基于單元制運行方式的廠用電系統(tǒng)優(yōu)化

曹亞楠 張 永 孫廣鵬 王秀娟 王 昆

（山東華聚能源股份有限公司，山東 鄒城 273500）

單元制運行方式是當今火電機組的主要控制方式。其安全可靠性高、靈活協(xié)調(diào)性強的特點使其成為今后火電機組控制方式的發(fā)展趨勢。

作為煤炭企業(yè)自備電廠，礦井日益要求嚴格的供暖和供電質(zhì)量，決定了南屯礦電廠在具備火力發(fā)電廠特點的同時，服務(wù)客戶更加明確。南屯礦電廠控制室設(shè)置方式是按照機爐設(shè)備的位置就地分散設(shè)置的。生產(chǎn)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)單元程度低，彼此交叉較多，在某一個系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況或事故，延及整個電廠系統(tǒng)，容易擴大事故，造成全廠瓦解，滿足不了礦井日益要求嚴格的供電和供暖質(zhì)量。

為此，南屯礦電廠于2010年9月，按照機組的生產(chǎn)布局和蒸汽母管的聯(lián)絡(luò)，組合模擬的單元機組和公共部分，在主要設(shè)備沒有發(fā)生變動的情況下，以一爐一汽輪機一發(fā)電機組成的發(fā)電單元機組為單位，除氧、給水、熱網(wǎng)等為公用系統(tǒng)進行布置和控制，實現(xiàn)機爐電集中控制，3臺機組實現(xiàn)模擬的單元制運行。單元制運行方式的最終能否形成，取決于廠用電系統(tǒng)能否實現(xiàn)單元制分配。因此，對南屯礦電廠廠用電系統(tǒng)進行優(yōu)化成為必然。

1 廠用電系統(tǒng)優(yōu)化的原則和目標

根據(jù)廠用機械在發(fā)電廠生產(chǎn)過程中的作用，以及供電中斷對人身、設(shè)備的影響，廠用電動機可分為以下三類。

1）第一類負荷。短時的停用可能影響人身和設(shè)備的安全，使鍋爐、汽輪機的出力減少。這類廠用機械的電動機為重要電動機，如引風機、一次風機、給水泵、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵等。

2）第二類負荷?？梢远虝r間停用，雖然影響鍋爐、汽輪機的出力，但在短時間內(nèi)，能夠恢復生產(chǎn)的電動機，如：工業(yè)水泵、疏水泵、輸煤皮帶等。

3）第三類負荷。停電與鍋爐、汽輪機的出力沒有直接聯(lián)系，如修配、化驗、電焊等。

為了保證廠用電系統(tǒng)的供電可靠性，一般都采用按爐分段的原則，單元接線更為明顯，就是按照鍋爐的臺數(shù)分段，相對獨立，既方便于運行、檢修。又能將事故影響范圍限制在一機一爐。此次南屯礦電廠電氣低壓系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整原則如下。

（1）同一機爐的廠用機械，其中一套純屬于備用（如凝結(jié)水泵），為了提高其供電可靠性，一般采用交叉供電，即一臺接到本機組的母線段，另一臺接到其他母線段。

（2）屬于一類負荷的電動機，應(yīng)接在所屬爐的母線段上。

（3）設(shè)有公用段時，對于相同用途的一類公用負荷的供電，不應(yīng)全部接在同一母線段。

（4）循環(huán)水泵電動機分別接于兩段母線上。

（5）附屬設(shè)備離主廠房較遠，其容量較大時（如輸煤、化水等），一般設(shè)有雙回路，電源從不同母線段引接。

（6）發(fā)電機在停機過程中和停機后，仍需要運轉(zhuǎn)的設(shè)備，如：汽輪發(fā)電機的盤車電源、齒輪油泵電源等設(shè)備的電源應(yīng)設(shè)置雙回路，電源從不同母線段迎接。

（7）與本機組有關(guān)的運行設(shè)備，如事故照明、重要設(shè)備的通風機等應(yīng)設(shè)置雙回路電源。

（8）按機爐保護的要求，供給熱控的負荷。

根據(jù)目前我廠機爐地理位置布置及主蒸汽管道隔離門位置，南屯礦電廠目前機爐能夠形成單元制運行的為1#爐3#機、2#爐1#機、3#爐2#機。按照上述單元配置，優(yōu)化調(diào)整 400V低壓系統(tǒng)負荷。1#給水泵、2#給水泵、4#給水泵分別能實現(xiàn)對1#爐、2#爐、3#爐的單供。

