垃圾焚烧发电厂低压厂用电单相接地短路保护探析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 19 日 作者简介：纪炜炜（1988），男，汉族，南昌工程学院，水电站动力设备与管理，助理工程师，研究方向为电厂运行管理。-117-垃圾焚烧发电厂低压厂用电单相接地短路保护探析 纪炜炜 上饶市城投能源环保有限公司，江西 上饶 334000 摘要：摘要：近几年，由于国家的高速发展，城市中的废弃物产量不断增加，而作为废弃物处置最终目的的垃圾焚烧发电厂正以迅猛的速度在全国各地兴建。但从目前我国城市生活的现状来看，仍有许多不足之处。在一些垃圾焚烧发电厂的低压厂用电系统中，低压配电设备、电缆导线的选择不当，或者在施工和运行中的安装和使用不当，都会导致各种事故，其中，单相地短路是其中最为普遍的一种，它会烧毁电气设备、电缆导体，甚至会导致大火，给整个焚烧发电厂带来巨大的经济和社会后果。关键词：关键词：垃圾焚烧；发电厂；低压厂；单相接地短路保护 中图分类号：中图分类号：TM862 近年来，由于电力企业对电力设备的安全性要求不断地提升，对低压电力系统中的单相接地保护也给予了高度的关注。目前国内电力企业的低压生产用电大多采用小电流直流供电方式，这种方式一旦出现单相接地，就会打破线路的对称性，使其无法正常工作；但对于小电流线路，在小电流下，由于线路电压不对称性不受影响，可在 1-2 小时内快速工作，这时就应该找出问题并加以排除。在我国的燃烧电站行业，低压厂用电系统（TN-S）广泛应用于电力行业的低压厂用电系统，通过调查发现，当前在运营的焚烧电站常用的低压厂用电系统的主要特点是：在低压厂用电母线（PC 段）的进线安装了配置零序保护的构架开关，在低压厂用电气母线（PC 段）的大负载馈线回路安装了配置零序保护的构架开关，在低压厂用电气母线（PC段）的小负载馈线回路上（PC 段）安装了不带零序保护的二段式塑料外壳和不带零序保护的 LS、1 三段塑料外壳的塑料外壳开关。1 垃圾焚烧发电厂现状 垃圾燃烧因其高效、减量化显著、场地易于选择、无害化处理更加彻底和热能循环利用而迅速发展。根据数据显示，截至 2019 年二月，国内运营的家庭垃圾焚化炉数量超过 400 个，总数为 418 个，另外正在建设的还有 167 个。其中，广东，浙江，江苏，4 个直辖市，加起来几乎占据了中国东部地区的 60%。随着上海环保集团，中国环保集团，杭州锦江集团，中科能源环保，光大集团等一大群具有投资、建设和运营能力的龙头企业，正在逐步成形。本文以以下三个方面来总结国内垃圾焚烧发电行业的发展历程：一是政策法规日趋完善；最近几年，我国有关部门相继出台了一系列扶持和扶持的政策和举措，为我国的城市建设提供了良好的条件。2000 年 5 月 29 日，建设部、国家环保总局、科技部联合颁布的城市生活垃圾处理及污染防治技术政策（市政2000120 号）中指出，在经济条件好、垃圾热值高且缺少无害化填埋场所的地方，可以考虑采用垃圾焚烧方式进行填埋。2006 年 1 月 4日，国家发改委颁布了可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法（发改价格20067 号），明确规定：“如果生物质能发电项目实施了政府定价，则应按区域制定标杆电价，电价标准由各省（自治区、直辖市）2005 年脱硫燃煤机组标杆上网电价加补贴电价组成，补贴电价标准为 0.25 元/（kW h）。随着国家环保总局颁布的生活垃圾焚烧污染控制标准（GB18485-2001）也在不断完善中，并针对目前的实际情况与需求，对其进行了更加严厉的限制。