王金生，李小雙，贠二偉，吳國成，井志防

（1. 金川集團有限公司工程建設(shè)公司，甘肅 金昌 737100 ；2. 金川集團有限公司三礦區(qū)，甘肅 金昌 737100）

礦山孤網(wǎng)采用黑啟動指整個系統(tǒng)不依賴別的網(wǎng)絡(luò)的幫助，通過系統(tǒng)中具有自啟動能力的機組的啟動，帶動無自啟動能力的機組，逐步擴大電力系統(tǒng)的恢復(fù)范圍，最終實現(xiàn)整個電力系統(tǒng)的啟動或恢復(fù)，即柴油發(fā)電機組啟動全網(wǎng)所有設(shè)備，當(dāng)系統(tǒng)首次啟動或者整個系統(tǒng)因故障停運后，系統(tǒng)全部停電，處于全“黑” 狀態(tài)，不能依賴其他供電網(wǎng)絡(luò)幫助，通過系統(tǒng)中具有自啟動能力的發(fā)電機組啟動，帶動無自啟動能力的汽輪發(fā)電機組，逐漸擴大系統(tǒng)恢復(fù)范圍，最終實現(xiàn)整個系統(tǒng)的恢復(fù)[1]。

在啟動礦熱爐等較大負荷礦用設(shè)備時，要注意機網(wǎng)協(xié)調(diào)，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。本文以印尼金川紅土鎳礦冶煉項目為例予以詳述。

1 黑啟動主要控制柜及其功能

黑啟動時，PT 柜主要功能及作用是采集電壓信號，與柴油發(fā)電機機組的進線柜PT 電壓信號進線比較來完成4 臺高壓發(fā)電機的并網(wǎng)，總輸出柜主要功能與作用是給主廠房黑啟動段提供電源，前期用來完成廠用配電室的供電，并網(wǎng)柜主要功能作用是來廠用電失電后黒啟動自啟，給廠用電提供可靠電源，電阻柜主要功能與作用是保護外部線路短路造成PT 損壞，柴油機終端柜主要用來配合機網(wǎng)協(xié)調(diào)來啟動汽輪發(fā)電機。

2 黑啟動與機網(wǎng)協(xié)調(diào)的應(yīng)用

2.1 低溫烘爐

當(dāng)電廠用電時，電廠1 臺機組在低溫烘爐時，為了避免黑啟動失敗，采用4 臺1800KW 發(fā)電機同時并網(wǎng)供電廠用電，將3 個營地、生活區(qū)、臨時施工用電全部停用，以防止這些電源突發(fā)短路，造成黑啟動失敗。

2.2 首臺機組發(fā)電并網(wǎng)

起初黑啟動并網(wǎng)發(fā)電，柴油發(fā)電機與電廠用電并網(wǎng)，同時要投入電平衡加熱器20000KW 負荷，以保證發(fā)電機在發(fā)電時必須要有60% 的負荷，在啟動大負荷時，如啟動大功率電機等設(shè)備時，啟動瞬間，對整個電網(wǎng)會有很大的負荷沖擊和電流沖擊，尤其是在黑啟過程中，負載比較小時，啟動大負荷時對電網(wǎng)沖擊更加不容忽視，稍有不慎就會導(dǎo)致黑啟動失敗。因此啟動大負荷設(shè)備前，一定要通過電負荷平衡系統(tǒng)投入一定的電平衡裝置，輔助大負荷設(shè)備的啟動[2]。

2.3 啟動大負載設(shè)備

2.3.1 沖擊電爐變壓器時

當(dāng)1 臺機組發(fā)電成功后，冶煉廠首次沖擊電爐變壓器時，為了節(jié)約成本，單臺機組運行投電平衡或者啟動柴油發(fā)電機，沖擊瞬間，切掉電平衡2000KW 的負荷。

2.3.2 啟動礦熱爐時

在礦熱爐啟動時，對電網(wǎng)負荷有一定的沖擊。因此在啟動前，應(yīng)當(dāng)投入一定量的電平衡裝置。啟動瞬間，系統(tǒng)切除相應(yīng)的電平衡負荷，避免啟動瞬間對電網(wǎng)負載沖擊過大，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

