摘  要:本文針對不同機(jī)組循環(huán)流化床干法脫硫（CFB-FGD）裝置電氣設(shè)計(jì)的要求，對涉及電氣性能及造價(jià)的方案設(shè)計(jì)、主要設(shè)備選型等進(jìn)行了初步探討。

1 前言

隨著循環(huán)流化床干法脫硫技術(shù)在國內(nèi)電力行業(yè)上尤其是在中小機(jī)組、西部缺水地區(qū)的推廣應(yīng)用，如何針對不同機(jī)組、不同地區(qū)及具體的工藝要求設(shè)計(jì)一套符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求、同時(shí)性價(jià)比最優(yōu)的脫硫電氣系統(tǒng)，已成為眾多脫硫系統(tǒng)集成商及最終用戶追求的目標(biāo)。系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，不僅決定了系統(tǒng)性能，同時(shí)也決定了系統(tǒng)的造價(jià)。

本文針對不同機(jī)組循環(huán)流化床干法脫硫CFB-FGD裝置電氣設(shè)計(jì)的要求，對涉及電氣性能及造價(jià)的方案設(shè)計(jì)、主要設(shè)備選型進(jìn)行初步探討，以供參考。

2 CFB-FGD裝置電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1  設(shè)計(jì)內(nèi)容

電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是完成脫硫除塵裝置干式配電變壓器、PC系統(tǒng)、MCC系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、交流不停電裝置（UPS系統(tǒng)）、保安電源、照明檢修系統(tǒng)、防雷接地、電纜敷設(shè)、電纜防火、電纜選型及電纜清冊等設(shè)計(jì)。

2.2  設(shè)計(jì)依據(jù)

電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先應(yīng)根據(jù)CFB-FGD的工藝要求及技術(shù)協(xié)議書進(jìn)行，也要根據(jù)用戶的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)；其次是必須滿足國家有關(guān)電氣設(shè)計(jì)方面的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。CFB-FGD裝置電控部分設(shè)計(jì)可參考“火電廠煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范—煙氣循環(huán)流化床法”（HJ/T178-2005）標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)條款進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.3  配電設(shè)計(jì)

電氣系統(tǒng)的造價(jià)約占整個(gè)CFB-FGD電控造價(jià)的2/3，而配電系統(tǒng)在電氣中占的比例又最大，所以，配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣對整個(gè)CFB-FGD電控性能及造價(jià)影響最大。

CFB-FGD裝置配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)、配電變壓器選型、主接線方式選擇（配電變壓器明暗備用方式選擇）、主母線分段方案及導(dǎo)體選擇、短路電流計(jì)算、主要器件（開關(guān)、保護(hù)元件等）選型等。

2.3.1 用電負(fù)荷計(jì)算

（1）計(jì)算原則與方法

CFB-FGD裝置用電負(fù)荷主要是指400V低壓用電負(fù)荷（6kV脫硫引風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，一般另外計(jì)算），主要包括脫硫用電負(fù)荷和除塵器的用電負(fù)荷。脫硫用電負(fù)荷包括為保證物料有效流動(dòng)的各種流化風(fēng)機(jī)，如生/消石灰倉流化風(fēng)機(jī)、除塵器灰斗流化風(fēng)機(jī)、空氣斜槽流化風(fēng)機(jī)、輸送風(fēng)機(jī)等，以及高壓水系統(tǒng)的高壓水泵。采用電除塵器進(jìn)行收塵時(shí)的高壓硅整流電源是CFB-FGD裝置里最大的用電負(fù)荷，約占總用電負(fù)荷的80%（包括預(yù)電除塵器、脫硫電除塵器）。如果采用袋式除塵器，則CFB-FGD裝置的用電負(fù)荷大為減小，約為電除塵器的1/3。

負(fù)荷的計(jì)算方法按《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中推薦的換算系數(shù)法。主要設(shè)備的換算系數(shù)見下表。

