硫铁矿制酸余热发电系统自动脱网运行技术开发与应用

谢高平

(云浮联发化工有限公司，广东云浮 527300)

1 供配电系统情况

云浮联发化工有限公司(以下简称云浮联发)有1套400 kt/a硫铁矿制酸装置，采用“两头一尾”配置，配有2台30 t/h的余热锅炉及15 000 kW余热发电机组。正常生产时发电装置及硫酸生产用电量约6 500 kW，余下的电量通过云硫集团35 kV化工变电站送到110 kV变电站或其他电站，供云硫集团生产及生活用电。云浮联发电力一次系统及上级供电系统见图1。

高压系统采用双回路6 kV进线，正常情况下只用一条回路。进线电源来自上级35 kV化工变电站的6 kV母线，化工站电源只有一条35 kV高压进线，线路总长约10 km，来自上级110 kV站。这条35 kV线路年久失修，故障率比较高；同时化工站到其他用户的线路也比较陈旧，线路故障较多。由于云浮联发属于发电端，外线故障时引发611或610故障跳闸，跳闸后由于系统不具备脱网后自动调节功能，导致全厂停电停机；必须等外部故障排除、恢复送电后，才能重新开机生产。即使能马上恢复供电，发电并网最快也要2 h，对生产影响很大。所以,有必要实施发电机脱网后的自动孤网运行。

图1 电力一次系统及上级供电系统

2 孤网运行概念

所谓孤网就是孤立运行的电网。一般来说电网单机容量小于电网容量的8%为大电网，反之单机容量大于电网总容量的8%为小电网。孤网可分为以下3种：①几台发电机并列运行且不和外网并列，称为发电机小网运行；② 1台发电机带负荷运行，不和外网并列称为发电机孤网运行；③ 1台发电机带厂用电运行，不和外网并列称为发电机孤岛运行，孤岛运行是孤网运行的一种特例[1]。所以云浮联发发电机脱网后带厂用电及硫酸设备运行属于孤网运行。

3 实现自动孤网运行的主要技术措施[2]

3.1 完善外线电气故障检测功能

完善外线电气故障检测功能，确保外部故障时进线开关610或611能可靠分闸。具体措施如下：

1) 三段式过流保护，维持原定值不变。

2) 增加1套进线低周保护。原低周保护是在继保装置中设置的，进线低周保护为48.5 Hz，延时0.5 s，现改为49.7 Hz，延时0.5 s。

3) 增加1套低压保护，保护设3段：90 V(无延时)、91 V(延时150 ms)、92 V(延时250 ms)，联锁发电机出口开关状态，只有发电机并网后才起作用。

4) 发电机增加低周保护。原发电机保护装置没有低周保护，设定值为47 Hz、0 s，主要用于孤网运行后保护发电机。

3.2 孤网运行频率控制

进线开关跳闸事故发生后，机组负荷严重过额，需要瞬间甩去一半多负荷，否则发电机频率将快速升高，超速保护动作停机。因此需要调速系统具有完善的调节功能，锅炉具有完善的蒸汽快速放空功能和汽包水汽平衡控制功能。

在完善常规的自然调频、一次调频和二次调频基础上，增加了1套CPC自动卸油压控制。

由于脱网瞬间发电量远大于用电量，常规调频功能不一定能快速起到作用，调门不能快速关小，所以在CPC油系统增加了1套卸油压电磁阀及手动阀。在外部故障进线开关分闸后，进线开关状态量联锁打开电磁阀，根据脱网后全厂实际负荷确定电磁阀打开状态的时间(2～3 s)。电磁阀后安装一手动阀，调试时事先调整好手动阀的开度，确保油压下降幅度在理想范围内，目的是在脱网后能快速调节汽门开度，减少汽机进汽量防止超速，起到频率调整的作用。

3.3 蒸汽管道压力控制

进汽总管管径为250 mm，正常生产的压力值是3.1～3.2 MPa，锅炉安全阀打开的压力值为3.6 MPa。

外网跳闸后，多余的汽量必然引起管道、汽包压力快速上升，导致锅炉安全阀打开，进汽机的蒸汽量快速减少，发电量快速减少，不能维持硫酸装置用电，汽轮机停机。统计以前的故障记录，外网跳机约2 s后压力开始上升，7～8 s压力升到3.6～3.7 MPa，锅炉安全阀打开。所以在外网跳开的同时必然要根据装置用电量及蒸汽量，释放多余的蒸汽以维持汽量与电量的平衡。

