垃圾焚烧发电厂电气系统设计及控制策略研究分析

随着垃圾问题日益严峻，垃圾焚烧发电作为一种环保高效的处理方法得到了越来越广泛的应用。对此，如何设计与优化垃圾焚烧发电厂的电气系统并制定合理的控制策略，是提高发电效率和保证安全稳定运行的关键。因此，本文旨在对垃圾焚烧发电厂电气系统设计及控制策略展开深入的研究和分析，并提出可行的解决方案。

一、工程项目概述

本文以某市垃圾焚烧发电厂三期项目为例，该项目位于该市的固体废弃物处理中心，垃圾焚烧发电厂一、二期工程的东南侧，园区用地和周边路网已经形成，通过园区道路与其他城市主干道相连接。场址距离市中心距离约40 km，距最近镇中心约4 km。设置2*750 t/d炉排式垃圾焚烧余热锅炉+1*50 MW抽凝式汽轮发电机组，主蒸汽温度为400 ℃、压力为4 MPa，项目设计年运行时间≥8 000 h。

二、垃圾焚烧发电厂电气系统设计

（一）垃圾焚烧发电的工作原理

垃圾焚烧发电厂的工作原理通常是将充分发酵好的垃圾送入焚烧炉内，借助850~1 000 ℃的温度，将垃圾充分燃烧后，利用DCS自动控制系统的方式，实时监控炉内的燃烧情况，同时也便于及时调整炉内垃圾燃烧的情况。焚烧垃圾所产生的高温烟气在锅炉内进行热交换后产生热蒸汽，以此推动汽轮机转动进而产生电能。垃圾焚烧发电厂因燃烧所产生的蒸气，则经过自然循环锅炉的方式，为汽轮机组提供汽源，燃烧完的锅炉渣落到系统装置内，经过冷却后通过制免烧砖、替代集料等途径还能实现二次利用。对于焚烧后的垃圾所产生的灰尘，借助布袋除尘装置进行收集，而垃圾渗滤液和烟气经过处理后，便可以达到行业标准排放的要求，不会对环境造成污染，由此可见，垃圾焚烧发电厂经过一系列的操作后，可以将城市生活垃圾实现最大程度的减量处理和利用。

（二）电气主接线的设计

在垃圾焚烧发电厂三期项目中，电气主接线以安全可靠的设计为原则，同时也要达到环保、节能的目的，以便于后续的维护、扩建等。本项目在这个过程中安装继电保护装置，并对重要的电气设备运行情况实施重点监测，能够保证垃圾焚烧发电厂设备保护的速动性，以此减少设备故障对电气设备造成的损害。本项目设置了两台处理能力为750 t/d的炉排式垃圾焚烧余热锅炉，同时配备一台50 MW抽凝式汽轮发电机组，垃圾处理能力和处理工艺颇具规模。电气设备配置繁多且复杂，采用了110 kV、10 kV、0.4 kV等不同的电压等级。

本项目汽轮发电机出口电压为10.5 kV，容量为50 MW，汽轮发电机引出线用铜母线引出，经穿墙CT后接至发电机小间10 kV高压开关柜，采用全绝缘铜管母线接至110 kV主变压器。汽轮发电机出口10 kV母线通过厂用分支电抗器后通过电缆通道用电缆接至厂用电源。汽轮发电机组采用发电机-双绕组变压器组单元接线方式接入110 kV GIS母线。汽轮发电机出口设发电机断路器，经121±2x2.5%/10.5 kV、Ynd11阻抗电压为17%、容量为63 MVA的电力变压器，接入110 kV屋内配电装置。发电机组厂用分支设1台零损耗深度限流电抗器，限流电抗器后接10.5 kV高压厂用工作段。低压厂用工作变压器、锅炉引风机、循环水泵、给水泵等高压电动机的电源分别从10.5 kV厂用工作母线段引接。10.5 kV厂用电系统采用单母线分段接线。从市政引1路10 kV电源，作为保安电源。主厂房内设高低压配电室，设计4台低压厂用工作变压器，容量均为2 500 kVA，两两之间互为暗备用，在建设时经综合考虑修改为设计3台工作变压器，1台备用变压器，其中备用变压器为明备用，以确保检修或故障时能够快速切换。当设备发生故障时，其余变压器可以承担所有的负荷，并且能有效维持垃圾焚烧发电厂内发电的正常运行。对于垃圾焚烧发电厂，还必须设有中央集控室、380 V和220 V的配电室、电子信息设备间以及消防控制中心等配套设备，才能最大限度地保证垃圾焚烧发电厂的高效稳定运行。

（三）控制系统的模式

垃圾焚烧发电厂的控制系统采用的是自动控制系统模式，以最大程度地确保垃圾焚烧发电厂机组的安全环保稳定运行，以此监测不同设备的实际运行情况。通常情况下，垃圾焚烧发电厂的电气控制系统被划分为两个部分，分别是工艺流程部分和公用工程部分，其中，主工艺流程部分包括控制焚烧炉、余热锅炉以及烟气净化等，公用工程部分主要为汽轮机、循环冷却水和高压变配电等。控制系统则是将这些系统有效结合在一起，从而完成垃圾焚烧发电厂的全过程。在垃圾焚烧发电厂中应用集散控制系统时，可以对垃圾焚烧发电厂的全过程进行检测和控制，并借助DCS系统完成对现场信号的采集和监控，而相应的火灾情况也有自动报警装置。借助控制系统，可以使垃圾焚烧发电厂的各项操作实现集成化、自动化和最优化。

