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(yùn)行方式是當(dāng)今火電機(jī)組的主要控制方式。其安全可靠性高、靈活協(xié)調(diào)性強(qiáng)的特點(diǎn)使其成為今后火電機(jī)組控制方式的發(fā)展趨勢(shì)。

作為煤炭企業(yè)自備電廠，礦井日益要求嚴(yán)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(diǎn)的同時(shí)，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(jī)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(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況或事故，延及整個(gè)電廠系統(tǒng)，容易擴(kuò)大事故，造成全廠瓦解，滿足不了礦井日益要求嚴(yán)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(jī)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(jī)組和公共部分，在主要設(shè)備沒(méi)有發(fā)生變動(dòng)的情況下，以一爐一汽輪機(jī)一發(fā)電機(jī)組成的發(fā)電單元機(jī)組為單位，除氧、給水、熱網(wǎng)等為公用系統(tǒng)進(jìn)行布置和控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)爐電集中控制，3臺(tái)機(jī)組實(shí)現(xiàn)模擬的單元制運(yùn)行。單元制運(yùn)行方式的最終能否形成，取決于廠用電系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)單元制分配。因此，對(duì)南屯礦電廠廠用電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化成為必然。

1 廠用電系統(tǒng)優(yōu)化的原則和目標(biāo)

根據(jù)廠用機(jī)械在發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程中的作用，以及供電中斷對(duì)人身、設(shè)備的影響，廠用電動(dòng)機(jī)可分為以下三類。

1）第一類負(fù)荷。短時(shí)的停用可能影響人身和設(shè)備的安全，使鍋爐、汽輪機(jī)的出力減少。這類廠用機(jī)械的電動(dòng)機(jī)為重要電動(dòng)機(jī)，如引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、給水泵、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵等。

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

3）第三類負(fù)荷。停電與鍋爐、汽輪機(jī)的出力沒(méi)有直接聯(lián)系，如修配、化驗(yàn)、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(tái)數(shù)分段，相對(duì)獨(dú)立，既方便于運(yùn)行、檢修。又能將事故影響范圍限制在一機(jī)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(jī)爐的廠用機(jī)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(tái)接到本機(jī)組的母線段，另一臺(tái)接到其他母線段。

（2）屬于一類負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)接在所屬爐的母線段上。

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

（4）循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)分別接于兩段母線上。

（5）附屬設(shè)備離主廠房較遠(yuǎn)，其容量較大時(shí)（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(jī)在停機(jī)過(guò)程中和停機(jī)后，仍需要運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備，如：汽輪發(fā)電機(jī)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(jī)組有關(guān)的運(yùn)行設(shè)備，如事故照明、重要設(shè)備的通風(fēng)機(jī)等應(yīng)設(shè)置雙回路電源。

（8）按機(jī)爐保護(hù)的要求，供給熱控的負(fù)荷。

根據(jù)目前我廠機(jī)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(jī)爐能夠形成單元制運(yùn)行的為1#爐3#機(jī)、2#爐1#機(jī)、3#爐2#機(jī)。按照上述單元配置，優(yōu)化調(diào)整 400V低壓系統(tǒng)負(fù)荷。1#給水泵、2#給水泵、4#給水泵分別能實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jí)380/220V，通稱400V系統(tǒng)。配電室分為新舊兩個(gè)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(tái)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?，分別接帶400V I、II、III、V段的負(fù)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(wèn)題分析

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

2）開(kāi)關(guān)柜門存在不同程度的變形，關(guān)閉不嚴(yán)，已達(dá)不到設(shè)備完好標(biāo)準(zhǔn)要求；開(kāi)關(guān)柜封閉不嚴(yán)，柜內(nèi)容易積灰，須經(jīng)常進(jìn)行清掃，檢修維護(hù)工作量大。

3）開(kāi)關(guān)設(shè)備存在老化現(xiàn)象，開(kāi)關(guān)、刀閘在負(fù)荷較大時(shí)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(guò)多次改造，各段負(fù)荷分配不均衡，公共負(fù)荷較集中，一旦該段出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)電廠生產(chǎn)系統(tǒng)影響較大。

5）因部分單相負(fù)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(wèn)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(fù)荷時(shí)存在隨意性，達(dá)不到形成單元機(jī)組的目的，無(wú)法實(shí)現(xiàn)今后的分段檢修。

鑒于以上原因，故需對(duì)廠用電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)：

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(kāi)關(guān)設(shè)備老化嚴(yán)重以及廠用電系統(tǒng)負(fù)荷設(shè)計(jì)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(kāi)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(jī)組應(yīng)實(shí)現(xiàn)單元化運(yùn)行。

平衡400V各段負(fù)荷分配。目前我廠400V各段負(fù)荷不平衡，I段負(fù)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(fù)荷分配不均，造成負(fù)荷分配較大段的母線及其配電開(kāi)關(guān)發(fā)熱，不利于低壓配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 廠用電系統(tǒng)優(yōu)化

利用停產(chǎn)檢修期間，對(duì)電廠 400V室室內(nèi)各負(fù)荷的進(jìn)出線電纜的情況進(jìn)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(fù)荷調(diào)整

（1）400V I段1#爐一次風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)，調(diào)整至6kV。改造后，400V I段103開(kāi)關(guān)104刀閘改為備用。

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

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

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

（5）因給水運(yùn)行方式調(diào)整為單供方式后，1#給水泵實(shí)現(xiàn)對(duì)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(bǔ)水泵電源。

（7）根據(jù)南屯礦電廠整體集控方案，拆除 2#機(jī)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(hào)站電源（新增）。

