提高脫硫電氣系統(tǒng)可靠性的優(yōu)化改造

黃建江

(湛江電力有限公司，廣東 湛江 524000)

提高脫硫電氣系統(tǒng)可靠性的優(yōu)化改造

黃建江

(湛江電力有限公司，廣東 湛江 524000)

針對(duì)脫硫電氣系統(tǒng)可靠性不高等問題，對(duì)脫硫6 kV、脫硫400 PVC段、脫硫400 V MCC段、公用400 V PC段、脫硫400 V公用保安MCC段、脫硫直流I，II，III，IV段進(jìn)行優(yōu)化改造，提高了脫硫設(shè)備可靠性和脫硫效率，保障了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)同類電廠具有借鑒意義。

脫硫；電氣系統(tǒng)；可靠性；快速切換;相互備用

0 引言

隨著國家環(huán)保部環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求越來越高，按照相關(guān)文件的要求，在“十二五”期間各現(xiàn)役火電廠取消了脫硫旁路系統(tǒng)。某電力公司積極落實(shí)文件精神，自2012年3號(hào)機(jī)組大修后，取消3號(hào)機(jī)組脫硫煙氣旁路系統(tǒng)，至今已取消所有機(jī)組脫硫煙氣旁路。取消脫硫旁路系統(tǒng)后，脫硫系統(tǒng)重要性與主機(jī)一樣，因脫硫設(shè)備故障可能造成機(jī)組跳閘，所以必須充分優(yōu)化脫硫電氣系統(tǒng)可靠性，以保障脫硫設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，脫硫效率達(dá)到要求，進(jìn)而確保機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 脫硫電氣系統(tǒng)改造前的設(shè)備狀況

某電力有限公司原脫硫電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮脫硫效率，未充分考慮脫硫設(shè)備可靠性以及對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行的影響，因此在脫硫電氣系統(tǒng)主接線設(shè)計(jì)、備用電源、負(fù)荷分配原則等方面存在一些問題。

1.1 脫硫電氣系統(tǒng)主接線

脫硫6 kV母線采用單段設(shè)計(jì)，6 kV 2路電源線路之間互為備用，但不能并列運(yùn)行，采取“先分后合”的原則，電源自投時(shí)間長，沒有實(shí)現(xiàn)快速切換，在切換時(shí)容易造成脫硫系統(tǒng)跳閘。

脫硫6 kV系統(tǒng)按照每臺(tái)鍋爐設(shè)置1段母線，開關(guān)柜采用單母線接線，共4段。4段母線之間沒有電氣聯(lián)系。每段母線有2路電源電纜進(jìn)線，分別來自1，2，3，4號(hào)機(jī)組單元變壓器的6 kV工作母線段，2路電源線路之間互為備用，但是不能并列運(yùn)行。

脫硫段工作電源取自6 kV工作B段，備用電源取自6 kV工作A段，6 kV工作段與脫硫6 kV段的距離約650 m。根據(jù)《防止電力生產(chǎn)重大事故二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中繼電保護(hù)實(shí)施細(xì)則第7.8條：“對(duì)于長電纜跳閘的回路，要采取防止長電纜分布電容影響和防止出口繼電器誤動(dòng)的措施，如不同用途的電纜分開布置、增加出口繼電器的動(dòng)作功率、或通過光纖跳閘通道傳送跳閘信號(hào)等措施?！?/p>

基于此，在初步設(shè)計(jì)時(shí)沒有在6 kV工作段脫硫電源開關(guān)與6 kV脫硫段電源進(jìn)線開關(guān)之間敷設(shè)二次電纜。因此，無法實(shí)現(xiàn)脫硫工作電源與備用電源的聯(lián)鎖自投和硬連接的直接聯(lián)鎖，而是通過6 kV工作段脫硫電源開關(guān)跳閘后，脫硫6 kV段進(jìn)線低電壓保護(hù)跳閘后再聯(lián)投備用電源。因備用電源自投時(shí)間長，致使自投過程脫硫設(shè)備跳閘，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 脫硫電氣系統(tǒng)備用電源

400 V脫硫PC段無獨(dú)立的備用電源，采用機(jī)組之間的400 V脫硫PC段相互備用的方式，雜用電源均取自脫硫PC段，增加了脫硫PC段的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

