淺談非洲某火法煉銅企業(yè)應(yīng)急供電系統(tǒng)擴(kuò)建設(shè)計(jì)

朱世薇， 許云海

(謙比希銅冶煉有限公司 動(dòng)力分廠， 贊比亞 卡魯魯西)

0 引言

位于非洲贊比亞某中國(guó)火法煉銅企業(yè)，始建于2006年，2009年2月投產(chǎn)。該公司采用雙回66 kV電源進(jìn)線，經(jīng)主變壓器降壓至10 kV對(duì)全廠10 kV負(fù)荷供電。長(zhǎng)期以來，由于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)系統(tǒng)薄弱，供電可靠性差，該企業(yè)時(shí)常面臨外部市電長(zhǎng)時(shí)間停電和電壓波動(dòng)的困擾。根據(jù)公司生產(chǎn)工藝及安全要求，在市電異常的情況下，要求全廠一級(jí)負(fù)荷在規(guī)定時(shí)限內(nèi)快速啟動(dòng)運(yùn)行。一期設(shè)計(jì)中鼓風(fēng)機(jī)房低壓配電室設(shè)置有一套應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)及配電柜，作為全廠一級(jí)負(fù)荷的應(yīng)急電源。隨著公司產(chǎn)能擴(kuò)大、生產(chǎn)設(shè)備增加，原有的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)容量已經(jīng)不能滿足使用要求；另一方面，由于僅配置1臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，一旦市電丟失而此時(shí)柴油發(fā)電機(jī)無法啟動(dòng)，公司將出現(xiàn)重大安全生產(chǎn)事故，造成較大財(cái)產(chǎn)損失甚至人員傷亡。

1 應(yīng)急供電系統(tǒng)概況

1.1 原應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

額定容量 1 275 kVA

額定功率 1 020 kW

功率因數(shù) 0.8

額定電壓 415/240 V

相數(shù) 3

額定頻率 50 Hz

額定電流 1 733.8 A

1.2 一期及擴(kuò)建后主要應(yīng)急電源需求

如表1所示，擴(kuò)建后全廠一級(jí)及重要二級(jí)負(fù)荷設(shè)備用電需求(1 604 kW)已超出原應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)供電能力(1 020 kW)。

1.3 一期應(yīng)急供電系統(tǒng)主接線方式

一期應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)安裝于鼓風(fēng)機(jī)房低壓配電室內(nèi)，并配置單獨(dú)的低壓應(yīng)急配電系統(tǒng)，通過應(yīng)急系統(tǒng)饋電開關(guān)與應(yīng)急負(fù)荷所在配電室聯(lián)絡(luò)，主要涉及熔煉循環(huán)水、熔煉收塵、吹煉收塵、余熱發(fā)電、鼓風(fēng)機(jī)房共5個(gè)低壓配電室。一期應(yīng)急配電系統(tǒng)圖，如圖1所示。

1.4 一期應(yīng)急供電系統(tǒng)操作方式

柴油應(yīng)急發(fā)電機(jī)操作主要有兩種方式：一是自動(dòng)啟動(dòng)。當(dāng)市電不穩(wěn)定或事故斷電，柴油發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)接收到市電采樣裝置發(fā)出的市電異常信號(hào)，自動(dòng)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)；二是手動(dòng)啟動(dòng)。在柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)失效時(shí)，采用人工手動(dòng)啟動(dòng)。

柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)正常后，需要人工手動(dòng)閉合發(fā)電機(jī)出口斷路器，待應(yīng)急配電系統(tǒng)帶電正常后，再分別按照應(yīng)急操作流程對(duì)五個(gè)饋電開關(guān)進(jìn)行手動(dòng)合閘操作。應(yīng)急供電系統(tǒng)操作流程如圖2所示。

從圖2可以看出，整個(gè)操作流程完全依靠人工操作，復(fù)雜且用時(shí)長(zhǎng)，容易出錯(cuò)。

表1 一期及擴(kuò)建后應(yīng)急用電設(shè)備列表

圖2 應(yīng)急供電系統(tǒng)操作流程

1.5 一期應(yīng)急供電系統(tǒng)存在的隱患

自2008年以來，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)在市電丟失的情況下，能正常啟動(dòng)投入運(yùn)行。但是，曾經(jīng)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電瓶爆炸，發(fā)電機(jī)冷卻水水泵漏水等異常情況。另外，由于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)供電可靠性較差，如果在應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)故障維修過程中，出現(xiàn)市電異常，后果將不堪設(shè)想。基于上述原因，根據(jù)現(xiàn)有條件提出應(yīng)急電源系統(tǒng)擴(kuò)建設(shè)計(jì)，增加一臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)一用一備運(yùn)行方式非常必要。

2 擴(kuò)建設(shè)計(jì)