放空方案有两种:①利用跳机信号、跳机瞬间的发电机功率，在经DCS运算后自动放空，然后人工调整；②根据跳机信号，驱动电磁机构顶开安全阀放空，人工调整。经综合性价比，选择了第二种方案。

经计算及经验分析，采用如下方法操作：在进汽机前，管道上增加1条直径100 mm的放空管，顺排汽方向安装3个阀，分别是手动阀、电动调节阀、杠杆式安全阀，安全阀用电磁装置驱动，目的是在管道压力上升前快速放空。正常运行时手动阀全开，电动阀开度是70%，安全阀是关闭的，设定打开压力为3.4 MPa。当外线跳闸后，真空断路器的辅助信号启动电磁阀动作，电磁阀驱动安全阀打开，后续的压力波动及放空量由人工手动调节原有放空阀和新装的电动调节阀来完成。

3.4 孤网运行电压控制

脱网瞬间发电功率剧烈波动将引起无功的快速波动和电压的快速变化，为稳定发电机的机端电压，励磁系统必须满足调节快、特性硬、精度高的性能要求。该机组装置励磁调节系统设置有自动电压调节、手动电流调节、恒无功和恒功率控制方式。在自动电压调节方式下，发电机机端电压闭环运行，发电机机端电压能恒定维持在给定的水平上，并且励磁调节器具备强励或强减功能。所以励磁系统运行方式选择自动电压调节方式，手动电流调节方式作为补充。

3.5 孤网运行时锅炉、汽轮机的控制

机组甩负荷后，蒸汽的流量由于阀门的作用将迅速减少，主蒸汽压力迅速上升，而锅炉给水流量下降则相对较慢，锅炉汽包的水汽流量会出现严重不平衡，从而引起汽包水位大幅波动。另外，放空阀打开后，进汽机的汽量大幅减少，凝结水量相应减少，除氧器回水减少。所以，外电网事故后，运行人员要密切关注主蒸汽的压力、温度、汽包除氧器水位的波动，保证汽轮机按照允许的蒸汽参数条件持续运行。

3.6 硫酸生产主要设备及发电主要辅机保护功能的设置

外部线路故障主要是短路故障，在故障发生时，整个系统电压下降，可能导致部分采用变频控制的低压设备欠电压动作。而在外线分闸后，由于电压瞬间升高，又可能引起过压动作，使主要低压设备跳停。联锁跳闸主风机及炉前风机，导致孤网运行失败，如锅炉给水泵、热水循环泵、硫酸生产的净化系统泵、干吸系统泵等。这些主要的设备的变频器都要设置瞬时停电再起动和自复位功能，并设置联锁延时动作，以保证脱网后硫酸生产不停机。

4 自动孤网运行控制程序

当外部故障发生时，进线保护开关动作，发电机与外网分开，带厂用电及硫酸设备运行。此时进线开关的辅助触点把分闸信号送到发电控制室：一路用于控制室报警，提醒运行人员外网已分开；一路给汽轮机CPC油系统，控制CPC卸油压；一路给电磁铁，驱动杠杆式安全阀打开。运行人员根据孤网运行的各项规程，控制好流量、压力、温度、水量、电压、功率等各项指标；同时在脱网运行后不起停功率大于75 kW以上的设备。

5 应用实践

云浮联发孤网运行系统投运约一个月后，化工站供水线故障，引起云浮联发进线开关短路跳闸，孤网运行成功。运行人员在得到跳闸报警后，人工调整各参数，管道最高压力到达3.3 MPa后慢慢下降到正常压力范围；约10 s后机组带厂用电及硫酸设备用电进入稳定的孤网运行状态。事后查到闸跳短路电流9 600 A，部分不重要的低压设备欠压跳机，欠压动作的低电压为270 V左右，机组最高转速3 076 r/min左右，CPC油压电磁阀正常打开，3 s后关闭，在2 s内油动机行程从68%下降到40%；杠杆式安全阀正常打开放空。

实践证明,云浮联发孤网运行是成功的,值得同行借鉴。

[1] 郭文武.发电机组孤网运行的解决方案[J].电工技术,2016(7):120-121.

[2] 潘文良.电厂孤网运行故障处理措施[J].华电技术,2015,37(12):52-54.