第二，飞速发展的技术。在中国，固体废弃物的燃烧利用是一个较大的飞跃，它的发展是一个缓慢而快速的过程。深圳市城市卫生一体化厂于一九八八年建成投产，其主体设备为三菱工业公司马丁型 3150 t/h、三菱公司引进的 3x13 t/h 的双锅管自然循环锅炉、4 MW（杭州汽轮厂和杭州电力设备厂出品）。三号炉是由杭州锅炉厂引进日本三菱工业公司生产的，是国内第一座大型垃圾焚烧炉，为国内进一步普及和普及垃圾发电奠定了坚实的基础。通过几年来的不断完善，国内的中国科技期刊数据库 工业 A-118-垃圾发电厂的施工运营与管理已与世界接轨。第三，已投产的项目运营收入是平稳的。对生活垃圾处理厂进行垃圾处理的补助，以及对其发电企业的收益，是对其进行补偿的重要途径。废物处理补助，即对 1 吨生活废物进行补助。海南是我国对生活垃圾处理费用补助最少的地方，仅为每吨垃圾 50 元；上海则是一个相当高的城市，每吨 120 元。经估算，对普通生活垃圾的补助标准为每吨 60-80 元，存在一定的盈利空间1。此外，为了支持新能源建设，政府除了确保所有的电力和补助都购买到电网之外，还免除了增值税和所得税。较高的经济效益保障了其较长时间的稳定运营，对该技术的普及具有一定的指导意义。第四，垃圾焚烧发电的发展空间越来越大.按照过去各个城市的发展思路及有关政策，目前中国城市生活垃圾的处置方式主要是采用“卫生填埋”、“焚烧”等方式。但是，由于我国城镇化速度的不断提升，我国大部分大城市都难以在城区内寻找到适合的填埋场地，而我国自行研制的焚烧锅炉主要装备及成套流程使得其造价大幅下降，从而促进了我国城市生活垃圾焚烧发电行业的快速发展2。2 垃圾焚烧发电厂低压厂用电单相接地短路的原因 2.1 接地故障 短路接地是导体与地面发生偶然的接触，也叫接地故障。小电流接地系统中，单相接地是一种普遍存在的短暂故障，若出现单相接地，其线路电压幅值、相位不会改变（仍然是对称的），而且其绝缘也是按照线路电压来进行，因此，在不断开故障装置的情况下，可以在短时间内连续工作 1-2 小时，因此，小电流接地系统的最大优势就是能够保证电力供应的可靠度3。然而，当其中一相被接地时，另两相地的电压将上升至相电压的 1.732 倍，尤其在间断弧光接地情况下，更有可能上升至相电压的 2.5-3.0 倍4。2.2 单相接地故障的危险性 在电网中，短路是一种常见的失效形式。短路是一种称为“短路”的现象，它是在三相不对称的三相间或相间（如电网为零）出现故障时产生的。在小电流系统中，单相接地方式最为普遍，其发生率超过 70%。如果出现了单相地短路，就必须尽早断开，否则会造成线路绝缘烧损、设备过热损伤、系统电压降低等严重的结果。因此，对于公司的用电是指数和经济效益都会产生很大的影响。因此，在对线路在接地短路情况下的热稳定承受能力、避开电动机启动电流的作用、在小故障电流作用下的动作敏感性、线路的合理断面等因素进行分析之后，国际上对各种接地系统中的故障设备和配电网总线的最大时限限定为 5 秒5。3 垃圾焚烧发电厂低压厂用电单相接地短路保护策略 3.1 低压厂用变压器的单相接地保护 在低电压端小电流直联的情况下，采用逆时间间隔型电流保护构成零序过流的方法，可以实现小电流互感器在低电压端的单相接地。或者使用二相三继配线方式，使得在高电压端上的过流保护可以同时作为低压端单相的短路保护；在小电流大阻的情况下，采用小电流接地方式，采用零序电压作为单相接地的方法，在发生单相接地时，要将接地信号发送到值班现场，并在低压发电厂中心母线上的馈线回路上安装一种接地故障探测器。