2.3.3 啟動大功率用電設(shè)備時

機組在黑啟動過程中，啟動大功率設(shè)備如900KW 高壓循環(huán)水泵時，啟動瞬間可能會有6 倍～7 倍額定的大電流沖擊，從而引起柴油發(fā)電機頻率的快速下降而導(dǎo)致黑啟動失敗。因此，啟動前，應(yīng)事先投入相應(yīng)的電負荷平衡裝置。啟動時，電負荷平衡系統(tǒng)檢測到大負荷波動時，能快速切除電平衡裝置，從而維持發(fā)電和用電平衡，穩(wěn)定柴油發(fā)電機頻率，避免黑啟動失敗。

2.3.4 三臺礦熱爐投運時

2 臺礦熱爐投運時，負荷已到48MW，為了節(jié)約成本，1 臺機組投運，當(dāng)3 臺礦熱爐同時投運時，負荷增加到58MW，1 臺機組已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)需要，這時靠電平衡投運加熱器來達到電網(wǎng)平衡已不可能，為了滿足3 臺礦熱爐同時投運，只有2 臺機組發(fā)電并網(wǎng)運行才可滿足。

2.4 發(fā)電成功及特殊控制

2.4.1 發(fā)電成功后

在機網(wǎng)協(xié)調(diào)畫面上或柴發(fā)控制面板上按10% 步長逐漸降低柴油發(fā)電機的功率設(shè)定值，從而降低柴發(fā)發(fā)電功率，將負荷從柴發(fā)逐漸轉(zhuǎn)移至#1 發(fā)電機。

若柴發(fā)不能轉(zhuǎn)換到固定功率控制模式，可在機網(wǎng)協(xié)調(diào)系統(tǒng)中設(shè)定孤網(wǎng)頻率，使#1 機組頻率高于柴油發(fā)電機頻率0.05Hz 左右，亦可將柴油發(fā)電機負荷逐漸轉(zhuǎn)移至#1 發(fā)電機。

2.4.2 特殊控制

當(dāng)兩臺機組同時運行時，忽然一臺機組跳機，瞬間負荷會由跳機的負荷全部轉(zhuǎn)移至另外一臺機組，那么另外一組機組無法承受另外一臺機組所占據(jù)的負荷，這時就會有機網(wǎng)協(xié)調(diào)的特殊控制中的減載功能將一部分負荷全部切除電負荷平衡裝置，每臺負載500KW 左右。電負荷平衡系統(tǒng)在自動模式時能夠根據(jù)發(fā)電負荷和用電負荷偏差自動投入或切除相應(yīng)臺數(shù)的電平衡裝置。例如某臺風(fēng)機1100KW，工頻輕載啟動時，若按照4 倍額定負載沖擊計算，即大約4400KW 負載沖擊，可事先投入8 臺以上的電平衡裝置，在啟動風(fēng)機瞬間，發(fā)電和用電會產(chǎn)生負載偏差，電平衡系統(tǒng)根據(jù)負載偏差自動切除大致8 臺電平衡裝置，在不過切的前提下，盡可能維持發(fā)電和用電平衡；剩余0.4MW 的負載偏差，由機網(wǎng)協(xié)調(diào)系統(tǒng)發(fā)出開調(diào)門指令，增加機組發(fā)電負荷，維持母線頻率穩(wěn)定。

若特殊控制功能出現(xiàn)故障，則觸發(fā)低頻低壓減載功能，繼續(xù)完成負荷的快切操作，使發(fā)電和用電負荷盡可能達到平衡，最后通過控制調(diào)門開度，迅速恢復(fù)頻率和電壓的穩(wěn)定。

