王金生，李小雙，贠二偉，吳國成，井志防

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

礦山孤網(wǎng)采用黑啟動(dòng)指整個(gè)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(dòng)能力的機(jī)組的啟動(dòng)，帶動(dòng)無自啟動(dòng)能力的機(jī)組，逐步擴(kuò)大電力系統(tǒng)的恢復(fù)范圍，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)的啟動(dòng)或恢復(fù)，即柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)全網(wǎng)所有設(shè)備，當(dāng)系統(tǒng)首次啟動(dòng)或者整個(gè)系統(tǒng)因故障停運(yùn)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(dòng)能力的發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)，帶動(dòng)無自啟動(dòng)能力的汽輪發(fā)電機(jī)組，逐漸擴(kuò)大系統(tǒng)恢復(fù)范圍，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的恢復(fù)[1]。

在啟動(dòng)礦熱爐等較大負(fù)荷礦用設(shè)備時(shí)，要注意機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文以印尼金川紅土鎳礦冶煉項(xiàng)目為例予以詳述。

1 黑啟動(dòng)主要控制柜及其功能

黑啟動(dòng)時(shí)，PT 柜主要功能及作用是采集電壓信號(hào)，與柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組的進(jìn)線柜PT 電壓信號(hào)進(jìn)線比較來完成4 臺(tái)高壓發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)，總輸出柜主要功能與作用是給主廠房黑啟動(dòng)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(dòng)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(hù)外部線路短路造成PT 損壞，柴油機(jī)終端柜主要用來配合機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)來啟動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)。

2 黑啟動(dòng)與機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)的應(yīng)用

2.1 低溫烘爐

當(dāng)電廠用電時(shí)，電廠1 臺(tái)機(jī)組在低溫烘爐時(shí)，為了避免黑啟動(dòng)失敗，采用4 臺(tái)1800KW 發(fā)電機(jī)同時(shí)并網(wǎng)供電廠用電，將3 個(gè)營地、生活區(qū)、臨時(shí)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(dòng)失敗。

2.2 首臺(tái)機(jī)組發(fā)電并網(wǎng)

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

2.3 啟動(dòng)大負(fù)載設(shè)備

2.3.1 沖擊電爐變壓器時(shí)

當(dāng)1 臺(tái)機(jī)組發(fā)電成功后，冶煉廠首次沖擊電爐變壓器時(shí)，為了節(jié)約成本，單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行投電平衡或者啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，沖擊瞬間，切掉電平衡2000KW 的負(fù)荷。

2.3.2 啟動(dòng)礦熱爐時(shí)

在礦熱爐啟動(dòng)時(shí)，對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷有一定的沖擊。因此在啟動(dòng)前，應(yīng)當(dāng)投入一定量的電平衡裝置。啟動(dòng)瞬間，系統(tǒng)切除相應(yīng)的電平衡負(fù)荷，避免啟動(dòng)瞬間對(duì)電網(wǎng)負(fù)載沖擊過大，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3.3 啟動(dòng)大功率用電設(shè)備時(shí)

機(jī)組在黑啟動(dòng)過程中，啟動(dòng)大功率設(shè)備如900KW 高壓循環(huán)水泵時(shí)，啟動(dòng)瞬間可能會(huì)有6 倍～7 倍額定的大電流沖擊，從而引起柴油發(fā)電機(jī)頻率的快速下降而導(dǎo)致黑啟動(dòng)失敗。因此，啟動(dòng)前，應(yīng)事先投入相應(yīng)的電負(fù)荷平衡裝置。啟動(dòng)時(shí)，電負(fù)荷平衡系統(tǒng)檢測到大負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，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(jī)頻率，避免黑啟動(dòng)失敗。

2.3.4 三臺(tái)礦熱爐投運(yùn)時(shí)

2 臺(tái)礦熱爐投運(yùn)時(shí)，負(fù)荷已到48MW，為了節(jié)約成本，1 臺(tái)機(jī)組投運(yùn)，當(dāng)3 臺(tái)礦熱爐同時(shí)投運(yùn)時(shí)，負(fù)荷增加到58MW，1 臺(tái)機(jī)組已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)需要，這時(shí)靠電平衡投運(yùn)加熱器來達(dá)到電網(wǎng)平衡已不可能，為了滿足3 臺(tái)礦熱爐同時(shí)投運(yùn)，只有2 臺(tái)機(jī)組發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)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(jī)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(jī)的功率設(shè)定值，從而降低柴發(fā)發(fā)電功率，將負(fù)荷從柴發(fā)逐漸轉(zhuǎn)移至#1 發(fā)電機(jī)。