三、垃圾焚烧发电厂电气系统检修控制策略

（一）制定检修计划

在垃圾焚烧发电厂电气系统检修控制中，制定垃圾焚烧发电厂电气系统检修计划，主要需要采取以下措施。首先，设定检修周期，根据垃圾焚烧发电厂电气设备的使用情况和生产运行实际需求，确定适当的检修周期。通常情况下，可以参考《生活垃圾焚烧厂检修规程》（CJJ 231-2015）或根据设备的使用寿命、可靠性指标和制造商的建议来确定检修周期。其次，制定详细的检修计划，根据检修周期，制定详细的电气系统针对性检修计划，在制定计划时，要考虑不同设备的检修内容和顺序，确保整个系统正常运行而不受影响。再次，定期检查设备状态，在检修计划实施之前，需要定期对设备状态进行检查，通过检查设备的运行情况、故障记录和性能数据，了解设备的健康状况，针对性地确定需要检修的设备和部件。然后，制定安全措施，应当在检修计划中明确相应的安全措施，以保障检修人员和设备的安全，包括但不限于佩戴必要的个人防护装备、遵守操作规程、确保工作场所的通风、排水和消防设施等。最后，在检修工作完成后，进行相应的验证和测试工作，确保设备正常运行并符合相关标准和规范，如果有必要，还可以聘请专业验收机构对检修结果进行评估和确认，以确保电气系统的安全可靠运行。

（二）做好零部件更换

对于垃圾焚烧发电厂电气系统的检修控制，在进行零部件更换之前，应当制定详细的更换计划，该计划需包括零部件更换的具体时间、操作方法、所需工具和设备等信息，以确保更换过程有序进行。在开始更换之前，对需要更换零部件的设备实施全面检查，包括外观、性能及连接等方面，通过检查，确定是否需要进行更换零部件，并预先估计更换所需的时间和工具。选用适宜的零部件进行更换，确保其质量可靠并符合设备要求，应尽可能选择原厂零部件或经过认可的供应商提供的替代品，避免使用劣质零部件而引发潜在的安全风险。根据设备的特点和更换任务的复杂程度，编制相应的操作规程和流程控制文件，明确操作步骤、注意事项、安全要求和质量控制点，确保更换过程的安全和质量。在零件更换过程中，要进行实时监控和记录，可以使用现代化的监控设备或仪器，监测设备的状态和零部件更换的进度，一旦出现异常情况，及时采取措施并记录下来，以便于进行事后分析和跟踪。在零部件更换完成后，开展防错和质量验证工作，确认零部件更换的正确性与合规性，排除任何潜在问题，并进行相关的测试和检测，确保设备安全、稳定和正常运行。对每次零部件更换都要进行详细的数据记录和文件归档工作，记录下更换原因、更换过程、更换结果等内容，并填写质量验证报告，这些记录和文件不仅可以为后续工作提供参考，也是设备管理和维护的重要依据。

（三）做好清洁和润滑工作

在多个垃圾焚烧发电厂的电气系统检修控制中，要做好清洁和润滑工作。首先，在进行电气系统的检修之前，对操作区域进行清洁工作，确保空间内没有灰尘、杂物以及其他污染物，营造一个干净而安全的工作环境，减少设备故障的风险。其次，定期对电气设备的表面进行清理，去除积尘和污渍。可以使用干布或轻微湿润的布擦拭，避免使用含有酸碱成分的清洁剂，以免对设备表面造成损坏。再次，根据设备制造商的要求和建议，对需要润滑的设备部件进行润滑，使用适宜的润滑油或润滑脂，确保润滑工作的有效性和持久性。注意根据需要及时更换润滑油或润滑脂。最后，定期清洁电气设备的接触点和插头，可以使用专门的清洁剂或酒精棉球擦拭，以确保良好的电气接触和传导性，减少因接触不良而引起的电气故障。此外，还需确保电气设备的通风系统正常运行，定期清理通风孔和风扇叶片，保持通风畅通，能够有效降低设备温度，延长设备寿命，并减少故障率。通过以上清洁和润滑措施，可以保持垃圾焚烧发电厂电气系统的清洁和良好运行状态，降低设备的故障率，提高系统的可靠性和效率，而定期开展维护工作还有助于延长设备的使用寿命，降低维修成本。

四、结语

通过本文的研究和分析，对垃圾焚烧发电厂的电气系统设计及控制策略有了更加清晰的认识。改进垃圾焚烧发电厂方案和智能化控制，可以有效提升电气系统的稳定性和效率，并为垃圾焚烧发电厂的安全稳定运行提供有力的支持。希望本文所进行的探讨能够为相关领域的研究和实践提供参考，并促进垃圾焚烧发电技术的可持续发展和应用。