2.1 新增應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)容量計(jì)算

綜合考慮公司擴(kuò)建后的新增一級(jí)負(fù)荷用電需求以及當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)可靠性差、事故停電時(shí)間長(zhǎng)，部分重要二級(jí)負(fù)荷需要間斷運(yùn)行的實(shí)際情況，按下述方法進(jìn)行容量計(jì)算：(1)按穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)容量。(2)按最大單臺(tái)電動(dòng)機(jī)或成組電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的需要，計(jì)算發(fā)電機(jī)容量。(3)按起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)母線容許電壓降計(jì)算發(fā)電機(jī)容量，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

2.2 自動(dòng)電源切換柜配置方式選擇

公司采用ISA富氧頂吹浸沒熔池熔煉生產(chǎn)工藝，對(duì)ISA余熱鍋爐不間斷供水要求較高，停止供水不能超過3 min。一期應(yīng)急供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用人工操作，尤其遇到雷雨天氣，操作時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重威脅ISA余熱鍋爐安全。此次擴(kuò)建設(shè)計(jì)考慮應(yīng)急操作響應(yīng)時(shí)間，為全廠重要的一、二級(jí)負(fù)荷配置自動(dòng)切換裝置(簡(jiǎn)稱ATS)。根據(jù)重要一、二負(fù)荷分布于5個(gè)低壓配電室的現(xiàn)狀，ATS裝置可設(shè)計(jì)三種不同配置方式，表3對(duì)三種方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較。

根據(jù)投資、工期、施工難度，對(duì)現(xiàn)有配電室供電影響等方面綜合考慮，最終選擇為核心的一級(jí)負(fù)荷配置ATS裝置方式。

2.3 聯(lián)絡(luò)母線選型

新增柴油發(fā)電機(jī)組低壓配電柜與原有低壓配電柜之間的聯(lián)絡(luò)母線，設(shè)計(jì)的額定電流為2 500 A，如果采用185 mm單芯聚氯乙烯絕緣電力電纜作為聯(lián)絡(luò)母線，每相6根，共需24根，安裝于新舊兩套應(yīng)急低壓配電柜的母排上；由于新舊兩套應(yīng)急低壓配電柜內(nèi)空間限制，施工難度較大。采用新型的全絕緣銅管型母線，主要技術(shù)參數(shù)如下：

表2 新增應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)容量計(jì)算表

表3 ATS裝置配置方式比較表

外徑Φ100 mm

壁厚 10 mm

截流量 2 500 A

管形母線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、散熱好、損耗低、投資小等特點(diǎn)，滿足此次擴(kuò)建聯(lián)絡(luò)母線的安裝和使用需求。

2.4 擴(kuò)建方案的最終確定

解決好新增應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)容量、自動(dòng)電源切換柜配置方式、聯(lián)絡(luò)母線選型等難點(diǎn)，擴(kuò)建方案具體內(nèi)容描述如下：新增柴油發(fā)電機(jī)組采用室外集裝箱形式，就近擺放在原有應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)房室外，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)可共用柴油儲(chǔ)存裝置。新增應(yīng)急配電柜放置于原應(yīng)急配電室內(nèi)，縮短新舊應(yīng)急配電柜聯(lián)絡(luò)母線的距離，5臺(tái)ATS柜擺放于各一級(jí)負(fù)荷所在低壓配電室，實(shí)現(xiàn)末端投切。擴(kuò)建后的應(yīng)急配電系統(tǒng)圖如圖4所示。

圖3 擴(kuò)建后的應(yīng)急配電系統(tǒng)圖

從圖4中可以看出，兩臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)通過聯(lián)絡(luò)柜和聯(lián)絡(luò)母線連接，以新增應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)為主用，原應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)為備用。特殊情況下，兩臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)分列運(yùn)行，以提供最大供電能力。

3 擴(kuò)建效果分析

公司應(yīng)急電源擴(kuò)建完成后，在歷次大面積停電或電網(wǎng)波動(dòng)的情況下，極大縮短了余熱鍋爐給水泵和ISA余熱鍋爐循環(huán)泵啟動(dòng)時(shí)間，由3 min縮短為23 s，有力保障了ISA余熱鍋爐的安全運(yùn)行。

可靠靈活的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行模式滿足了公司擴(kuò)建后一級(jí)、重要二級(jí)負(fù)荷用電需求，為事故斷電的情況下，保障ISA爐、沉降電爐、轉(zhuǎn)爐、陽極爐、還原電爐等冶金爐窯安全起到關(guān)鍵作用。

4 結(jié)束語

通過科學(xué)計(jì)算、切實(shí)可行的成本分析以及合理應(yīng)用新技術(shù)、新設(shè)備，達(dá)到此次應(yīng)急供電系統(tǒng)擴(kuò)建的可靠性、應(yīng)急響應(yīng)快速性的目的。當(dāng)運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可以迅速切換至備用發(fā)電機(jī)運(yùn)行，提高了應(yīng)急供電系統(tǒng)的可靠性。對(duì)于海外火法煉銅企業(yè)新建或擴(kuò)建應(yīng)急供電系統(tǒng)，具有一定借鑒意義。