（10）備用回路126改為水處理動(dòng)力配電箱。

2）400V II段負(fù)荷調(diào)整

（1）備用電源 214調(diào)整為 3#機(jī)動(dòng)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(dòng)力配電箱228改為倉(cāng)庫(kù)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(jī)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(jī)集控室內(nèi)，因此1#機(jī)3#機(jī)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(fù)荷調(diào)整

（1）因?yàn)?3#給水泵不能作為鍋爐單供使用，而400V III段主要負(fù)荷為3#鍋爐風(fēng)機(jī)負(fù)荷，4#給水泵能實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jī)動(dòng)力配電箱326調(diào)整為1#機(jī)動(dòng)力配電柜。

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

（4）汽輪機(jī)系統(tǒng)就地控制箱、配電箱整合后，2#機(jī)動(dòng)力配電箱這一回路接帶2#機(jī)齒輪油泵電源、2#機(jī)盤車電源、2#機(jī)1#、2#凝結(jié)水泵電源以及其他備用回路負(fù)荷。此步調(diào)整可在今后單元機(jī)組停運(yùn)時(shí)進(jìn)行，但需在今年將預(yù)計(jì)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(jī)3#爐DAS電源327，改為疏水動(dòng)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(jī)加壓泵使用頻次較低，且大都在4～8月份期間使用，此時(shí)熱網(wǎng)循環(huán)水泵不使用。若需使用汽機(jī)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(shí)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(fù)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(tái)熱網(wǎng)補(bǔ)水泵均由刀閘523下口接帶，將1#熱網(wǎng)補(bǔ)水泵調(diào)整至125，原1#熱網(wǎng)補(bǔ)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(jī)系統(tǒng)就地控制箱、配電箱整合在就地一組配電柜內(nèi)，計(jì)劃2011年拆除3#機(jī)1#凝結(jié)泵電源519、3#機(jī)2#凝結(jié)泵電源504及V段507刀閘下口電源所帶3#機(jī)齒輪油泵電源線和V段523刀閘下口電源所帶3#機(jī)盤車電源電源線，改為備用。

（4）汽輪機(jī)系統(tǒng)就地控制箱、配電箱整合后，3#機(jī)動(dòng)力配電箱這一回路接帶3#機(jī)齒輪油泵電源、3#機(jī)盤車電源、3#機(jī)1#、2#凝結(jié)水泵電源以及其他備用回路負(fù)荷。此步調(diào)整可在今后單元機(jī)組停運(yùn)時(shí)進(jìn)行，但需在今年將預(yù)計(jì)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(jī)集控室內(nèi)，因此1#機(jī)3#機(jī)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(jī)動(dòng)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(bǔ)水泵電源改為脫硫監(jiān)控室電源（新增）

（9）3#機(jī)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(guò)歷時(shí)一個(gè)月的緊張施工，于2010年 10月 8日具備一爐一機(jī)集中控制系統(tǒng)的調(diào)試條件，并于2010年10月17日實(shí)現(xiàn)一爐一機(jī)并網(wǎng)發(fā)電。2010年11月9日，南屯電廠主機(jī)集中控制系統(tǒng)完成，實(shí)現(xiàn)三機(jī)三爐并網(wǎng)發(fā)電。

廠用電系統(tǒng)優(yōu)化后，將三臺(tái)機(jī)組實(shí)現(xiàn)模擬單元集中控制，可實(shí)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(shí)現(xiàn)后，全廠檢修可以像平時(shí)一樣，進(jìn)行分段檢修，僅僅需要停需要檢修單元制的電源，其他兩個(gè)單元可以照常運(yùn)行，此次優(yōu)化增加了全廠供電小時(shí)數(shù)，提高了經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)。大幅度提高了分段檢修的水平。

模擬單元集中控制進(jìn)一步優(yōu)化了管理流程。值長(zhǎng)統(tǒng)一指揮機(jī)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(dòng)化水平，增強(qiáng)了生產(chǎn)協(xié)調(diào)控制能力，進(jìn)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(tuán)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(wú)輸出，自動(dòng)開(kāi)關(guān)保持在接通狀態(tài)，漏電保護(hù)器處于正常運(yùn)行。當(dāng)PEN線接地時(shí)，流過(guò)檢測(cè)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(dòng)作推動(dòng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)跳閘。

4 系統(tǒng)接線改進(jìn)

找到了原因后，如何解決這一問(wèn)題呢？如何既滿足電源進(jìn)線處使用四極漏電保護(hù)器，又要滿足在電源進(jìn)線處做重復(fù)接地連接兩個(gè)條件呢？

通過(guò)仔細(xì)研究，作者設(shè)計(jì)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(zhǎng)段N排和短段N排，然后將PEN進(jìn)線先連接至配電柜的PE母排，在短段N排上面完成重復(fù)接地后，將短段N排上的N線再連接至漏電保護(hù)器的進(jìn)線端子，經(jīng)過(guò)漏電保護(hù)器后，N線出線再連接至長(zhǎng)段N排，負(fù)荷側(cè)的引出N線在長(zhǎng)段N排上面連接（見(jiàn)圖 5）。這樣經(jīng)過(guò)上面的改動(dòng)后不難看到，既滿足了漏電保護(hù)器多配電系統(tǒng)的控制作用，又滿足了在電源進(jìn)線處做重復(fù)接地連接的要求。經(jīng)過(guò)通電試運(yùn)行，該漏電開(kāi)關(guān)沒(méi)有出現(xiàn)合不上閘的現(xiàn)象。

圖5 改進(jìn)連接做法圖

5 結(jié)論

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