垃圾焚烧发电厂直流系统设备及材料自动选型设计

张 典

中国轻工业广州工程有限公司，广东 广州 511434

0 引言

直流电源作为垃圾焚烧发电厂重要负荷的电源，为电厂的安全、可靠、稳定运行提供了重要的保证，因此直流系统的设计应贯彻安全适用、技术先进等原则，并满足相应规范、标准的规定[1-3]。垃圾焚烧发电厂属于小型火力发电项目，每个项目规模类似，机组数量一般为1～2台，且机组容量较小，单台一般不超过50 MW，对应的直流系统设计也相对固化。在实际的直流系统设计中，设计院对系统提出的具体设备及材料参数通常较少，增加了业主单位设备招采中技术比对的工作量，以及设计院核对的工作量，未形成统一的满足要求的技术标准。因此，在实际的工作中，有必要形成一套标准的系统计算、设计方法，这对于工作效率的提高有很大的帮助，并能给业主单位提供更好的服务。

1 直流系统的组成及负荷统计

1.1 直流系统的组成

垃圾焚烧发电厂直流系统一般由蓄电池、充电装置、电缆、断路器、熔断器、隔离开关、直流柜等组成。

1.2 直流系统负荷统计

垃圾焚烧发电厂直流系统负荷主要包括控制负荷、保护负荷、直流长明灯、应急照明、热工控制负荷、热工动力负荷、直流润滑油泵、系统通信负荷、断路器合闸电流，以及UPS等。

根据《电力工程直流电源系统设计技术规程》（DL/T 5044—2014）第4.2条及附录C，形成直流系统负荷统计表，计算和选择出蓄电池（组）类型、电压、数量、容量等参数，如表1所示。

表1 直流负荷统计表

其中，事故放电初期（放电时间1 min）冲击蓄电池l0 h（或5 h）放电率计算容量为333.75 A，第一阶段计算容量（1～30 min）为427.62 A，第二阶段计算容量（30～60 min）为579.44 A，第三阶段计算容量（60～120 min）为517.82 A，随机负荷计算容量（5 s）为10 A，蓄电池计算容量为589.44 A，选择蓄电池容量为600 Ah。

蓄电池类型为胶体阀控式铅酸蓄电池，浮充电电压为2.25 V，末期放电终止电压为1.87 V，可靠系数为1.4，系统标称电压为200 V，蓄电池组个数为103个。根据实际负荷数据输入表中，每个项目根据规模的大小会有些不同，其他区域为自动生成的结果。

2 蓄电池组选择

（1）直流电源宜采用阀控式密封铅酸蓄电池，也可采用固定型排气式铅酸蓄电池。（2）小型发电厂、110 kV及以下变电站可采用镉镍碱性蓄电池。（3）核电厂常规岛宜采用固定型排气式铅酸蓄电池。（4）单机容量为125 MW 级以下机组的火力发电厂，当机组台数为2台及以上时，全厂宜装设2组控制负荷和动力负荷合并供电的蓄电池。针对机炉不匹配的发电厂，可根据机炉数量和电气系统情况为每套独立的电气系统设置单独的蓄电池组。

3 蓄电池电压、充电装置自动选型

根据《电力工程直流电源系统设计技术规程》（DL/T 5044—2014）附录C、附录D，分别计算单个蓄电池及蓄电池组均衡充电电压、浮充电电压、事故放电末期单个蓄电池出口端电压、充电装置额定电流、高频开关电源整流装置配置等，并进行自动结果验算，具体如下。

（1）单体蓄电池及蓄电池组均衡充电电压不大于2.35 V，取2.35 V。（2）蓄电池组均浮充电电压为231.8 V，为系统标称电压的1.05倍。（3）事故放电末期，单个蓄电池出口端电压为87.55（%），表明该出口端电压不低于直流电源系统标称电压的87.5%。（4）充电装置额定电流（均衡充电）为85 A，取100 A。（5）高频开关电源整流装置配置为20 A，个数为6，其中个数选择范围为3～8。

4 主要回路电缆截面的选择

4.1 按电流条件选择

蓄电池组引出来的电缆宜采用单芯，蓄电池组至直流柜的电缆载流量不应小于330.00 A，其中，事故停电时间的蓄电池放电率电流为5.5I10=5.5×C10÷10。蓄电池组至直流柜回路的电缆截面不小于276.00 mm2，如选择电缆截面为300.00 mm2、长度为50.00 m时，经自动校验，不小于23.36 mm2，满足要求。

4.2 按电压条件选择

（1）直流电动机回路的电缆截面不小于15.05 mm2，选择电缆截面为16.00 mm2，长度为100 m，经自动校验，满足要求。（2）1台10 kV断路器合闸回路的电缆截面不小于0.45 mm2，选择电缆截面为4 mm2，长度为70 m，经自动校验，满足要求。（3）控制及信号回路的电缆截面不小于1.08 mm2，选择电缆截面为4 mm2，长度为120 m，经自动校验，满足要求。（4）直流应急照明回路的电缆截面不小于3.68 mm2，选择电缆截面为4 mm2，长度为220 m，经自动校验，满足要求。

5 直流系统短路电流计算、断路器及隔离开关的选型

根据《电力工程直流电源系统设计技术规程》（DL/T 5044—2014）第6.5～6.7条、附录A、附录G，直流断路器的选择应符合下列规定：额定电压应大于或者等于回路最大工作电压；额定电流大于回路的最大工作电流；断流能力应满足安装点最大预期短路电流的要求；耐受电流应大于安装点最大短路电流；各级断路器满足选择配合的要求等。

根据断路器所在回路的上述条件（其中安装点的短路电流为根据系统的容量、电压等级、系统的阻抗等自动计算），选择合适的开关，并进行必要的验算，具体如下。

（1）蓄电池出口短路电流为9.39 kA，直流母线短路电流为7.47 kA，短路分断电流及耐受电流不大于36 kA，选择C型塑壳断路器，瞬时脱扣倍数取6。经校验，灵敏系数为2.59，大于1.05，满足要求。（2）蓄电池出口断路器额定电流为330 A，取400 A，与额定电流为160 A的塑壳断路器配合系数为2.5。经自动校验，满足要求。（3）160 A塑壳断路器安装处短路电流为7.28 kA，短路分断电流及耐受电流不大于36 kA，选择C型断路器，瞬时脱扣倍数取10。经校验，灵敏系数为4.85，大于1.05，满足要求。（4）63 A 微型断路器安装处短路电流为2.76 kA，短路分断电流及耐受电流不大于10 kA，选择C型断路器，瞬时脱扣倍数取10。经校验，灵敏系数为2.21，大于1.05，满足要求。（5）终端断路器宜选用B型脱扣，整定范围为4～7 In，分断时间不超过10 ms。（6）两套直流系统间的分段开关额定电流不小于120.95 A，取125 A。经校验，满足要求。

6 结束语

直流系统设计作为垃圾焚烧发电厂电气专业设计的一部分，涉及的内容相对较多，如果未进行正确的计算和选型设计，就给后面的安全、稳定运行埋下隐患，因此相关人员有必要在设计的广度和深度上进行研究，并结合垃圾焚烧发电厂的特点，形成一套标准的系统自动计算和选型的设计文件，对工作质量和效率的提高有很大的帮助，也体现出设计的专业水准。垃圾焚烧发电厂涉及的电气专业计算比较多，其中直流系统的自动选型设计也为其他方面的计算指出了方向，具有广阔的应用空间。