该探测设备应采用能反应零序电流并对其进行现场信号处理的器件。针对低压电厂用变压器的单相接地保护，由于其结构比较成熟，运行多年，故在此就不作详细介绍6。3.2 低压厂用电动机的单相接地保护 对 100 KW 或更大的电机，若电网中线为直接，则宜安装设一次接地的短路器；但是对于 55 KW 或更高等级的电机来说，如果能够达到一次接地的感度要求，则可以同时使用两相短路保护，如果不能达到要求，可以单独设置一种接地和短路保护。该保护设备是一个与零序电流变压器相连的瞬间操作开关，并连接到一个电流继电器；为便于在小电流线路中点经大阻接地情况下，在低压电机回路上安装一种接地探测器，便于查找出该线路的故障。在选择大阻抗时，为了达到对接地探测器的灵敏性，建议采用 3 A 左右的接地电流。关于低压机组电动机的单接地保护，专家们一直有不同意见，主要是关于设定值的问题。由于火力发电厂厂用电设计技术规程中没有设定设定值的规定，故希望能对这一问题有一个较为一致的理解。电力工程设计手册第二卷（1981）中规定：“用与 LJ 或 LJF 零序电流变压器相连的 DL-11/0 2 0 0 2号继电器构成。“DL-11/0.2 型继电器的整定范围为0.05-0.2 A，因为对于低压电厂用电系统的中性点是中国科技期刊数据库 工业 A-119-直接接地还是非直接接地，当时的设计、安装和调试运行均根据 DL-11/0.2 型继电器的最大整定值进行选取，因为动作值的敏感性比较高，因此在设计、安装、调试和运行中经常发生的，因此造成了跳闸的几率非常高。厂用电系统保护一文在 1986 年被国家电力部门颁布：“采用 DL-11/0.2 式继电器，与 LJ、LJF型零序电流变压器相连。”DL-11/0.2 型继电器的整定范围为 0.05-0.2 A，因为此保护是否适合于低压厂用电系统中性点为直接接地，还不是为非直接接地，在设计、安装和调试运行中，均采用 DL-11/0.2 的最大整定值，因其对操作值的敏感性较高，从而导致了频繁的跳闸。我国水利、电力部门在 1986 年颁布的厂用电系统保护一文中指出：“对低压发电厂用电系统中，中性点为直流的低压电机，其零序动作的整定必须符合下列两个条件：1）在出现单相接地时，能够准确地操作，并且具有一定的敏感性。灵敏度不低于1.5；2)避免了电机在起动及起动过程中产生的不对称电流。从实际操作中得到的结论是：一回路的一回路电流应占电机额定电流的 10-20%左右（通常不超过 2 A）。对于不对称电流大的情况，采用 2 A 的二次侧保护。电力工程设计手册 1991 年出版的第 2 卷规定：“380 伏直流输电线路应选择 DL-11/2。对于 380 V 及3-10 kV 变电站采用的单相接地方式，在单相接地不超过 10 A 的情况下，选择 DL-11/0 0 0 保护。在 380 V工厂用小电流或大阻的情况下，应选择 GRD 型高阻抗接地仪表。”2 型零序保护设置在 0.5-2 A 范围内，并配有 DL-11/0 0 0 型保护。在 LJ 型零序电流变压器初级端施加 20 A 电流后，在次级端检测到不超过 0.2 A的小电流，从而确保了 DL-11/0 0 0 保护的可靠性。在 LJ 型零序电流变压器初级端 50 A 时，其次级端的电流不能达到 DL-11/2 保护规定的 0.5 A 的最小值。所以，与 DL-11/0 0 0 型零序电流变压器只适合 380伏及 3-10 kV 的工厂用小电流不直接接地的场合。