目前1號(hào)機(jī)脫硫PC段與2號(hào)機(jī)脫硫PC段設(shè)有聯(lián)絡(luò)開關(guān)聯(lián)01，通過聯(lián)01開關(guān)，1，2號(hào)機(jī)脫硫PC段相互備用。3號(hào)機(jī)脫硫PC段與4號(hào)機(jī)脫硫PC段設(shè)有聯(lián)絡(luò)開關(guān)聯(lián)02，通過聯(lián)02開關(guān)，3，4號(hào)機(jī)脫硫PC段相互備用。

由于設(shè)計(jì)時(shí)考慮的重點(diǎn)不同，聯(lián)絡(luò)開關(guān)只有在差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開PC段工作電源開關(guān)時(shí)才會(huì)自動(dòng)合閘，同時(shí)400 V脫硫MCC段等電源也取自脫硫PC段，而MCC段所接負(fù)荷較雜，除了脫硫機(jī)組負(fù)荷外還接有公用負(fù)荷，如照明、空調(diào)、檢修電源、吊軌等。因有多起因公用負(fù)荷故障引起PC段跳閘的事件，所以可能造成PC段失電的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)增多。如2010-03-04，因石膏脫水車間單軌吊葫蘆電機(jī)短路造成脫水系統(tǒng)PC側(cè)工作電源進(jìn)線開關(guān)跳閘；2011-06-29，1號(hào)吸收塔漿液循環(huán)泵房檢修電源箱所接單相負(fù)荷過大，造成1號(hào)機(jī)400 V脫硫MCC段PC側(cè)工作電源開關(guān)跳閘。

1.3 脫硫MCC段母線負(fù)荷分配

400 V脫硫MCC段母線負(fù)荷的抽屜柜開關(guān)只配置空氣開關(guān)和熱過載保護(hù)，當(dāng)負(fù)荷側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)，不能快速切除，只能由變壓器低壓側(cè)零序保護(hù)動(dòng)作，從而越級(jí)跳閘電源開關(guān)造成MCC段瞬時(shí)失電。同時(shí)由于MCC段備用電源自投采取“先分后合”原則，即使備用電源自投成功，因設(shè)備已跳閘，也會(huì)影響脫硫機(jī)組的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

另外，MCC段上的抽屜開關(guān)殼體材料全部為塑料，耐燃性能極差，設(shè)備內(nèi)部空間狹小，內(nèi)部元件布置擁擠，大多已經(jīng)老化破損，運(yùn)行檢修人員在操作及檢修時(shí)必須非常小心，否則極易損壞開關(guān)殼體及元件。

1.4 400 V脫硫MCC段

脫硫系統(tǒng)設(shè)置1段脫硫400 V公用保安MCC段，4臺(tái)機(jī)組的脫硫公用負(fù)荷均接于此段；因此段單段設(shè)計(jì)，一旦失電，將可能引起4臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)或機(jī)組停運(yùn)。如脫硫工藝水泵A，B，C 3臺(tái)泵全接于公用保安MCC段，若此段母線檢修或故障，將會(huì)造成脫硫工藝水的中斷。而脫硫工藝水擔(dān)負(fù)著脫硫吸收塔的補(bǔ)水，除霧器的沖洗，制漿系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)以及泵的軸承冷卻水的作用等，工藝水中斷必然影響脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.5 脫硫直流系統(tǒng)配置

脫硫直流系統(tǒng)配置脫硫直流I段和脫硫直流II段，其中脫硫直流I段電源取自1號(hào)機(jī)400 V脫硫MCC段及400 V脫硫保安MCC段，脫硫直流II段電源取自3號(hào)機(jī)400 V脫硫MCC段及400 V脫硫保安MCC段。因脫硫直流I段提供1，3號(hào)機(jī)脫硫系統(tǒng)直流電源，脫硫直流II段提供2，4號(hào)機(jī)脫硫系統(tǒng)直流電源，一旦直流系統(tǒng)中有1段母線發(fā)生故障，將會(huì)影響2臺(tái)脫硫機(jī)組安全運(yùn)穩(wěn)定運(yùn)行。

1.6 熱工DCS電源配置問題

脫硫系統(tǒng)原設(shè)計(jì)配置1臺(tái)UPS裝置A、1臺(tái)UPS裝置B及1臺(tái)備用UPS。其中，UPS裝置A提供1，2號(hào)機(jī)組脫硫熱控DCS電源；UPS裝置B提供3，4號(hào)機(jī)組脫硫熱控DCS電源；備用UPS作為UPS裝置A和UPS裝置B的旁路電源。這樣配置會(huì)存在1臺(tái)UPS故障影響2臺(tái)機(jī)組安全運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。

2 改造方案

2.1 改造原則

對(duì)原先的脫硫電氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，需遵循以下幾個(gè)原則。

