台除尘变作为两段除尘电源的备用。三台变压器的容量都是按每段负荷的 100% 计算，并留有一定的冗余。备用电源的投入可使用快速切换装置，切换时间最短可达到无扰快速切换，但是切换装置价格相对较高，业主可根据对负荷重要程度及工程预算进行选型。

2）采用电源暗备用方式，是指每台机组两台段除尘变压器变压器都运行，两路电源互为备用，每台变压器容量按照两段负荷容量计算，并留有一定冗余。按照大中型火力发电厂设计规范要求，暗备用的除尘器两段电源不设置备用电源自动投入装置。当一段PC 母线发生故障跳闸后，联络开关不会自动投入合闸操作，需运行、设备人员确认故障后手动投入。

两种方案各有优点，明备用可做到快速切换但是系统复杂程度高，根据该厂除尘设计方案，需设置三台 1250kVA 干式变，快切装置费用较高；暗备用系统简单，需设置两台 2000kVA 干式变，但是不具备备用电源自投功能，需手动切换投入。

4 结语

综合考虑安全性、经济型、设备选型等方面诸多因素，该厂 2×660MW 燃煤热电联产机组除尘器配电系统设计优化方案为：电除尘电源采用暗备用，即两段除尘PC 拉手互备，采取单元制接线一级配电接线方式。该设计方案与传统方案相比，可靠性高，经济性好，运维简单。电力系统的简化，对整个工程尤其对总平面布置等方面带来更大的灵活性，尤其对于“寸土寸金”旧厂改造项目中来说意义更为重大。

参考文献

[1]DL/T5153.火力发电厂厂用电设计技术规程.

[2]GB7251.低压成套开关设备和控制设备.

[3]GB50054.低压配电柜技术规范.