冶煉工程孤網(wǎng)運行發(fā)電廠電力系統(tǒng)設(shè)計探討

摘 要：在部分經(jīng)濟、交通等都相當(dāng)落后，電網(wǎng)系統(tǒng)十分薄弱的荒僻礦區(qū)，冶煉工程電力供應(yīng)是首要問題，配置與工程配套的發(fā)電機組供電是目前解決用電問題的唯一方法。有效配置發(fā)電機組，選用安全、可靠、經(jīng)濟的電氣供配電方案是工程項目實施的關(guān)鍵，而這類冶煉工程自備發(fā)電廠的電力系統(tǒng)一般屬于孤網(wǎng)運行。本文針對冶煉工程孤網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)電、供電及配電系統(tǒng)的設(shè)計做一般性分析研究，并針對某工程對冶煉工程的孤網(wǎng)運行的電廠電力系統(tǒng)設(shè)計方案的選擇進行分析。

關(guān)鍵詞：孤網(wǎng)電廠；電力系統(tǒng)設(shè)計；電氣主接線

1 引言

隨著東南亞經(jīng)濟的發(fā)展，該區(qū)域的礦產(chǎn)資源的優(yōu)勢地位越來越突出，也涌現(xiàn)出了一批冶煉項目，但這些項目多位于荒僻的礦區(qū)，經(jīng)濟、交通相當(dāng)落后，電網(wǎng)系統(tǒng)十分薄弱，然而冶金項目是耗能大戶，電力供應(yīng)是首要問題，配置與工程配套的發(fā)電機組供電是目前解決用電問題的唯一方法，有效配置發(fā)電機組、選用安全、可靠、經(jīng)濟的電氣供配電方案是工程項目實施的關(guān)鍵。

本論文針對某國的一制鎳礦熱爐項目自備電站的發(fā)、供、配電系統(tǒng)的設(shè)計做一般性探討，并針對此工程孤網(wǎng)運行的電力系統(tǒng)設(shè)計方案進行分析。

2 工程配置

此工程為建設(shè)一條最終年產(chǎn)12萬噸鎳鐵礦熱爐項目，工程初期配置2臺33MVA礦熱爐，爐變一次電壓33kV，全廠負(fù)荷總安裝容量約75100kW，工作容量70300kW，計算有功功率61960kW，年耗電量約4.0×108kwh，計劃配置兩臺2×50MW燃煤發(fā)電機組提供電能。

3 孤網(wǎng)電力系統(tǒng)設(shè)計

3.1 礦熱爐電力設(shè)計

在冶煉廠和電廠生產(chǎn)運行都正常的情況下，電爐的啟動、運行可根據(jù)生產(chǎn)調(diào)度有計劃的增減負(fù)荷。然而冶煉廠的生產(chǎn)運行中存在很多不確定因素會導(dǎo)致用電設(shè)備跳閘，將造成對電廠的甩負(fù)荷沖擊，故本工程設(shè)有應(yīng)急柴油發(fā)電站，作為電廠的啟動/備用電源和向電爐的電極提升系統(tǒng)、水冷卻系統(tǒng)和回轉(zhuǎn)窯等重要一級負(fù)荷提供應(yīng)急電源，避免發(fā)生重大安全事故。

鎳鐵冶煉廠對自備電廠的升壓變壓器沒有特別要求。升壓變壓器的電壓等級取決于項目所在地的電廠和冶煉廠的建廠條件和供電半徑等因素，需在現(xiàn)場考察及進行相關(guān)設(shè)計工作后確定。就目前來說，與50MW的發(fā)電機組相適應(yīng)的礦熱電爐容量約36MVA，如果電廠與鎳鐵冶煉廠合建在統(tǒng)一廠區(qū)，由于供電半徑較小，36MVA左右的礦熱爐亦可由電廠10kV電壓直配；但從發(fā)展情況考慮，為適應(yīng)礦熱電爐的大型化也可按升壓到35kV電壓等級。

礦熱電爐在非正常生產(chǎn)狀態(tài)下對電網(wǎng)造成的沖擊大致分為電極在爐內(nèi)發(fā)生短路故障造成的電流突增和發(fā)生故障后保護裝置動作跳閘甩負(fù)荷兩種類型。通常在設(shè)計時采取恰當(dāng)選擇電爐變壓器的阻抗來限制短路電流沖擊的幅值，工程上一般要求將短路電流值限制在額定電流的3.5倍以下；而跳閘后的甩負(fù)荷沖擊的幅值與電爐的運行功率有關(guān)，但超過發(fā)電機組在沖擊發(fā)生前穩(wěn)態(tài)發(fā)電功率10%是完全可能的。由于電爐在生產(chǎn)運行時出現(xiàn)故障的時間具有隨機性，事先無法準(zhǔn)確預(yù)測，故在自備電廠的設(shè)計中考慮應(yīng)對該沖擊的措施。

3.2 電氣主接線

本工程建設(shè)2×200t/h燃煤鍋爐和2×50MW凝汽式汽輪發(fā)電機組，發(fā)電機孤網(wǎng)運行。

發(fā)電機出口電壓為10.5kV，發(fā)電機設(shè)出口電壓母線，高壓廠用電電源由發(fā)電機出口電壓母線引接，每臺發(fā)電機配置一臺60MVA 35/10.5kV升壓變壓器將發(fā)電機發(fā)出的電能經(jīng)升壓后送至電廠35kV變電所。本工程為孤網(wǎng)運行，因此設(shè)柴油發(fā)電機組作為廠用起動及備用電源并設(shè)置高壓起動/備用段，柴油發(fā)電機選用4臺2000kW，出口電壓11kV。

