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）

單元制運行方式是當今火電機組的主要控制方式。其安全可靠性高、靈活協(xié)調性強的特點使其成為今后火電機組控制方式的發(fā)展趨勢。

作為煤炭企業(yè)自備電廠，礦井日益要求嚴格的供暖和供電質量，決定了南屯礦電廠在具備火力發(fā)電廠特點的同時，服務客戶更加明確。南屯礦電廠控制室設置方式是按照機爐設備的位置就地分散設置的。生產(chǎn)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)單元程度低，彼此交叉較多，在某一個系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況或事故，延及整個電廠系統(tǒng)，容易擴大事故，造成全廠瓦解，滿足不了礦井日益要求嚴格的供電和供暖質量。

為此，南屯礦電廠于2010年9月，按照機組的生產(chǎn)布局和蒸汽母管的聯(lián)絡，組合模擬的單元機組和公共部分，在主要設備沒有發(fā)生變動的情況下，以一爐一汽輪機一發(fā)電機組成的發(fā)電單元機組為單位，除氧、給水、熱網(wǎng)等為公用系統(tǒng)進行布置和控制，實現(xiàn)機爐電集中控制，3臺機組實現(xiàn)模擬的單元制運行。單元制運行方式的最終能否形成，取決于廠用電系統(tǒng)能否實現(xiàn)單元制分配。因此，對南屯礦電廠廠用電系統(tǒng)進行優(yōu)化成為必然。

1 廠用電系統(tǒng)優(yōu)化的原則和目標

根據(jù)廠用機械在發(fā)電廠生產(chǎn)過程中的作用，以及供電中斷對人身、設備的影響，廠用電動機可分為以下三類。

1）第一類負荷。短時的停用可能影響人身和設備的安全，使鍋爐、汽輪機的出力減少。這類廠用機械的電動機為重要電動機，如引風機、一次風機、給水泵、循環(huán)水泵、凝結水泵等。

2）第二類負荷?？梢远虝r間停用，雖然影響鍋爐、汽輪機的出力，但在短時間內，能夠恢復生產(chǎn)的電動機，如：工業(yè)水泵、疏水泵、輸煤皮帶等。

3）第三類負荷。停電與鍋爐、汽輪機的出力沒有直接聯(lián)系，如修配、化驗、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，就是按照鍋爐的臺數(shù)分段，相對獨立，既方便于運行、檢修。又能將事故影響范圍限制在一機一爐。此次南屯礦電廠電氣低壓系統(tǒng)優(yōu)化調整原則如下。

（1）同一機爐的廠用機械，其中一套純屬于備用（如凝結水泵），為了提高其供電可靠性，一般采用交叉供電，即一臺接到本機組的母線段，另一臺接到其他母線段。

（2）屬于一類負荷的電動機，應接在所屬爐的母線段上。

（3）設有公用段時，對于相同用途的一類公用負荷的供電，不應全部接在同一母線段。

（4）循環(huán)水泵電動機分別接于兩段母線上。

（5）附屬設備離主廠房較遠，其容量較大時（如輸煤、化水等），一般設有雙回路，電源從不同母線段引接。

（6）發(fā)電機在停機過程中和停機后，仍需要運轉的設備，如：汽輪發(fā)電機的盤車電源、齒輪油泵電源等設備的電源應設置雙回路，電源從不同母線段迎接。

（7）與本機組有關的運行設備，如事故照明、重要設備的通風機等應設置雙回路電源。

（8）按機爐保護的要求，供給熱控的負荷。

根據(jù)目前我廠機爐地理位置布置及主蒸汽管道隔離門位置，南屯礦電廠目前機爐能夠形成單元制運行的為1#爐3#機、2#爐1#機、3#爐2#機。按照上述單元配置，優(yōu)化調整 400V低壓系統(tǒng)負荷。1#給水泵、2#給水泵、4#給水泵分別能實現(xiàn)對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380/220V，通稱400V系統(tǒng)。配電室分為新舊兩個配電室，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)楣ぷ髯儔浩鳎謩e接帶400V I、II、III、V段的負荷，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)存在問題分析