2.5 甩負荷

2.5.1 礦熱爐停爐檢修

下游甩負荷時，如超過一定生產(chǎn)周期后，礦熱爐需要停爐檢修，或礦熱爐正常生產(chǎn)過程中突然故障跳停時，對于電網(wǎng)來說，會瞬間缺失一定量的用電負荷，對電網(wǎng)穩(wěn)定性造成沖擊。在甩負荷瞬間，電負荷平衡系統(tǒng)根據(jù)負載偏差，自動投入一定量的電平衡裝置，維持發(fā)電和用電平衡。若沖擊量太大（大于15%），則很可能超過電負荷平衡系統(tǒng)調(diào)節(jié)容量，電平衡裝置投入后，負載沖擊仍然造成母線頻率快速升高，則機網(wǎng)協(xié)調(diào)系統(tǒng)會根據(jù)母線頻率偏差自動發(fā)出關(guān)調(diào)門指令，甚至發(fā)出OPC 指令信號，快關(guān)調(diào)門，快速恢復(fù)母線頻率至50Hz，維持電網(wǎng)的穩(wěn)定。

當(dāng)電網(wǎng)電流三相不平衡時，機網(wǎng)協(xié)調(diào)會發(fā)出切負荷命令，切負荷時，采用優(yōu)先級判別設(shè)置，首先切除4# 礦熱電爐，其次切除2# 礦熱電爐，然后切除3# 礦熱電爐，最后切除1# 礦熱電爐。2.5.2 電平衡加熱器的切除

電平衡共有40 個500KW 的加熱器，在切除過程中，共分為五輪切換，每一輪切換分為10 個加熱器，共切換四輪，最后一輪切換為零。切幾輪，通過設(shè)定的頻率來判斷，切換哪一個加熱器，系統(tǒng)是隨機選擇。

2.5.3 當(dāng)母線發(fā)生故障時

當(dāng)母線由于接地等因素導(dǎo)致故障時，觸發(fā)各發(fā)電機主保護動作，切除主變高壓側(cè)開關(guān)，各機組進入FCB（快速甩負荷）工況，帶各自廠用電運行。能夠維持穩(wěn)定運行而不跳機，成功避免了因母線故障而導(dǎo)致電網(wǎng)全黑[3-5]。

2.6 黑啟動與機網(wǎng)協(xié)調(diào)的配合

供配電系統(tǒng)的主要由電網(wǎng)與發(fā)電機兩部分所組成. 發(fā)電機系統(tǒng)提供電力系統(tǒng)運行的重要電源，并且能夠調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定狀態(tài)；電網(wǎng)系統(tǒng)則是將機組與用戶進行聯(lián)系，形成動態(tài)形式的運行系統(tǒng)。而機網(wǎng)協(xié)調(diào)則能夠調(diào)節(jié)現(xiàn)代電力系統(tǒng)復(fù)雜的運行模式，使電力系統(tǒng)的電壓，輸電頻率以及系統(tǒng)功能在機網(wǎng)的協(xié)調(diào)下保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)。

機網(wǎng)協(xié)調(diào)系統(tǒng)采集各發(fā)電機組出線PT/CT 信號、廠用電PT/CT 信號以及主變高壓側(cè)、低壓側(cè)開關(guān)信號，當(dāng)檢測到各機組全部跳閘，且廠用電全失時，則判定為電網(wǎng)全黑。機網(wǎng)協(xié)調(diào)系統(tǒng)立即發(fā)出啟動柴油發(fā)電機的信號。柴發(fā)檢測到啟動信號時，依次自行全部啟動，為電網(wǎng)提供電源，不僅給各機組安全停機提供保障，也給各機組黑啟提供廠用電源。

3 結(jié)語

總之，不論是啟動大負載設(shè)備或甩負荷過程，機網(wǎng)協(xié)調(diào)系統(tǒng)與電負荷平衡系統(tǒng)均需相互配合，共同維持發(fā)電負荷與用電負荷平衡，維持電網(wǎng)穩(wěn)定。由于機網(wǎng)協(xié)調(diào)與黒啟動、電平衡的緊密配合，保證了礦山孤網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，也使得礦熱電爐連續(xù)高效運行，為生產(chǎn)出合格的鎳鐵產(chǎn)品發(fā)揮了重要作用，為印尼金川紅土鎳礦冶煉項目取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。