提高脫硫電氣系統可靠性的優化改造

黃建江

(湛江電力有限公司，廣東 湛江 524000)

提高脫硫電氣系統可靠性的優化改造

黃建江

(湛江電力有限公司，廣東 湛江 524000)

針對脫硫電氣系統可靠性不高等問題，對脫硫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段進行優化改造，提高了脫硫設備可靠性和脫硫效率，保障了機組的安全穩定運行，對同類電廠具有借鑒意義。

脫硫；電氣系統；可靠性；快速切換;相互備用

0 引言

隨著國家環保部環保標準的要求越來越高，按照相關文件的要求，在“十二五”期間各現役火電廠取消了脫硫旁路系統。某電力公司積極落實文件精神，自2012年3號機組大修后，取消3號機組脫硫煙氣旁路系統，至今已取消所有機組脫硫煙氣旁路。取消脫硫旁路系統后，脫硫系統重要性與主機一樣，因脫硫設備故障可能造成機組跳閘，所以必須充分優化脫硫電氣系統可靠性，以保障脫硫設備穩定運行，脫硫效率達到要求，進而確保機組的安全穩定運行。

1 脫硫電氣系統改造前的設備狀況

某電力有限公司原脫硫電氣系統的設計重點考慮脫硫效率，未充分考慮脫硫設備可靠性以及對機組安全運行的影響，因此在脫硫電氣系統主接線設計、備用電源、負荷分配原則等方面存在一些問題。

1.1 脫硫電氣系統主接線

脫硫6 kV母線采用單段設計，6 kV 2路電源線路之間互為備用，但不能并列運行，采取“先分后合”的原則，電源自投時間長，沒有實現快速切換，在切換時容易造成脫硫系統跳閘。

脫硫6 kV系統按照每臺鍋爐設置1段母線，開關柜采用單母線接線，共4段。4段母線之間沒有電氣聯系。每段母線有2路電源電纜進線，分別來自1，2，3，4號機組單元變壓器的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《防止電力生產重大事故二十五項重點要求》中繼電保護實施細則第7.8條：“對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的措施，如不同用途的電纜分開布置、增加出口繼電器的動作功率、或通過光纖跳閘通道傳送跳閘信號等措施。”

基于此，在初步設計時沒有在6 kV工作段脫硫電源開關與6 kV脫硫段電源進線開關之間敷設二次電纜。因此，無法實現脫硫工作電源與備用電源的聯鎖自投和硬連接的直接聯鎖，而是通過6 kV工作段脫硫電源開關跳閘后，脫硫6 kV段進線低電壓保護跳閘后再聯投備用電源。因備用電源自投時間長，致使自投過程脫硫設備跳閘，影響機組安全穩定運行。

1.2 脫硫電氣系統備用電源

400 V脫硫PC段無獨立的備用電源，采用機組之間的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段的運行風險。

目前1號機脫硫PC段與2號機脫硫PC段設有聯絡開關聯01，通過聯01開關，1，2號機脫硫PC段相互備用。3號機脫硫PC段與4號機脫硫PC段設有聯絡開關聯02，通過聯02開關，3，4號機脫硫PC段相互備用。

由于設計時考慮的重點不同，聯絡開關只有在差動保護動作跳開PC段工作電源開關時才會自動合閘，同時400 V脫硫MCC段等電源也取自脫硫PC段，而MCC段所接負荷較雜，除了脫硫機組負荷外還接有公用負荷，如照明、空調、檢修電源、吊軌等。因有多起因公用負荷故障引起PC段跳閘的事件，所以可能造成PC段失電的風險點增多。如2010-03-04，因石膏脫水車間單軌吊葫蘆電機短路造成脫水系統PC側工作電源進線開關跳閘；2011-06-29，1號吸收塔漿液循環泵房檢修電源箱所接單相負荷過大，造成1號機400 V脫硫MCC段PC側工作電源開關跳閘。

1.3 脫硫MCC段母線負荷分配

400 V脫硫MCC段母線負荷的抽屜柜開關只配置空氣開關和熱過載保護，當負荷側發生接地故障時，不能快速切除，只能由變壓器低壓側零序保護動作，從而越級跳閘電源開關造成MCC段瞬時失電。同時由于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，因設備已跳閘，也會影響脫硫機組的正常穩定運行。

另外，MCC段上的抽屜開關殼體材料全部為塑料，耐燃性能極差，設備內部空間狹小，內部元件布置擁擠，大多已經老化破損，運行檢修人員在操作及檢修時必須非常小心，否則極易損壞開關殼體及元件。

1.4 400 V脫硫MCC段

脫硫系統設置1段脫硫400 V公用保安MCC段，4臺機組的脫硫公用負荷均接于此段；因此段單段設計，一旦失電，將可能引起4臺機組脫硫系統或機組停運。如脫硫工藝水泵A，B，C 3臺泵全接于公用保安MCC段，若此段母線檢修或故障，將會造成脫硫工藝水的中斷。而脫硫工藝水擔負著脫硫吸收塔的補水，除霧器的沖洗，制漿系統、脫水系統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的安全穩定運行。

1.5 脫硫直流系統配置

脫硫直流系統配置脫硫直流I段和脫硫直流II段，其中脫硫直流I段電源取自1號機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號機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號機脫硫系統直流電源，脫硫直流II段提供2，4號機脫硫系統直流電源，一旦直流系統中有1段母線發生故障，將會影響2臺脫硫機組安全運穩定運行。

