硫鐵礦制酸余熱發(fā)電系統(tǒng)自動脫網(wǎng)運行技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用

謝高平

(云浮聯(lián)發(fā)化工有限公司，廣東云浮 527300)

1 供配電系統(tǒng)情況

云浮聯(lián)發(fā)化工有限公司(以下簡稱云浮聯(lián)發(fā))有1套400 kt/a硫鐵礦制酸裝置，采用“兩頭一尾”配置，配有2臺30 t/h的余熱鍋爐及15 000 kW余熱發(fā)電機組。正常生產(chǎn)時發(fā)電裝置及硫酸生產(chǎn)用電量約6 500 kW，余下的電量通過云硫集團35 kV化工變電站送到110 kV變電站或其他電站，供云硫集團生產(chǎn)及生活用電。云浮聯(lián)發(fā)電力一次系統(tǒng)及上級供電系統(tǒng)見圖1。

高壓系統(tǒng)采用雙回路6 kV進(jìn)線，正常情況下只用一條回路。進(jìn)線電源來自上級35 kV化工變電站的6 kV母線，化工站電源只有一條35 kV高壓進(jìn)線，線路總長約10 km，來自上級110 kV站。這條35 kV線路年久失修，故障率比較高；同時化工站到其他用戶的線路也比較陳舊，線路故障較多。由于云浮聯(lián)發(fā)屬于發(fā)電端，外線故障時引發(fā)611或610故障跳閘，跳閘后由于系統(tǒng)不具備脫網(wǎng)后自動調(diào)節(jié)功能，導(dǎo)致全廠停電停機；必須等外部故障排除、恢復(fù)送電后，才能重新開機生產(chǎn)。即使能馬上恢復(fù)供電，發(fā)電并網(wǎng)最快也要2 h，對生產(chǎn)影響很大。所以,有必要實施發(fā)電機脫網(wǎng)后的自動孤網(wǎng)運行。

圖1 電力一次系統(tǒng)及上級供電系統(tǒng)

2 孤網(wǎng)運行概念

所謂孤網(wǎng)就是孤立運行的電網(wǎng)。一般來說電網(wǎng)單機容量小于電網(wǎng)容量的8%為大電網(wǎng)，反之單機容量大于電網(wǎng)總?cè)萘康?%為小電網(wǎng)。孤網(wǎng)可分為以下3種：①幾臺發(fā)電機并列運行且不和外網(wǎng)并列，稱為發(fā)電機小網(wǎng)運行；② 1臺發(fā)電機帶負(fù)荷運行，不和外網(wǎng)并列稱為發(fā)電機孤網(wǎng)運行；③ 1臺發(fā)電機帶廠用電運行，不和外網(wǎng)并列稱為發(fā)電機孤島運行，孤島運行是孤網(wǎng)運行的一種特例[1]。所以云浮聯(lián)發(fā)發(fā)電機脫網(wǎng)后帶廠用電及硫酸設(shè)備運行屬于孤網(wǎng)運行。

3 實現(xiàn)自動孤網(wǎng)運行的主要技術(shù)措施[2]

3.1 完善外線電氣故障檢測功能

完善外線電氣故障檢測功能，確保外部故障時進(jìn)線開關(guān)610或611能可靠分閘。具體措施如下：

1) 三段式過流保護，維持原定值不變。

2) 增加1套進(jìn)線低周保護。原低周保護是在繼保裝置中設(shè)置的，進(jìn)線低周保護為48.5 Hz，延時0.5 s，現(xiàn)改為49.7 Hz，延時0.5 s。

3) 增加1套低壓保護，保護設(shè)3段：90 V(無延時)、91 V(延時150 ms)、92 V(延時250 ms)，聯(lián)鎖發(fā)電機出口開關(guān)狀態(tài)，只有發(fā)電機并網(wǎng)后才起作用。