（2）負(fù)荷計(jì)算需注意的問題

電除塵器硅整流高壓電源的換算系數(shù)取值要大于常規(guī)非脫硫裝置。CFB-FGD系統(tǒng)若采用電除塵器進(jìn)行收塵，必須注意干法脫硫粉塵的幾個(gè)特殊性。CFB-FGD裝置吸收塔出口，也就是脫硫電除塵器入口的粉塵濃度很高，可達(dá)1000mg/Nm3。脫硫工況下煙氣溫度較低，一般僅為70℃～75℃，因此粉塵比電阻較低，適合電除塵器收塵。電除塵器的高壓電源的輸出功率較常規(guī)大，因而電除塵器硅整流高壓電源的換算系數(shù)不能取得太小，建議不低于0.6。

由于干式變壓器最大容量的限制（≤2500kVA）以及脫硫工藝的要求，備用電機(jī)較多，PC動(dòng)力中心一般要設(shè)置二段，這樣便于負(fù)荷均攤，也便于工作及備用電機(jī)分別掛在不同PC段上，增加系統(tǒng)供電可靠性，同時(shí)降低了柜內(nèi)元器件的分段等級(jí)，節(jié)約了成本。

在場地允許的條件下，應(yīng)盡量采用變壓器明備用方式，這種方式可大大提高供電的可靠性。

2.3.2 CFB-FGD裝置配電方案

CFB-FGD裝置負(fù)荷依據(jù)不同的機(jī)組容量而不同。一般情況下，機(jī)組越大，對應(yīng)的負(fù)荷也較大。對于300MW機(jī)組，其CFB-FGD負(fù)荷一般不會(huì)超過3200kVA，設(shè)置2臺(tái)1600kVA干式變壓器即可滿足配電要求。相應(yīng)地，PC工作段設(shè)為二段，備用段設(shè)為一段。由于干式變壓器最大容量的限制，一般不采用變壓器作為暗備的供電方式。

對于125～200MW機(jī)組的CFB-FGD裝置，設(shè)計(jì)相對靈活，可采用二用一備或互為暗備的方式，具體情況應(yīng)根據(jù)具體工程而確定。如受場地限制，可設(shè)置互為暗備的二套干式變壓器，省掉一臺(tái)備用變壓器及其備用段的位置。相應(yīng)地，PC為二段，此時(shí)配電變壓器的裕量應(yīng)為計(jì)算負(fù)荷的200%。若為新建機(jī)組，在場地允許的條件下，優(yōu)選方案應(yīng)采用明備方式，即設(shè)置二用一備共三臺(tái)配電變壓器，以提高配電可靠性；在二臺(tái)機(jī)組配置二套CFB-FGD裝置時(shí)，其中的備用段可設(shè)計(jì)為二套CFB-FGD裝置共用方式，這樣可降低造價(jià)。不同配電段的聯(lián)絡(luò)采用母線橋方式。

配電變壓器容量的選擇，主要應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的計(jì)算結(jié)果來確定，同時(shí)還要確定電壓等級(jí)和調(diào)節(jié)范圍、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)及自啟動(dòng)電壓校驗(yàn)、阻抗等，具體如下：

（1）電壓等級(jí)

配電變壓器一般采用干式變壓器，電壓等級(jí)選用10kV，變比為6.3±2×2.5%/0.4～0.23kV。

（2）電動(dòng)機(jī)起動(dòng)及自啟動(dòng)電壓校驗(yàn)

由于脫硫除塵工藝的要求，脫硫除塵裝置內(nèi)的設(shè)備一般采用順序啟動(dòng)方式，不存在成組啟動(dòng)或自啟動(dòng)，同時(shí)由于大電機(jī)數(shù)量一般不多，故一般不做電動(dòng)機(jī)起動(dòng)及自啟動(dòng)電壓校驗(yàn)。

（3）阻抗選擇

按《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》，低壓廠用變壓器的阻抗應(yīng)按低壓電器對短路電流的承受能力來考慮。影響阻抗選擇的因素有很多，而且都是相互制約的，所以必須通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來確定最佳阻抗。

從技術(shù)上看，為了運(yùn)行上的安全可靠，廠用母線的短路電流宜小些，阻抗應(yīng)選大些；為了保證電壓質(zhì)量，阻抗應(yīng)選小些，并減小電壓波動(dòng)范圍，以滿足電動(dòng)機(jī)成組啟動(dòng)要求。