目前，扬州配电所研制的 LJZ 型零序电流变压器，与DL-11/2 保护装置配套使用，可用于 380 V 发电厂的直流接地方式，具有良好的抗干扰能力。在保护绕组并联设 1 A 的情况下，主电流不超过 60 A。解决了 DL-11/2零序电流变压器与DL-11/2之间的匹配问题.将以上的分析总结如下：380 V 厂用直流接地方式，选择 LJZ型零序电流变压器及 DL-11/2 保护，第一次为电机额定电流的 10%20%，第二次为 12 A，当不平衡电流大时，设定为 2 A，而当不平衡电流很小时，则为 1 A时，开关断开。380 V 及 3-10 kV 的工厂用小容量小容量的小容量小电流，根据小电流的大小（也就是，单相地的电容器电流）不超过 10 A，选择 DL-11/0.2 的小容量的保护，二次整定为 0.15 A，然后使电流保护动作，使该信号设备起动。采用 GRD 型高电阻接地仪表，可用于 380 V 工厂小电流不接或高电阻接地7。3.3 低压厂用馈线的单相接地保护 如果 380 VMCC 盘出现了单相支路的接地现象，则上一次的保护能够快速的解决问题，而不会影响到正常的生产。另外，在馈线回路上应安装一条单相联接的保护。380 VMCC 380 VMCC 车间用 380 VMCC 配电盘，若无独立设置单相保护电机，则应当将该保护机构与加装了单相保护的保护电机一起使用，该保护设备应该与最大一台相间保护和接地保护的电机保护设备一起使用。采用 LJZ 型零序电流变压器与 GL-21/5 逆时间间隔保护组合，构成了一种新型的三相零序电流变压器。在 380 VMCC 厂房中，若采用独立的单相保护方式，则采用 LJZ 型零序电流变压器及 DL-21/5 定时限断保护，或与定值较大、馈线单接及与某一最大接地保护电机配套。该保护的整定范围要比下一级的低压电机的一次保护定值大，比上一次的一次保护定值要小，要比下一次的一次小。与下一段保护相结合的保护设备的工作时限，通常下一段熔断器的熔断时间是0.2-0.3 秒，而保护设备的工作时间是 0.7 秒。保护设备的作用时间有一个更高级别的保护，通常采取上一级的操作时间限制在 1.2 秒以内。4 结语 由于土地紧张和“垃圾围城”等因素，垃圾焚烧在大型城市中已经是一种可行的解决方案。在国内，垃圾发电行业才刚刚开始，国家必须要在这一行业的基础上，稳定地推动它的发展。在进行城镇的规划和建设过程中，要充分地把它的选址给综合起来，尽量把它布置在一个人烟稀少的地方，引入一些有能力的工艺、技术和有能力的企业来使它的运营更加规范化，增加对垃圾分类的投资，从而降低它的投资和建造费用，从而提升它的经济和社会效益。中国科技期刊数据库 工业 A-120-参考文献 1邓悦,蒋琬仪,曹国宪.从外源到内生的技术创新与追赶研究基于中国垃圾焚烧发电技术发展的分析J.科研管理,2019(9).2周新荣,李铁,程乐明,赵晓.垃圾焚烧发电系统建模分析J.中国资源综合利用,2023,41(12):79-81.3葛长飞.生活垃圾焚烧发电项目中的能耗分析及节能措施探讨J.节能与环保,2023(11):86-90.4宋永富,王英旭.提高垃圾焚烧锅炉蒸汽参数的措施J.锅炉制造,2023(06):7-8.5刘剑.我国垃圾焚烧发电项目的技术经济评价研究J.能源科技,2023,21(05):89-92.6 陈 思 远,赵 冬 红.浅 谈 垃 圾 焚 烧 发 电 厂 低 压 厂 用 电 单 相 接 地 短 路 保 护 J.智 能 建 筑 电 气 技术,2022,16(05):40-44.7林士颖.垃圾焚烧发电厂电气设计中的节能措施J.智能建筑电气技术,2021,15(05):55-57.