2 廠用電系統(tǒng)優(yōu)化方案

2.1 廠用電系統(tǒng)概述

南屯礦電廠廠用電壓等級380/220V，通稱400V系統(tǒng)。配電室分為新舊兩個配電室，由一期工程和二期工程分別建成。廠用低壓系統(tǒng)由5臺SC10-1000/6.3型廠用變壓器降壓至400V供電，。廠用電源接線方式：1#、2#廠變引自6kV I段母線；3#、4#廠變引自6kV II段母線；5#廠變引自3#發(fā)-變組6kV出口。1#、2#、3#、5#廠變?yōu)楣ぷ髯儔浩鳎謩e接帶400V I、II、III、V段的負荷，4#廠變作為備用變壓器，其中400V I、II、III、IV段布置在舊400V配電室，V段布置在新400V配電室。

2.2 廠用電系統(tǒng)存在問題分析

1）低壓廠用電配電裝置存在設(shè)計缺陷，安全系數(shù)不高，雖經(jīng)過多次改造，仍存在一定安全隱患。

2）開關(guān)柜門存在不同程度的變形，關(guān)閉不嚴，已達不到設(shè)備完好標準要求；開關(guān)柜封閉不嚴，柜內(nèi)容易積灰，須經(jīng)常進行清掃，檢修維護工作量大。

3）開關(guān)設(shè)備存在老化現(xiàn)象，開關(guān)、刀閘在負荷較大時經(jīng)常出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，尤其在夏季高溫季節(jié)為題更加突出。

4）電廠經(jīng)過多次改造，各段負荷分配不均衡，公共負荷較集中，一旦該段出現(xiàn)問題，對電廠生產(chǎn)系統(tǒng)影響較大。

5）因部分單相負荷的電源均取自三相的B相，造成三相電流不均衡，尤其是400V III段問題較突出。

6）因電廠系統(tǒng)的不斷改造，備用屏位已基本用完，并且增加負荷時存在隨意性，達不到形成單元機組的目的，無法實現(xiàn)今后的分段檢修。

鑒于以上原因，故需對廠用電系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，實現(xiàn)如下目標：

1）提高發(fā)供電可靠性。幾次事故的主要原因均是在于高低壓開關(guān)設(shè)備老化嚴重以及廠用電系統(tǒng)負荷設(shè)計分配的不合理。降低了我廠的供電可靠性。

2）利于分段檢修。集中供熱改造后，為了保證南屯礦供汽，我廠在6kV高壓開關(guān)柜改造后，不允許全廠停產(chǎn)檢修。此次電氣系統(tǒng)優(yōu)化改造后，機組應(yīng)實現(xiàn)單元化運行。

平衡400V各段負荷分配。目前我廠400V各段負荷不平衡，I段負荷一般在60～70A（廠變高壓側(cè)電流），其余工作段一般在40～50A（廠變高壓側(cè)電流）左右。因負荷分配不均，造成負荷分配較大段的母線及其配電開關(guān)發(fā)熱，不利于低壓配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

2.3 廠用電系統(tǒng)優(yōu)化

利用停產(chǎn)檢修期間，對電廠 400V室室內(nèi)各負荷的進出線電纜的情況進行排查、整理。為今后400V配電柜分段改造奠定基礎(chǔ)。

1）400V系統(tǒng) I段負荷調(diào)整

（1）400V I段1#爐一次風機在九月份停產(chǎn)檢修期間或今后利用 1#爐大修期間將其改造為高壓風機，調(diào)整至6kV。改造后，400V I段103開關(guān)104刀閘改為備用。

（2）考慮今后汽輪機系統(tǒng)就地控制箱、配電箱整合在就地一組配電柜內(nèi)，計劃 2011年拆除 1#機1#凝結(jié)水泵電源117及1#機2#凝結(jié)水泵電源120，改為備用。

（3）汽輪機系統(tǒng)就地控制箱、配電箱整合后，1#機動力配電箱這一回路接帶1#機齒輪油泵電源、1#機盤車電源、1#機1#、2#凝結(jié)水泵電源以及其他備用回路負荷。

（4）根據(jù)優(yōu)化調(diào)整原則第1條，1#機動力配電箱121調(diào)整至400V III段，1#機動力配電箱121調(diào)整為2#機動力配電箱。