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

2）開關柜門存在不同程度的變形，關閉不嚴，已達不到設備完好標準要求；開關柜封閉不嚴，柜內容易積灰，須經(jīng)常進行清掃，檢修維護工作量大。

3）開關設備存在老化現(xiàn)象，開關、刀閘在負荷較大時經(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)過多次改造，各段負荷分配不均衡，公共負荷較集中，一旦該段出現(xiàn)問題，對電廠生產(chǎn)系統(tǒng)影響較大。

5）因部分單相負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，并且增加負荷時存在隨意性，達不到形成單元機組的目的，無法實現(xiàn)今后的分段檢修。

鑒于以上原因，故需對廠用電系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，實現(xiàn)如下目標：

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關設備老化嚴重以及廠用電系統(tǒng)負荷設計分配的不合理。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高壓開關柜改造后，不允許全廠停產(chǎn)檢修。此次電氣系統(tǒng)優(yōu)化改造后，機組應實現(xiàn)單元化運行。

平衡400V各段負荷分配。目前我廠400V各段負荷不平衡，I段負荷一般在60～70A（廠變高壓側電流），其余工作段一般在40～50A（廠變高壓側電流）左右。因負荷分配不均，造成負荷分配較大段的母線及其配電開關發(fā)熱，不利于低壓配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

2.3 廠用電系統(tǒng)優(yōu)化

利用停產(chǎn)檢修期間，對電廠 400V室室內各負荷的進出線電纜的情況進行排查、整理。為今后400V配電柜分段改造奠定基礎。

1）400V系統(tǒng) I段負荷調整

（1）400V I段1#爐一次風機在九月份停產(chǎn)檢修期間或今后利用 1#爐大修期間將其改造為高壓風機，調整至6kV。改造后，400V I段103開關104刀閘改為備用。

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

（3）汽輪機系統(tǒng)就地控制箱、配電箱整合后，1#機動力配電箱這一回路接帶1#機齒輪油泵電源、1#機盤車電源、1#機1#、2#凝結水泵電源以及其他備用回路負荷。

（4）根據(jù)優(yōu)化調整原則第1條，1#機動力配電箱121調整至400V III段，1#機動力配電箱121調整為2#機動力配電箱。

（5）因給水運行方式調整為單供方式后，1#給水泵實現(xiàn)對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)補水泵電源。

（7）根據(jù)南屯礦電廠整體集控方案，拆除 2#機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站電源（新增）。

（10）備用回路126改為水處理動力配電箱。

2）400V II段負荷調整

（1）備用電源 214調整為 3#機動力配電柜電源。

（2）調整輸煤系統(tǒng)（二）224至400V III段3#循環(huán)泵電源306。

（3）水處理動力配電箱228改為倉庫及工業(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)電子間設置在現(xiàn)在的汽機集控室內，因此1#機3#機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段負荷調整

（1）因為 3#給水泵不能作為鍋爐單供使用，而400V III段主要負荷為3#鍋爐風機負荷，4#給水泵能實現(xiàn)對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)化調整原則第 1條，現(xiàn)在的 2#機動力配電箱326調整為1#機動力配電柜。

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

（4）汽輪機系統(tǒng)就地控制箱、配電箱整合后，2#機動力配電箱這一回路接帶2#機齒輪油泵電源、2#機盤車電源、2#機1#、2#凝結水泵電源以及其他備用回路負荷。此步調整可在今后單元機組停運時進行，但需在今年將預計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3#爐DAS電源327，改為疏水動力配電箱（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）綜合考慮汽機加壓泵使用頻次較低，且大都在4～8月份期間使用，此時熱網(wǎng)循環(huán)水泵不使用。若需使用汽機加壓泵，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段負荷調整

（1）原1#給水泵522調整為3#給水泵電源。

（2）400V低壓廠用電V段上的兩臺熱網(wǎng)補水泵均由刀閘523下口接帶，將1#熱網(wǎng)補水泵調整至125，原1#熱網(wǎng)補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，考慮今后汽輪機系統(tǒng)就地控制箱、配電箱整合在就地一組配電柜內，計劃2011年拆除3#機1#凝結泵電源519、3#機2#凝結泵電源504及V段507刀閘下口電源所帶3#機齒輪油泵電源線和V段523刀閘下口電源所帶3#機盤車電源電源線，改為備用。