(1) 節(jié)約原則。盡可能利用現(xiàn)有設(shè)備及其接線方式，以最大限度節(jié)約經(jīng)費(fèi)。

(2) 可靠原則。保證各電壓等級(jí)電氣系統(tǒng)電源在各種運(yùn)行方式和特殊情況下安全可靠運(yùn)行。

(3) 空間利用原則。利用現(xiàn)有建筑空間，盡量不再增加新建筑。

2.2 脫硫6 kV系統(tǒng)解決方案

在脫硫段工作進(jìn)線與備用進(jìn)線間增加微機(jī)廠用電源快速切換裝置。脫硫段共有4個(gè)6 kV段，每段配置1套微機(jī)廠用電源快速切換裝置。快切裝置可以采用“先合后分”或具有同期捕捉功能的產(chǎn)品，以有效抑制負(fù)荷或電動(dòng)機(jī)的惰性對(duì)快切的影響，也可以加裝涌流抑制器，以減少合閘沖擊對(duì)快切成功的影響。

快切裝置的基本功能：正常情況下實(shí)現(xiàn)工作電源與備用電源之間的雙向切換，事故、母線低電壓、工作電源開關(guān)偷跳情況下實(shí)現(xiàn)工作電源至備用電源的單向切換；具備快速切換、同期判別切換、殘壓切換、長延時(shí)切換4種切換方式，2段式定時(shí)限低壓減載功能等。事故情況下切換時(shí)間約100 ms。

通過增加快切裝置，保證了電源切換過程中設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

2.3 400 V脫硫PC段的解決方案

為了保證400 V脫硫PC段的安全可靠性，考慮增加脫硫400 V公用PC段。400 V公用PC段按分段設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)400 V公用PC段A分段和400 V公用PC段B分段。其中，400 V公用PC段A分段正常情況下作為1，2號(hào)機(jī)組脫硫PC段的備用電源，同時(shí)作為1，2號(hào)機(jī)組400 V脫硫MCC段的備用電源；400 V公用PC段B分段正常情況下作為3，4號(hào)機(jī)組脫硫PC段的備用電源，同時(shí)作為3，4號(hào)機(jī)組400 V脫硫MCC段備用電源。

考慮原2臺(tái)機(jī)組PC段相互備用的方式，低壓脫硫變?nèi)萘堪赐瑫r(shí)帶2臺(tái)機(jī)組PC段考慮，因此公用PC段低壓脫硫變的容量與原低壓脫硫變的容量一致即可。因400 V公用PC段A分段的電源取自1號(hào)啟備變，400 V公用PC段B分段的電源取自2號(hào)啟備變，所以在400 V公用PC段A分段和400 V公用PC段B分段之間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，作為1號(hào)啟備變或2號(hào)啟備變檢修時(shí)代路用。

2.4 400 V脫硫MCC段的解決方案

對(duì)脫硫MCC段進(jìn)行擴(kuò)大性改造。將脫硫MCC段重要負(fù)荷移至保安MCC段，且脫硫MCC段按雜用負(fù)荷和機(jī)組負(fù)荷分類分段設(shè)計(jì)，增加脫硫公用MCC段，并將機(jī)組雜用負(fù)荷改接至此段。

改造后5 kW以上的負(fù)荷均配置綜合保護(hù)，以保護(hù)負(fù)荷故障時(shí)正確可靠切除故障，防止越級(jí)跳閘，造成整段失電；MCC段采用交流控制，配置簡易的快速保護(hù)(如選用塑殼開關(guān)自帶的簡易保護(hù)等)。將MCC段備用電源改接自公用PC段，并且將備用電源自投原則改為“先合后分”，保證設(shè)備在備用電源自投過程中穩(wěn)定運(yùn)行。目前保安MCC段接線方式相對(duì)可靠，工作電源取自PC段，備用電源由脫硫系統(tǒng)柴油發(fā)電機(jī)供電，保安段接線方式不變。

改造后的MCC段備用電源從公用PC段接取，原有的脫硫MCC段只接機(jī)組的脫硫低壓輔機(jī)。對(duì)未進(jìn)行引增合一的增壓風(fēng)機(jī)的相關(guān)輔機(jī)，如液壓油泵、潤滑油泵、擴(kuò)散筒密封風(fēng)機(jī)及進(jìn)氣箱密封風(fēng)機(jī)(即軸承冷卻風(fēng)機(jī))電源重新配置，將原取自同一母線段的輔機(jī)電源分別配置在機(jī)組的脫硫MCC段及脫硫保安MCC段。同時(shí)，為防止照明、空調(diào)、檢修電源、吊軌、電梯等電源對(duì)MCC段供電可靠性的影響，將以上電源從400 V脫硫MCC段移出，設(shè)計(jì)一段新的400 V脫硫公用MCC段，其電源取自脫硫公用PC段。經(jīng)此改造，將大大降低公用負(fù)荷對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響。