4) 發(fā)電機增加低周保護。原發(fā)電機保護裝置沒有低周保護，設(shè)定值為47 Hz、0 s，主要用于孤網(wǎng)運行后保護發(fā)電機。

3.2 孤網(wǎng)運行頻率控制

進(jìn)線開關(guān)跳閘事故發(fā)生后，機組負(fù)荷嚴(yán)重過額，需要瞬間甩去一半多負(fù)荷，否則發(fā)電機頻率將快速升高，超速保護動作停機。因此需要調(diào)速系統(tǒng)具有完善的調(diào)節(jié)功能，鍋爐具有完善的蒸汽快速放空功能和汽包水汽平衡控制功能。

在完善常規(guī)的自然調(diào)頻、一次調(diào)頻和二次調(diào)頻基礎(chǔ)上，增加了1套CPC自動卸油壓控制。

由于脫網(wǎng)瞬間發(fā)電量遠(yuǎn)大于用電量，常規(guī)調(diào)頻功能不一定能快速起到作用，調(diào)門不能快速關(guān)小，所以在CPC油系統(tǒng)增加了1套卸油壓電磁閥及手動閥。在外部故障進(jìn)線開關(guān)分閘后，進(jìn)線開關(guān)狀態(tài)量聯(lián)鎖打開電磁閥，根據(jù)脫網(wǎng)后全廠實際負(fù)荷確定電磁閥打開狀態(tài)的時間(2～3 s)。電磁閥后安裝一手動閥，調(diào)試時事先調(diào)整好手動閥的開度，確保油壓下降幅度在理想范圍內(nèi)，目的是在脫網(wǎng)后能快速調(diào)節(jié)汽門開度，減少汽機進(jìn)汽量防止超速，起到頻率調(diào)整的作用。

3.3 蒸汽管道壓力控制

進(jìn)汽總管管徑為250 mm，正常生產(chǎn)的壓力值是3.1～3.2 MPa，鍋爐安全閥打開的壓力值為3.6 MPa。

外網(wǎng)跳閘后，多余的汽量必然引起管道、汽包壓力快速上升，導(dǎo)致鍋爐安全閥打開，進(jìn)汽機的蒸汽量快速減少，發(fā)電量快速減少，不能維持硫酸裝置用電，汽輪機停機。統(tǒng)計以前的故障記錄，外網(wǎng)跳機約2 s后壓力開始上升，7～8 s壓力升到3.6～3.7 MPa，鍋爐安全閥打開。所以在外網(wǎng)跳開的同時必然要根據(jù)裝置用電量及蒸汽量，釋放多余的蒸汽以維持汽量與電量的平衡。

放空方案有兩種:①利用跳機信號、跳機瞬間的發(fā)電機功率，在經(jīng)DCS運算后自動放空，然后人工調(diào)整；②根據(jù)跳機信號，驅(qū)動電磁機構(gòu)頂開安全閥放空，人工調(diào)整。經(jīng)綜合性價比，選擇了第二種方案。

經(jīng)計算及經(jīng)驗分析，采用如下方法操作：在進(jìn)汽機前，管道上增加1條直徑100 mm的放空管，順排汽方向安裝3個閥，分別是手動閥、電動調(diào)節(jié)閥、杠桿式安全閥，安全閥用電磁裝置驅(qū)動，目的是在管道壓力上升前快速放空。正常運行時手動閥全開，電動閥開度是70%，安全閥是關(guān)閉的，設(shè)定打開壓力為3.4 MPa。當(dāng)外線跳閘后，真空斷路器的輔助信號啟動電磁閥動作，電磁閥驅(qū)動安全閥打開，后續(xù)的壓力波動及放空量由人工手動調(diào)節(jié)原有放空閥和新裝的電動調(diào)節(jié)閥來完成。

3.4 孤網(wǎng)運行電壓控制

脫網(wǎng)瞬間發(fā)電功率劇烈波動將引起無功的快速波動和電壓的快速變化，為穩(wěn)定發(fā)電機的機端電壓，勵磁系統(tǒng)必須滿足調(diào)節(jié)快、特性硬、精度高的性能要求。該機組裝置勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)置有自動電壓調(diào)節(jié)、手動電流調(diào)節(jié)、恒無功和恒功率控制方式。在自動電壓調(diào)節(jié)方式下，發(fā)電機機端電壓閉環(huán)運行，發(fā)電機機端電壓能恒定維持在給定的水平上，并且勵磁調(diào)節(jié)器具備強勵或強減功能。所以勵磁系統(tǒng)運行方式選擇自動電壓調(diào)節(jié)方式，手動電流調(diào)節(jié)方式作為補充。