從經(jīng)濟(jì)上看，阻抗選得大些，就能采用輕型的電器和較小的電纜熱穩(wěn)定截面，從而節(jié)省投資。所以在滿足基本技術(shù)要求的前提下，阻抗應(yīng)盡量大些，以便節(jié)約廠用設(shè)備投資。

對于CFB-FGD裝置來說，大于75kW以上的電機(jī)很少，一般不存在電機(jī)成組啟動(dòng)情況；另外，在二次控制回路設(shè)計(jì)時(shí)，啟停信號(hào)一般為短脈沖方式，在失電時(shí)，要求重新啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。在這種情況下，負(fù)荷對電網(wǎng)技術(shù)上的要求相應(yīng)降低，可選用較高的阻抗。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，對于200MW機(jī)組的CFB-FGD裝置，配電變壓器為互為暗備式二臺(tái)，容量為2500kVA，阻抗選擇為10%；對于2×150MW機(jī)組的CFB-FGD裝置，配電變壓器為二用一備三臺(tái)，容量為2000kVA，阻抗選擇為8%；對于1×300MW機(jī)組的CFB-FGD裝置，配電變壓器為二用一備三臺(tái)，容量為1600kVA，阻抗選擇為8%；對于配電變壓器≤1250kVA時(shí)，阻抗可選6%。

當(dāng)然，對于某些使用干式變壓器的廠家，阻抗增加可能會(huì)造成變壓器體積的增大，因此，這方面因素在設(shè)計(jì)設(shè)備布置時(shí)也要予以考慮。

2.4  PC和MCC

PC和MCC的選擇主要考慮的應(yīng)是柜型以及柜內(nèi)導(dǎo)體和器件。從性能和場地考慮，應(yīng)優(yōu)選抽屜非焊接組裝式柜型。柜型強(qiáng)度必須能保證主母排額定電流下及最大短路電流下最大應(yīng)力的要求。在同樣條件下，由于抽屜式柜型安裝單位較多，使用較多，因此，設(shè)有專門的接線小室和母排室，便于安裝接線、維修更換，使用非常便利。最終設(shè)計(jì)應(yīng)滿足全廠統(tǒng)一，與主機(jī)盡量一致。柜型對造價(jià)的影響相對有限，但對配電性能的影響卻較大，建議以性能為考慮的要點(diǎn)。

柜內(nèi)器件的選型對整體造價(jià)影響較大。選擇原則應(yīng)是，對于國內(nèi)符合要求的器件，應(yīng)盡量采用，以便于今后的維修更換；對于目前國內(nèi)不太成熟的器件，尤其是大電流（≥4000A）主進(jìn)線開關(guān)，建議采用進(jìn)口品牌的產(chǎn)品，如ABB、施奈德等。

2.5  直流系統(tǒng)

直流系統(tǒng)根據(jù)需要設(shè)計(jì)，主要為PC段的空氣斷路器、事故照明、UPS等提供直流電源。對于小機(jī)組的CFB-FGD系統(tǒng)，尤其是采用袋式除塵的方案，若配電負(fù)荷較小，則可只設(shè)置MCC段，無需設(shè)置獨(dú)立的PC段，在這種情況下，可不考慮設(shè)計(jì)直流電源。

直流系統(tǒng)一般不單獨(dú)設(shè)置，采用引自主機(jī)直流系統(tǒng)的直流電源，在CFB-FGD系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置直流分屏。分屏內(nèi)設(shè)置微機(jī)型電壓絕緣監(jiān)測裝置及配套的電流互感器、饋線狀態(tài)監(jiān)測儀等。

在主廠房無法提供直流電源的情況下，CFB-FGD系統(tǒng)內(nèi)需單獨(dú)設(shè)計(jì)直流系統(tǒng)，建議與UPS不間斷電源一起設(shè)計(jì)，以節(jié)省造價(jià)，如蓄電池組可兩個(gè)系統(tǒng)合并設(shè)計(jì)。

2.6  UPS不間斷電源

由于CFB-FGD裝置采用DCS控制，因此必須設(shè)計(jì)一套UPS電源系統(tǒng)，向脫硫DCS控制系統(tǒng)、儀表等重要的控制負(fù)荷供電。UPS電源系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)為幾臺(tái)機(jī)組共用的方式，容量按實(shí)際負(fù)荷不超過UPS額定容量的60%來確定。該系統(tǒng)一般應(yīng)包括主機(jī)柜、電池箱（柜）、饋線柜、旁路柜，主機(jī)一般應(yīng)選用電力專用UPS主機(jī)。