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

2.4.2 特殊控制

當(dāng)兩臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行時(shí)，忽然一臺(tái)機(jī)組跳機(jī)，瞬間負(fù)荷會(huì)由跳機(jī)的負(fù)荷全部轉(zhuǎn)移至另外一臺(tái)機(jī)組，那么另外一組機(jī)組無法承受另外一臺(tái)機(jī)組所占據(jù)的負(fù)荷，這時(shí)就會(huì)有機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)的特殊控制中的減載功能將一部分負(fù)荷全部切除電負(fù)荷平衡裝置，每臺(tái)負(fù)載500KW 左右。電負(fù)荷平衡系統(tǒng)在自動(dòng)模式時(shí)能夠根據(jù)發(fā)電負(fù)荷和用電負(fù)荷偏差自動(dòng)投入或切除相應(yīng)臺(tái)數(shù)的電平衡裝置。例如某臺(tái)風(fēng)機(jī)1100KW，工頻輕載啟動(dòng)時(shí)，若按照4 倍額定負(fù)載沖擊計(jì)算，即大約4400KW 負(fù)載沖擊，可事先投入8 臺(tái)以上的電平衡裝置，在啟動(dòng)風(fēng)機(jī)瞬間，發(fā)電和用電會(huì)產(chǎn)生負(fù)載偏差，電平衡系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載偏差自動(dòng)切除大致8 臺(tái)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(fù)載偏差，由機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)系統(tǒng)發(fā)出開調(diào)門指令，增加機(jī)組發(fā)電負(fù)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(fù)荷的快切操作，使發(fā)電和用電負(fù)荷盡可能達(dá)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(fù)荷

2.5.1 礦熱爐停爐檢修

下游甩負(fù)荷時(shí)，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(shí)，對(duì)于電網(wǎng)來說，會(huì)瞬間缺失一定量的用電負(fù)荷，對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性造成沖擊。在甩負(fù)荷瞬間，電負(fù)荷平衡系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載偏差，自動(dòng)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(fù)荷平衡系統(tǒng)調(diào)節(jié)容量，電平衡裝置投入后，負(fù)載沖擊仍然造成母線頻率快速升高，則機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)母線頻率偏差自動(dòng)發(fā)出關(guān)調(diào)門指令，甚至發(fā)出OPC 指令信號(hào)，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(shí)，機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)會(huì)發(fā)出切負(fù)荷命令，切負(fù)荷時(shí)，采用優(yōu)先級(jí)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(gè)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(gè)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(gè)加熱器，系統(tǒng)是隨機(jī)選擇。

2.5.3 當(dāng)母線發(fā)生故障時(shí)

當(dāng)母線由于接地等因素導(dǎo)致故障時(shí)，觸發(fā)各發(fā)電機(jī)主保護(hù)動(dòng)作，切除主變高壓側(cè)開關(guān)，各機(jī)組進(jìn)入FCB（快速甩負(fù)荷）工況，帶各自廠用電運(yùn)行。能夠維持穩(wěn)定運(yùn)行而不跳機(jī)，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(dòng)與機(jī)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(jī)兩部分所組成. 發(fā)電機(jī)系統(tǒng)提供電力系統(tǒng)運(yùn)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(jī)組與用戶進(jìn)行聯(lián)系，形成動(dòng)態(tài)形式的運(yùn)行系統(tǒng)。而機(jī)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(yùn)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(jī)網(wǎng)的協(xié)調(diào)下保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

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

3 結(jié)語

總之，不論是啟動(dòng)大負(fù)載設(shè)備或甩負(fù)荷過程，機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)系統(tǒng)與電負(fù)荷平衡系統(tǒng)均需相互配合，共同維持發(fā)電負(fù)荷與用電負(fù)荷平衡，維持電網(wǎng)穩(wěn)定。由于機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)與黒啟動(dòng)、電平衡的緊密配合，保證了礦山孤網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，也使得礦熱電爐連續(xù)高效運(yùn)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(xiàng)目取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。