3.5 孤網(wǎng)運行時鍋爐、汽輪機的控制

機組甩負(fù)荷后，蒸汽的流量由于閥門的作用將迅速減少，主蒸汽壓力迅速上升，而鍋爐給水流量下降則相對較慢，鍋爐汽包的水汽流量會出現(xiàn)嚴(yán)重不平衡，從而引起汽包水位大幅波動。另外，放空閥打開后，進(jìn)汽機的汽量大幅減少，凝結(jié)水量相應(yīng)減少，除氧器回水減少。所以，外電網(wǎng)事故后，運行人員要密切關(guān)注主蒸汽的壓力、溫度、汽包除氧器水位的波動，保證汽輪機按照允許的蒸汽參數(shù)條件持續(xù)運行。

3.6 硫酸生產(chǎn)主要設(shè)備及發(fā)電主要輔機保護功能的設(shè)置

外部線路故障主要是短路故障，在故障發(fā)生時，整個系統(tǒng)電壓下降，可能導(dǎo)致部分采用變頻控制的低壓設(shè)備欠電壓動作。而在外線分閘后，由于電壓瞬間升高，又可能引起過壓動作，使主要低壓設(shè)備跳停。聯(lián)鎖跳閘主風(fēng)機及爐前風(fēng)機，導(dǎo)致孤網(wǎng)運行失敗，如鍋爐給水泵、熱水循環(huán)泵、硫酸生產(chǎn)的凈化系統(tǒng)泵、干吸系統(tǒng)泵等。這些主要的設(shè)備的變頻器都要設(shè)置瞬時停電再起動和自復(fù)位功能，并設(shè)置聯(lián)鎖延時動作，以保證脫網(wǎng)后硫酸生產(chǎn)不停機。

4 自動孤網(wǎng)運行控制程序

當(dāng)外部故障發(fā)生時，進(jìn)線保護開關(guān)動作，發(fā)電機與外網(wǎng)分開，帶廠用電及硫酸設(shè)備運行。此時進(jìn)線開關(guān)的輔助觸點把分閘信號送到發(fā)電控制室：一路用于控制室報警，提醒運行人員外網(wǎng)已分開；一路給汽輪機CPC油系統(tǒng)，控制CPC卸油壓；一路給電磁鐵，驅(qū)動杠桿式安全閥打開。運行人員根據(jù)孤網(wǎng)運行的各項規(guī)程，控制好流量、壓力、溫度、水量、電壓、功率等各項指標(biāo)；同時在脫網(wǎng)運行后不起停功率大于75 kW以上的設(shè)備。

5 應(yīng)用實踐

云浮聯(lián)發(fā)孤網(wǎng)運行系統(tǒng)投運約一個月后，化工站供水線故障，引起云浮聯(lián)發(fā)進(jìn)線開關(guān)短路跳閘，孤網(wǎng)運行成功。運行人員在得到跳閘報警后，人工調(diào)整各參數(shù)，管道最高壓力到達(dá)3.3 MPa后慢慢下降到正常壓力范圍；約10 s后機組帶廠用電及硫酸設(shè)備用電進(jìn)入穩(wěn)定的孤網(wǎng)運行狀態(tài)。事后查到閘跳短路電流9 600 A，部分不重要的低壓設(shè)備欠壓跳機，欠壓動作的低電壓為270 V左右，機組最高轉(zhuǎn)速3 076 r/min左右，CPC油壓電磁閥正常打開，3 s后關(guān)閉，在2 s內(nèi)油動機行程從68%下降到40%；杠桿式安全閥正常打開放空。

實踐證明,云浮聯(lián)發(fā)孤網(wǎng)運行是成功的,值得同行借鑒。

[1] 郭文武.發(fā)電機組孤網(wǎng)運行的解決方案[J].電工技術(shù),2016(7):120-121.

[2] 潘文良.電廠孤網(wǎng)運行故障處理措施[J].華電技術(shù),2015,37(12):52-54.