對于較小機(jī)組的CFB-FGD裝置，由于其DCS控制系統(tǒng)設(shè)備及儀表等數(shù)量較少，負(fù)荷達(dá)不到10kVA，此時(shí)可考慮采用商用的UPS主機(jī)。但為了提高儀控系統(tǒng)供電可靠性，應(yīng)設(shè)計(jì)隔離變壓器，對UPS進(jìn)線電源進(jìn)行隔離，以提高抗干擾能力。

由于整套CFB-FGD裝置0米以上均為鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)已考慮雷擊泄流通路，所以電纜均為穿管或鋼制橋架內(nèi)敷設(shè)。儀控電源的防雷措施一般可不用考慮。

2.7  保安電源

CFB-FGD裝置內(nèi)不單獨(dú)設(shè)置保安電源系統(tǒng)，使用的保安電源引自主廠房保安段，為UPS和事故照明。當(dāng)脫硫工藝設(shè)置各類電動(dòng)風(fēng)擋時(shí)，所有風(fēng)擋電源需引自該保安段。

根據(jù)需要，保安電源負(fù)荷、負(fù)荷小時(shí)可直接從主廠房引相應(yīng)回路至各使用點(diǎn)。負(fù)荷大且回路較多時(shí)，建議設(shè)置保安電源柜，柜型一般與MCC一致，為抽屜式，雙電源進(jìn)線，其中一回路引自配電的PC段。

2.8  照明檢修系統(tǒng)

CFB-FGD裝置內(nèi)一般設(shè)正常照明、事故照明和應(yīng)急照明，正常照明電源由MCC段提供，事故照明電源可由保安電源提供，主廠房內(nèi)無保安電源段的，也可由直流電源提供。事故照明箱內(nèi)設(shè)有切換裝置，事故照明僅在正常照明電源消失時(shí)才啟用。應(yīng)急照明設(shè)置在各緊急出口處。

在各平臺(tái)按規(guī)范設(shè)置檢修電源，靠近檢修入孔門的地方設(shè)置36V安全照明電源。

現(xiàn)場正常照明采用三防燈，部分場地較大、燈具設(shè)置不便的地方可考慮設(shè)置投光燈具，室內(nèi)采用熒光燈具。應(yīng)急照明采用應(yīng)急燈，自備蓄電池。

2.9  防雷接地

CFB-FGD裝置0米以上均為鋼結(jié)構(gòu)，整體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安裝時(shí)，鋼柱底部與整個(gè)接地網(wǎng)有效連接，已考慮到防雷擊的情況。

CFB-FGD裝置內(nèi)設(shè)獨(dú)立的閉合接地網(wǎng)，其接地電阻一般不大于4Ω。該閉合接地網(wǎng)有兩處與電廠的主接地網(wǎng)連接。接地材料一般采用熱浸鋅鋼管、角鋼、扁鋼。

2.10  電纜敷設(shè)

0米設(shè)備一般采用電纜溝附以穿線管進(jìn)行電纜敷設(shè)，其余各平臺(tái)設(shè)備采用電纜橋架、穿線管進(jìn)行敷設(shè)。

2.11  電纜防火

電纜全部采用阻燃型，電纜的防火措施可適當(dāng)簡化，但要滿足消防管理部門的驗(yàn)收要求。

2.12  導(dǎo)體及電纜

配電變壓器容量及阻抗確定后，主母排尺寸及電纜的選型一般按設(shè)計(jì)規(guī)范確定，查規(guī)范表可得具體選型數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語

CFB-FGD裝置工藝方案對電氣設(shè)計(jì)影響很大，是決定整體工程造價(jià)的重要因素。電氣設(shè)計(jì)最主要的是配電方案的確定，其將影響整體裝置設(shè)備運(yùn)行的可靠性，同時(shí)對電氣造價(jià)的影響也最大。其結(jié)果他電氣部分的設(shè)計(jì)，因?qū)ο到y(tǒng)性能和造價(jià)的影響較小，所以可根據(jù)實(shí)際工程情況和工藝設(shè)備布置進(jìn)行。

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