（5）因給水運行方式調(diào)整為單供方式后，1#給水泵實現(xiàn)對1#爐單供，因此，4#給水泵電源106改為1#給水泵電源。

（6）拆除1#爐后備盤電源111、125，其中111改為備用，125改為1#熱網(wǎng)補水泵電源。

（7）根據(jù)南屯礦電廠整體集控方案，拆除 2#機3#爐DAS電源112，改為備用。

（8）根據(jù)循環(huán)水集控方案，備用回路109改為1#循環(huán)水泵電源（新增）。

（9）備用回路122改為廠部及鐵路信號站電源（新增）。

（10）備用回路126改為水處理動力配電箱。

2）400V II段負荷調(diào)整

（1）備用電源 214調(diào)整為 3#機動力配電柜電源。

（2）調(diào)整輸煤系統(tǒng)（二）224至400V III段3#循環(huán)泵電源306。

（3）水處理動力配電箱228改為倉庫及工業(yè)污水泵電源（新增）。

（4）根據(jù)《南屯礦電廠不間斷電源與直流改造方案》中的要求，因蓄電池充電機電源取自主控樓電源113和313，為保證電力UPS輸入電源的可靠性，將原備用回路211改為電力UPS輸入電源（新增）。

（5）根據(jù)整體集控方案，熱控系統(tǒng)電子間設(shè)置在現(xiàn)在的汽機集控室內(nèi)，因此1#機3#機DAS電源222保留，改為熱控系統(tǒng)電源。

（6）輸煤系統(tǒng)二 224改為循環(huán)水泵房防洪泵電源。

3）400V III段負荷調(diào)整

（1）因為 3#給水泵不能作為鍋爐單供使用，而400V III段主要負荷為3#鍋爐風機負荷，4#給水泵能實現(xiàn)對3#爐單供，因此，3#給水泵電源305改為4#給水泵電源。

（2）根據(jù)優(yōu)化調(diào)整原則第 1條，現(xiàn)在的 2#機動力配電箱326調(diào)整為1#機動力配電柜。

（3）考慮今后汽輪機系統(tǒng)就地控制箱、配電箱整合在就地一組配電柜內(nèi)，計劃 2011年拆除 2#機1#凝結(jié)水泵電源311及2#機2#凝結(jié)水泵電源323，改為備用。

（4）汽輪機系統(tǒng)就地控制箱、配電箱整合后，2#機動力配電箱這一回路接帶2#機齒輪油泵電源、2#機盤車電源、2#機1#、2#凝結(jié)水泵電源以及其他備用回路負荷。此步調(diào)整可在今后單元機組停運時進行，但需在今年將預計使用的電纜提前考慮。

（5）根據(jù)南屯礦電廠整體集控方案，拆除 2#機3#爐DAS電源327，改為疏水動力配電箱（新增）。

（6）根據(jù)南屯礦電廠循環(huán)水泵房集控方案，循環(huán)水泵房電源307、308，改為循環(huán)水泵房防洪泵電源。

（7）綜合考慮汽機加壓泵使用頻次較低，且大都在4～8月份期間使用，此時熱網(wǎng)循環(huán)水泵不使用。若需使用汽機加壓泵，可采用使用熱網(wǎng)循環(huán)水泵電源及控制箱接臨時電源的方法。因此，建議將 314刀閘改為接帶廠區(qū)熱網(wǎng)電源。

4）400V V段負荷調(diào)整

（1）原1#給水泵522調(diào)整為3#給水泵電源。

（2）400V低壓廠用電V段上的兩臺熱網(wǎng)補水泵均由刀閘523下口接帶，將1#熱網(wǎng)補水泵調(diào)整至125，原1#熱網(wǎng)補水泵回路改為脫硫監(jiān)控室電源（新增）。

（3）根據(jù)南屯礦電廠整體集控方案，考慮今后汽輪機系統(tǒng)就地控制箱、配電箱整合在就地一組配電柜內(nèi)，計劃2011年拆除3#機1#凝結(jié)泵電源519、3#機2#凝結(jié)泵電源504及V段507刀閘下口電源所帶3#機齒輪油泵電源線和V段523刀閘下口電源所帶3#機盤車電源電源線，改為備用。

（4）汽輪機系統(tǒng)就地控制箱、配電箱整合后，3#機動力配電箱這一回路接帶3#機齒輪油泵電源、3#機盤車電源、3#機1#、2#凝結(jié)水泵電源以及其他備用回路負荷。此步調(diào)整可在今后單元機組停運時進行，但需在今年將預計使用的電纜提前考慮。