鍋爐送、引風(fēng)機、電動給水泵及循環(huán)水泵采用高壓電機，工頻運行。10.5kV I段高壓廠用母線帶1#發(fā)電機出線斷路器柜、1#機組高壓負(fù)荷、10.5kV高壓廠用I段與10.5kV備用段聯(lián)絡(luò)柜、1#主變低壓側(cè)斷路器柜。10.5kV II段廠用母線帶2#發(fā)電機出線斷路器柜、2#機組高壓負(fù)荷、10.5kV廠用II段與10.5kV備用段聯(lián)絡(luò)柜、2#主變低壓側(cè)斷路器柜，10.5kV廠用III段主要為電站公用系統(tǒng)供電母線。在高壓廠用電源進線回路及10.5kV分段處加裝串聯(lián)電抗器。

制鎳用礦熱爐冶煉工程孤網(wǎng)運行系統(tǒng)電氣主接線圖

3.3 廠用電系統(tǒng)

高壓及低壓廠用電源按機爐分為兩個工作段、一個公用段及一個備用段，對應(yīng)的機爐負(fù)荷接在對應(yīng)的母線上：1#爐所用的送、引風(fēng)機、1#、2#鍋爐給水泵、1#循環(huán)水泵、1#廠用工作變壓器等接在10.5kV廠用I段上； 2#爐所用的高壓送、引風(fēng)機、3#鍋爐給水泵、2#、3#循環(huán)水泵接線、2#廠用工作變壓器接在10.5kV廠用II段上；公用負(fù)荷由公用變壓器引接，電源引自10.5kV公用母線。

柴油發(fā)電機組電源進線接在10.5kV廠用備用段上。

35kV及10.5kV系統(tǒng)采用中性點不接地方式，低壓380V系統(tǒng)采用中性點直接接地方式。

4 孤網(wǎng)運行方案論證

4.1 正常運行時

正常生產(chǎn)時，兩臺機組同時運行，機組出力均為70%，可滿足全廠100%用電負(fù)荷。當(dāng)1臺機組檢修或甩負(fù)荷時，另外一臺機組出力在100% ，可滿足全廠70%左右的用電負(fù)荷。正常運行時，機組負(fù)荷控制轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率控制，要求調(diào)速系統(tǒng)具有符合要求的靜態(tài)特性、良好的穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)特性，以保證在用戶負(fù)荷變化的情況下自動保持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定。

4.2 電廠啟動

由于孤網(wǎng)運行，投運前由1#機組發(fā)電利用黑啟動柴油發(fā)電機組，啟動輔機后投入運行，對外供電。1#機組運行后帶動全廠70%的負(fù)荷運轉(zhuǎn)，并啟動2#機組的輔機運行，進而啟動2#機組發(fā)電，直至兩臺機組同時運行，滿足按全廠100%的自供電率，逐步進行電廠和冶煉廠的生產(chǎn)，實現(xiàn)全廠電力負(fù)荷平衡。

4.3 發(fā)電機甩負(fù)荷或非計劃跳機時

當(dāng)機組發(fā)電機甩負(fù)荷或非計劃跳機時，全廠用電出現(xiàn)短時供電不足，此時電 廠供電量僅滿足全廠約70%的負(fù)荷。為了不致將系統(tǒng)電壓拉低，造成系統(tǒng)崩潰，應(yīng)在中央配電站設(shè)置低周減載保護，根據(jù)工藝要求，對部分負(fù)荷進行切除，減少用電量，同時減產(chǎn)運行，保障安全生產(chǎn)。若工藝需要，部分負(fù)荷無法切除，同時又無法滿足剩余發(fā)電機穩(wěn)定運行，則根據(jù)需要在相應(yīng)的系統(tǒng)側(cè)設(shè)置柴油發(fā)電機組，以確保分系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

4.4 當(dāng)用電負(fù)荷出現(xiàn)較大波動時

當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷瞬時出現(xiàn)大負(fù)荷停機時，電力網(wǎng)絡(luò)電壓上升。若全廠40%以上負(fù)荷停機，則直接解列一臺發(fā)電機組，用剩下的另外一臺機組帶全廠負(fù)荷。

若全廠40%以內(nèi)大負(fù)荷停機，則汽機保護裝置瞬時動作，可維持系統(tǒng)頻率在50±5Hz以內(nèi)，系統(tǒng)仍滿足穩(wěn)定運行條件。

若全廠小負(fù)荷波動，則可通過DEH的精確調(diào)整，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

若全廠40%以上大負(fù)荷啟動，則需要經(jīng)過調(diào)度提前進行通知，調(diào)整鍋爐及汽機的運行參數(shù)。

5 結(jié)束語

孤網(wǎng)的自平衡能力差，關(guān)鍵是保證機組在運行時控制頻率的穩(wěn)定，故本文所提的設(shè)計方法雖經(jīng)技術(shù)論證，并參考其他設(shè)計公司的相關(guān)資料，但仍屬于工程設(shè)計的探討階段，在真正實施時，需要工藝、公輔及業(yè)主等提供詳實的資料，并做出相應(yīng)優(yōu)化、修正方可進一步實施。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊淑英.電力系統(tǒng)概論[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]《電力系統(tǒng)設(shè)計手冊》[S].能源部西北電力設(shè)計院.

作者簡介：朱軍峰（1984-），男 ，研究生，工程師，主要從事：電氣設(shè)計工作。