2.5 脫硫公用保安MCC段的解決方案

將脫硫400 V公用保安MCC段由單段改造為A，B分段，并設(shè)分段聯(lián)絡(luò)開關(guān)。改造后的A分段和B分段電源分別從400 V公用PC段A分段和400 V公用PC段B分段接取，減少機(jī)組停機(jī)檢修時(shí)對(duì)公用保安段的影響。

2.6 直流系統(tǒng)解決方案

新增2個(gè)直流段：脫硫直流III段和脫硫直流IV段，再加上原有的脫硫直流I段和脫硫直流II段，這4段直流母線可分別提供1，2，3，4號(hào)機(jī)的脫硫系統(tǒng)直流電源。同時(shí)對(duì)脫硫直流系統(tǒng)電源重新進(jìn)行分配。直流I段電源仍取自1號(hào)機(jī)400 V脫硫MCC段及脫硫保安MCC段，直流II段電源取自2號(hào)機(jī)400 V脫硫MCC段及脫硫保安MCC段；直流III段電源取自3號(hào)機(jī)400 V脫硫MCC段及脫硫保安MCC段；直流IV段電源取自4號(hào)機(jī)400 V脫硫MCC段及脫硫保安MCC段；其中直流I段和II段、直流III段和IV段之間正常時(shí)分列運(yùn)行，遇有充電器檢修或相應(yīng)機(jī)組檢修時(shí)可轉(zhuǎn)并列運(yùn)行。這樣脫硫機(jī)組直流電源相對(duì)獨(dú)立可靠，保證了脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.7 熱工DCS電源解決方案

將原脫硫UPS裝置A作為1號(hào)機(jī)組UPS，提供1號(hào)機(jī)組脫硫熱控DCS電源；原脫硫UPS裝置B作為2號(hào)機(jī)組UPS，提供2號(hào)機(jī)組脫硫熱控DCS電源；原備用UPS作為1/2號(hào)機(jī)組的旁路電源。新增3臺(tái)UPS裝置(容量30 kVA)，分別命名為UPS裝置C，UPS裝置D和2號(hào)備用UPS。其中，UPS裝置C提供3號(hào)機(jī)組脫硫熱控DCS電源，UPS裝置D提供4號(hào)機(jī)組脫硫熱控DCS電源，2號(hào)備用UPS作為3，4號(hào)機(jī)組UPS備用電源。以上UPS主路電源原則上接各機(jī)組400 V脫硫PC段，旁路電源接各機(jī)400 V脫硫保安MCC段。如此一來，脫硫機(jī)組熱工DCS電源相對(duì)獨(dú)立可靠，保證了脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 改造后的效果

(1) 脫硫6 kV電源實(shí)現(xiàn)快速切換，保障了脫硫6 kV電源的可靠運(yùn)行。

(2) 各臺(tái)機(jī)組400 V脫硫PC段獨(dú)立運(yùn)行，不再相互備用，同時(shí)設(shè)置了獨(dú)立的公用PC段作為各臺(tái)機(jī)組400 V脫硫PC段的備用電源，使得機(jī)組PC段電源不再相互影響。

(3) MCC段按機(jī)組負(fù)荷和雜用電源負(fù)荷進(jìn)行分類、分段設(shè)計(jì)，避免了臨時(shí)用電負(fù)荷對(duì)機(jī)組負(fù)荷正常供電的影響。

(4) 直流系統(tǒng)及熱工DCS電源按機(jī)組單元化配置，供電結(jié)構(gòu)更趨合理、可靠性更高。

經(jīng)過改造，提高了脫硫電氣系統(tǒng)的可靠性，運(yùn)行倒閘操作更加合理，保證了脫硫電氣系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

1 國家能源局．防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求及編制釋義[M]．北京：中國電力出版社，2014.

2 張伯君，張喜亮，周昌玉，等．包含控制系統(tǒng)的煙氣脫硫系統(tǒng)可靠性分配[J]．鍋爐技術(shù)，2009，41(2)：29-32.

2016-08-12。

黃建江(1972-)，男，工程師，主要從事電氣運(yùn)行維護(hù)等工作，email：13560538886@139.com。