（4）汽輪機系統(tǒng)就地控制箱、配電箱整合后，3#機動力配電箱這一回路接帶3#機齒輪油泵電源、3#機盤車電源、3#機1#、2#凝結水泵電源以及其他備用回路負荷。此步調整可在今后單元機組停運時進行，但需在今年將預計使用的電纜提前考慮。

（5）根據(jù)整體集控方案，熱控系統(tǒng)電子間設置在現(xiàn)在的汽機集控室內，因此1#機3#機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#機動力配電柜。

（7）拆除廠內北清水泵電源 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)補水泵電源改為脫硫監(jiān)控室電源（新增）

（9）3#機熱力盤電源503改為輸煤系統(tǒng)（二）。

（10）備用回路506調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)過歷時一個月的緊張施工，于2010年 10月 8日具備一爐一機集中控制系統(tǒng)的調試條件，并于2010年10月17日實現(xiàn)一爐一機并網(wǎng)發(fā)電。2010年11月9日，南屯電廠主機集中控制系統(tǒng)完成，實現(xiàn)三機三爐并網(wǎng)發(fā)電。

廠用電系統(tǒng)優(yōu)化后，將三臺機組實現(xiàn)模擬單元集中控制，可實現(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，模擬單元制實現(xiàn)后，全廠檢修可以像平時一樣，進行分段檢修，僅僅需要停需要檢修單元制的電源，其他兩個單元可以照常運行，此次優(yōu)化增加了全廠供電小時數(shù)，提高了經(jīng)濟利潤。大幅度提高了分段檢修的水平。

模擬單元集中控制進一步優(yōu)化了管理流程。值長統(tǒng)一指揮機爐電生產(chǎn)，減少了生產(chǎn)管理中間環(huán)節(jié)，大幅度提高了設備自動化水平，增強了生產(chǎn)協(xié)調控制能力，進一步優(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方式，將為華聚能源公司及兗礦集團電力事業(yè)的發(fā)展提供有力的技術支持和示范推廣作用?？偤蜑榱悖ジ衅麒F心中感應磁通也等于零，二次繞組無輸出，自動開關保持在接通狀態(tài)，漏電保護器處于正常運行。當PEN線接地時，流過檢測互感器內電流矢量和不為零，互感器鐵心中感應出現(xiàn)磁通，其二次繞組有感應電流產(chǎn)生，經(jīng)放大后輸出，使漏電脫扣器動作推動自動開關跳閘。

4 系統(tǒng)接線改進

找到了原因后，如何解決這一問題呢？如何既滿足電源進線處使用四極漏電保護器，又要滿足在電源進線處做重復接地連接兩個條件呢？

通過仔細研究，作者設計了一種新的接線方法，首先將配電柜的N母排分為兩段，即長段N排和短段N排，然后將PEN進線先連接至配電柜的PE母排，在短段N排上面完成重復接地后，將短段N排上的N線再連接至漏電保護器的進線端子，經(jīng)過漏電保護器后，N線出線再連接至長段N排，負荷側的引出N線在長段N排上面連接（見圖 5）。這樣經(jīng)過上面的改動后不難看到，既滿足了漏電保護器多配電系統(tǒng)的控制作用，又滿足了在電源進線處做重復接地連接的要求。經(jīng)過通電試運行，該漏電開關沒有出現(xiàn)合不上閘的現(xiàn)象。

圖5 改進連接做法圖

5 結論

通過對配電柜的N母排的改動以及重新接線，既滿足了配電系統(tǒng)中漏電保護器對配電系統(tǒng)的控制作用，又滿足了在電源進線處需要完成配電系統(tǒng)轉換并做好重復接地連接的要求，這種連接方法不但對配電柜的改動很少，而且滿足各個方面的要求，對大量同樣的工程具有積極的指導作用。