硫鐵礦制酸余熱發電系統自動脫網運行技術開發與應用

謝高平

(云浮聯發化工有限公司，廣東云浮 527300)

1 供配電系統情況

云浮聯發化工有限公司(以下簡稱云浮聯發)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余熱發電機組。正常生產時發電裝置及硫酸生產用電量約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，供云硫集團生產及生活用電。云浮聯發電力一次系統及上級供電系統見圖1。

高壓系統采用雙回路6 kV進線，正常情況下只用一條回路。進線電源來自上級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。由于云浮聯發屬于發電端，外線故障時引發611或610故障跳閘，跳閘后由于系統不具備脫網后自動調節功能，導致全廠停電停機；必須等外部故障排除、恢復送電后，才能重新開機生產。即使能馬上恢復供電，發電并網最快也要2 h，對生產影響很大。所以,有必要實施發電機脫網后的自動孤網運行。

圖1 電力一次系統及上級供電系統

2 孤網運行概念

所謂孤網就是孤立運行的電網。一般來說電網單機容量小于電網容量的8%為大電網，反之單機容量大于電網總容量的8%為小電網。孤網可分為以下3種：①幾臺發電機并列運行且不和外網并列，稱為發電機小網運行；② 1臺發電機帶負荷運行，不和外網并列稱為發電機孤網運行；③ 1臺發電機帶廠用電運行，不和外網并列稱為發電機孤島運行，孤島運行是孤網運行的一種特例[1]。所以云浮聯發發電機脫網后帶廠用電及硫酸設備運行屬于孤網運行。

3 實現自動孤網運行的主要技術措施[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，確保外部故障時進線開關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套進線低周保護。原低周保護是在繼保裝置中設置的，進線低周保護為48.5 Hz，延時0.5 s，現改為49.7 Hz，延時0.5 s。

3) 增加1套低壓保護，保護設3段：90 V(無延時)、91 V(延時150 ms)、92 V(延時250 ms)，聯鎖發電機出口開關狀態，只有發電機并網后才起作用。

4) 發電機增加低周保護。原發電機保護裝置沒有低周保護，設定值為47 Hz、0 s，主要用于孤網運行后保護發電機。

3.2 孤網運行頻率控制

進線開關跳閘事故發生后，機組負荷嚴重過額，需要瞬間甩去一半多負荷，否則發電機頻率將快速升高，超速保護動作停機。因此需要調速系統具有完善的調節功能，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。

在完善常規的自然調頻、一次調頻和二次調頻基礎上，增加了1套CPC自動卸油壓控制。

由于脫網瞬間發電量遠大于用電量，常規調頻功能不一定能快速起到作用，調門不能快速關小，所以在CPC油系統增加了1套卸油壓電磁閥及手動閥。在外部故障進線開關分閘后，進線開關狀態量聯鎖打開電磁閥，根據脫網后全廠實際負荷確定電磁閥打開狀態的時間(2～3 s)。電磁閥后安裝一手動閥，調試時事先調整好手動閥的開度，確保油壓下降幅度在理想范圍內，目的是在脫網后能快速調節汽門開度，減少汽機進汽量防止超速，起到頻率調整的作用。

3.3 蒸汽管道壓力控制

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

外網跳閘后，多余的汽量必然引起管道、汽包壓力快速上升，導致鍋爐安全閥打開，進汽機的蒸汽量快速減少，發電量快速減少，不能維持硫酸裝置用電，汽輪機停機。統計以前的故障記錄，外網跳機約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。所以在外網跳開的同時必然要根據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、跳機瞬間的發電機功率，在經DCS運算后自動放空，然后人工調整；②根據跳機信號，驅動電磁機構頂開安全閥放空，人工調整。經綜合性價比，選擇了第二種方案。

經計算及經驗分析，采用如下方法操作：在進汽機前，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、電動調節閥、杠桿式安全閥，安全閥用電磁裝置驅動，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%，安全閥是關閉的，設定打開壓力為3.4 MPa。當外線跳閘后，真空斷路器的輔助信號啟動電磁閥動作，電磁閥驅動安全閥打開，后續的壓力波動及放空量由人工手動調節原有放空閥和新裝的電動調節閥來完成。

3.4 孤網運行電壓控制

脫網瞬間發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，為穩定發電機的機端電壓，勵磁系統必須滿足調節快、特性硬、精度高的性能要求。該機組裝置勵磁調節系統設置有自動電壓調節、手動電流調節、恒無功和恒功率控制方式。在自動電壓調節方式下，發電機機端電壓閉環運行，發電機機端電壓能恒定維持在給定的水平上，并且勵磁調節器具備強勵或強減功能。所以勵磁系統運行方式選擇自動電壓調節方式，手動電流調節方式作為補充。

3.5 孤網運行時鍋爐、汽輪機的控制

機組甩負荷后，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嚴重不平衡，從而引起汽包水位大幅波動。另外，放空閥打開后，進汽機的汽量大幅減少，凝結水量相應減少，除氧器回水減少。所以，外電網事故后，運行人員要密切關注主蒸汽的壓力、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條件持續運行。

3.6 硫酸生產主要設備及發電主要輔機保護功能的設置

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

4 自動孤網運行控制程序

當外部故障發生時，進線保護開關動作，發電機與外網分開，帶廠用電及硫酸設備運行。此時進線開關的輔助觸點把分閘信號送到發電控制室：一路用于控制室報警，提醒運行人員外網已分開；一路給汽輪機CPC油系統，控制CPC卸油壓；一路給電磁鐵，驅動杠桿式安全閥打開。運行人員根據孤網運行的各項規程，控制好流量、壓力、溫度、水量、電壓、功率等各項指標；同時在脫網運行后不起停功率大于75 kW以上的設備。

5 應用實踐

云浮聯發孤網運行系統投運約一個月后，化工站供水線故障，引起云浮聯發進線開關短路跳閘，孤網運行成功。運行人員在得到跳閘報警后，人工調整各參數，管道最高壓力到達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備用電進入穩定的孤網運行狀態。事后查到閘跳短路電流9 600 A，部分不重要的低壓設備欠壓跳機，欠壓動作的低電壓為270 V左右，機組最高轉速3 076 r/min左右，CPC油壓電磁閥正常打開，3 s后關閉，在2 s內油動機行程從68%下降到40%；杠桿式安全閥正常打開放空。

實踐證明,云浮聯發孤網運行是成功的,值得同行借鑒。

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

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