1.6 熱工DCS電源配置問題

脫硫系統原設計配置1臺UPS裝置A、1臺UPS裝置B及1臺備用UPS。其中，UPS裝置A提供1，2號機組脫硫熱控DCS電源；UPS裝置B提供3，4號機組脫硫熱控DCS電源；備用UPS作為UPS裝置A和UPS裝置B的旁路電源。這樣配置會存在1臺UPS故障影響2臺機組安全運行的風險。

2 改造方案

2.1 改造原則

對原先的脫硫電氣系統進行改造，需遵循以下幾個原則。

(1) 節約原則。盡可能利用現有設備及其接線方式，以最大限度節約經費。

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

(3) 空間利用原則。利用現有建筑空間，盡量不再增加新建筑。

2.2 脫硫6 kV系統解決方案

在脫硫段工作進線與備用進線間增加微機廠用電源快速切換裝置。脫硫段共有4個6 kV段，每段配置1套微機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品，以有效抑制負荷或電動機的惰性對快切的影響，也可以加裝涌流抑制器，以減少合閘沖擊對快切成功的影響。

快切裝置的基本功能：正常情況下實現工作電源與備用電源之間的雙向切換，事故、母線低電壓、工作電源開關偷跳情況下實現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、長延時切換4種切換方式，2段式定時限低壓減載功能等。事故情況下切換時間約100 ms。

通過增加快切裝置，保證了電源切換過程中設備安全可靠運行。

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段按分段設計，設計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號機組脫硫PC段的備用電源，同時作為1，2號機組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號機組脫硫PC段的備用電源，同時作為3，4號機組400 V脫硫MCC段備用電源。

考慮原2臺機組PC段相互備用的方式，低壓脫硫變容量按同時帶2臺機組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號啟備變，400 V公用PC段B分段的電源取自2號啟備變，所以在400 V公用PC段A分段和400 V公用PC段B分段之間設聯絡開關，作為1號啟備變或2號啟備變檢修時代路用。

2.4 400 V脫硫MCC段的解決方案

對脫硫MCC段進行擴大性改造。將脫硫MCC段重要負荷移至保安MCC段，且脫硫MCC段按雜用負荷和機組負荷分類分段設計，增加脫硫公用MCC段，并將機組雜用負荷改接至此段。

改造后5 kW以上的負荷均配置綜合保護，以保護負荷故障時正確可靠切除故障，防止越級跳閘，造成整段失電；MCC段采用交流控制，配置簡易的快速保護(如選用塑殼開關自帶的簡易保護等)。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”，保證設備在備用電源自投過程中穩定運行。目前保安MCC段接線方式相對可靠，工作電源取自PC段，備用電源由脫硫系統柴油發電機供電，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段只接機組的脫硫低壓輔機。對未進行引增合一的增壓風機的相關輔機，如液壓油泵、潤滑油泵、擴散筒密封風機及進氣箱密封風機(即軸承冷卻風機)電源重新配置，將原取自同一母線段的輔機電源分別配置在機組的脫硫MCC段及脫硫保安MCC段。同時，為防止照明、空調、檢修電源、吊軌、電梯等電源對MCC段供電可靠性的影響，將以上電源從400 V脫硫MCC段移出，設計一段新的400 V脫硫公用MCC段，其電源取自脫硫公用PC段。經此改造，將大大降低公用負荷對機組運行的影響。

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，并設分段聯絡開關。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，減少機組停機檢修時對公用保安段的影響。

2.6 直流系統解決方案

新增2個直流段：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號機的脫硫系統直流電源。同時對脫硫直流系統電源重新進行分配。直流I段電源仍取自1號機400 V脫硫MCC段及脫硫保安MCC段，直流II段電源取自2號機400 V脫硫MCC段及脫硫保安MCC段；直流III段電源取自3號機400 V脫硫MCC段及脫硫保安MCC段；直流IV段電源取自4號機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段之間正常時分列運行，遇有充電器檢修或相應機組檢修時可轉并列運行。這樣脫硫機組直流電源相對獨立可靠，保證了脫硫系統的安全穩定運行。

2.7 熱工DCS電源解決方案

將原脫硫UPS裝置A作為1號機組UPS，提供1號機組脫硫熱控DCS電源；原脫硫UPS裝置B作為2號機組UPS，提供2號機組脫硫熱控DCS電源；原備用UPS作為1/2號機組的旁路電源。新增3臺UPS裝置(容量30 kVA)，分別命名為UPS裝置C，UPS裝置D和2號備用UPS。其中，UPS裝置C提供3號機組脫硫熱控DCS電源，UPS裝置D提供4號機組脫硫熱控DCS電源，2號備用UPS作為3，4號機組UPS備用電源。以上UPS主路電源原則上接各機組400 V脫硫PC段，旁路電源接各機400 V脫硫保安MCC段。如此一來，脫硫機組熱工DCS電源相對獨立可靠，保證了脫硫系統的安全穩定運行。

3 改造后的效果

(1) 脫硫6 kV電源實現快速切換，保障了脫硫6 kV電源的可靠運行。

(2) 各臺機組400 V脫硫PC段獨立運行，不再相互備用，同時設置了獨立的公用PC段作為各臺機組400 V脫硫PC段的備用電源，使得機組PC段電源不再相互影響。

(3) MCC段按機組負荷和雜用電源負荷進行分類、分段設計，避免了臨時用電負荷對機組負荷正常供電的影響。

(4) 直流系統及熱工DCS電源按機組單元化配置，供電結構更趨合理、可靠性更高。

經過改造，提高了脫硫電氣系統的可靠性，運行倒閘操作更加合理，保證了脫硫電氣系統的安全可靠運行。

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

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

2016-08-12。

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