（5）根據(jù)整體集控方案，熱控系統(tǒng)電子間設(shè)置在現(xiàn)在的汽機集控室內(nèi)，因此1#機3#機DAS電源517保留，改為熱控系統(tǒng)電源。

（6）原備用回路515改為3#機動力配電柜。

（7）拆除廠內(nèi)北清水泵電源 511，改為電力UPS輸入電源（新增）。

（8）原 523刀閘下口接帶的 1#熱網(wǎng)補水泵電源改為脫硫監(jiān)控室電源（新增）

（9）3#機熱力盤電源503改為輸煤系統(tǒng)（二）。

（10）備用回路506調(diào)整為車間及綜合樓電源（新增）。

（11）原循環(huán)水泵房電源508/509調(diào)整為2#循環(huán)水泵電源。

3 廠用電系統(tǒng)優(yōu)化效果

南屯電廠經(jīng)過歷時一個月的緊張施工，于2010年 10月 8日具備一爐一機集中控制系統(tǒng)的調(diào)試條件，并于2010年10月17日實現(xiàn)一爐一機并網(wǎng)發(fā)電。2010年11月9日，南屯電廠主機集中控制系統(tǒng)完成，實現(xiàn)三機三爐并網(wǎng)發(fā)電。

廠用電系統(tǒng)優(yōu)化后，將三臺機組實現(xiàn)模擬單元集中控制，可實現(xiàn)全廠不全停的分段檢修，往年每次春檢春試都需全廠停電檢修，模擬單元制實現(xiàn)后，全廠檢修可以像平時一樣，進行分段檢修，僅僅需要停需要檢修單元制的電源，其他兩個單元可以照常運行，此次優(yōu)化增加了全廠供電小時數(shù)，提高了經(jīng)濟利潤。大幅度提高了分段檢修的水平。

模擬單元集中控制進一步優(yōu)化了管理流程。值長統(tǒng)一指揮機爐電生產(chǎn)，減少了生產(chǎn)管理中間環(huán)節(jié)，大幅度提高了設(shè)備自動化水平，增強了生產(chǎn)協(xié)調(diào)控制能力，進一步優(yōu)化了管理流程。

模擬單元集中控制提高了綜合利用電廠設(shè)備安全可靠性，增加供電、供熱能力，降低事故率。

此次廠用電系統(tǒng)優(yōu)化，提出了廠用電系統(tǒng)優(yōu)化方向，拓展了綜合利用型電廠的建設(shè)方式，將為華聚能源公司及兗礦集團電力事業(yè)的發(fā)展提供有力的技術(shù)支持和示范推廣作用?？偤蜑榱?，互感器鐵心中感應(yīng)磁通也等于零，二次繞組無輸出，自動開關(guān)保持在接通狀態(tài)，漏電保護器處于正常運行。當PEN線接地時，流過檢測互感器內(nèi)電流矢量和不為零，互感器鐵心中感應(yīng)出現(xiàn)磁通，其二次繞組有感應(yīng)電流產(chǎn)生，經(jīng)放大后輸出，使漏電脫扣器動作推動自動開關(guān)跳閘。

4 系統(tǒng)接線改進

找到了原因后，如何解決這一問題呢？如何既滿足電源進線處使用四極漏電保護器，又要滿足在電源進線處做重復接地連接兩個條件呢？

通過仔細研究，作者設(shè)計了一種新的接線方法，首先將配電柜的N母排分為兩段，即長段N排和短段N排，然后將PEN進線先連接至配電柜的PE母排，在短段N排上面完成重復接地后，將短段N排上的N線再連接至漏電保護器的進線端子，經(jīng)過漏電保護器后，N線出線再連接至長段N排，負荷側(cè)的引出N線在長段N排上面連接（見圖 5）。這樣經(jīng)過上面的改動后不難看到，既滿足了漏電保護器多配電系統(tǒng)的控制作用，又滿足了在電源進線處做重復接地連接的要求。經(jīng)過通電試運行，該漏電開關(guān)沒有出現(xiàn)合不上閘的現(xiàn)象。

圖5 改進連接做法圖

5 結(jié)論

通過對配電柜的N母排的改動以及重新接線，既滿足了配電系統(tǒng)中漏電保護器對配電系統(tǒng)的控制作用，又滿足了在電源進線處需要完成配電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換并做好重復接地連接的要求，這種連接方法不但對配電柜的改動很少，而且滿足各個方面的要求，對大量同樣的工程具有積極的指導作用。