基于单元制运行方式的厂用电系统优化

曹亚楠 张 永 孙广鹏 王秀娟 王 昆

（山东华聚能源股份有限公司，山东 邹城 273500）

单元制运行方式是当今火电机组的主要控制方式。其安全可靠性高、灵活协调性强的特点使其成为今后火电机组控制方式的发展趋势。

作为煤炭企业自备电厂，矿井日益要求严格的供暖和供电质量，决定了南屯矿电厂在具备火力发电厂特点的同时，服务客户更加明确。南屯矿电厂控制室设置方式是按照机炉设备的位置就地分散设置的。生产系统及控制系统单元程度低，彼此交叉较多，在某一个系统出现异常情况或事故，延及整个电厂系统，容易扩大事故，造成全厂瓦解，满足不了矿井日益要求严格的供电和供暖质量。

为此，南屯矿电厂于2010年9月，按照机组的生产布局和蒸汽母管的联络，组合模拟的单元机组和公共部分，在主要设备没有发生变动的情况下，以一炉一汽轮机一发电机组成的发电单元机组为单位，除氧、给水、热网等为公用系统进行布置和控制，实现机炉电集中控制，3台机组实现模拟的单元制运行。单元制运行方式的最终能否形成，取决于厂用电系统能否实现单元制分配。因此，对南屯矿电厂厂用电系统进行优化成为必然。

1 厂用电系统优化的原则和目标

根据厂用机械在发电厂生产过程中的作用，以及供电中断对人身、设备的影响，厂用电动机可分为以下三类。

1）第一类负荷。短时的停用可能影响人身和设备的安全，使锅炉、汽轮机的出力减少。这类厂用机械的电动机为重要电动机，如引风机、一次风机、给水泵、循环水泵、凝结水泵等。

2）第二类负荷。可以短时间停用，虽然影响锅炉、汽轮机的出力，但在短时间内，能够恢复生产的电动机，如：工业水泵、疏水泵、输煤皮带等。

3）第三类负荷。停电与锅炉、汽轮机的出力没有直接联系，如修配、化验、电焊等。

为了保证厂用电系统的供电可靠性，一般都采用按炉分段的原则，单元接线更为明显，就是按照锅炉的台数分段，相对独立，既方便于运行、检修。又能将事故影响范围限制在一机一炉。此次南屯矿电厂电气低压系统优化调整原则如下。

（1）同一机炉的厂用机械，其中一套纯属于备用（如凝结水泵），为了提高其供电可靠性，一般采用交叉供电，即一台接到本机组的母线段，另一台接到其他母线段。

（2）属于一类负荷的电动机，应接在所属炉的母线段上。

（3）设有公用段时，对于相同用途的一类公用负荷的供电，不应全部接在同一母线段。

（4）循环水泵电动机分别接于两段母线上。

（5）附属设备离主厂房较远，其容量较大时（如输煤、化水等），一般设有双回路，电源从不同母线段引接。

（6）发电机在停机过程中和停机后，仍需要运转的设备，如：汽轮发电机的盘车电源、齿轮油泵电源等设备的电源应设置双回路，电源从不同母线段迎接。

（7）与本机组有关的运行设备，如事故照明、重要设备的通风机等应设置双回路电源。

（8）按机炉保护的要求，供给热控的负荷。

根据目前我厂机炉地理位置布置及主蒸汽管道隔离门位置，南屯矿电厂目前机炉能够形成单元制运行的为1#炉3#机、2#炉1#机、3#炉2#机。按照上述单元配置，优化调整 400V低压系统负荷。1#给水泵、2#给水泵、4#给水泵分别能实现对1#炉、2#炉、3#炉的单供。

2 厂用电系统优化方案

2.1 厂用电系统概述

南屯矿电厂厂用电压等级380/220V，通称400V系统。配电室分为新旧两个配电室，由一期工程和二期工程分别建成。厂用低压系统由5台SC10-1000/6.3型厂用变压器降压至400V供电，。厂用电源接线方式：1#、2#厂变引自6kV I段母线；3#、4#厂变引自6kV II段母线；5#厂变引自3#发-变组6kV出口。1#、2#、3#、5#厂变为工作变压器，分别接带400V I、II、III、V段的负荷，4#厂变作为备用变压器，其中400V I、II、III、IV段布置在旧400V配电室，V段布置在新400V配电室。

2.2 厂用电系统存在问题分析

1）低压厂用电配电装置存在设计缺陷，安全系数不高，虽经过多次改造，仍存在一定安全隐患。

2）开关柜门存在不同程度的变形，关闭不严，已达不到设备完好标准要求；开关柜封闭不严，柜内容易积灰，须经常进行清扫，检修维护工作量大。

3）开关设备存在老化现象，开关、刀闸在负荷较大时经常出现发热现象，尤其在夏季高温季节为题更加突出。

4）电厂经过多次改造，各段负荷分配不均衡，公共负荷较集中，一旦该段出现问题，对电厂生产系统影响较大。

5）因部分单相负荷的电源均取自三相的B相，造成三相电流不均衡，尤其是400V III段问题较突出。

6）因电厂系统的不断改造，备用屏位已基本用完，并且增加负荷时存在随意性，达不到形成单元机组的目的，无法实现今后的分段检修。

鉴于以上原因，故需对厂用电系统进行优化改造，实现如下目标：

1）提高发供电可靠性。几次事故的主要原因均是在于高低压开关设备老化严重以及厂用电系统负荷设计分配的不合理。降低了我厂的供电可靠性。

2）利于分段检修。集中供热改造后，为了保证南屯矿供汽，我厂在6kV高压开关柜改造后，不允许全厂停产检修。此次电气系统优化改造后，机组应实现单元化运行。

平衡400V各段负荷分配。目前我厂400V各段负荷不平衡，I段负荷一般在60～70A（厂变高压侧电流），其余工作段一般在40～50A（厂变高压侧电流）左右。因负荷分配不均，造成负荷分配较大段的母线及其配电开关发热，不利于低压配电系统的安全稳定运行。

2.3 厂用电系统优化

利用停产检修期间，对电厂 400V室室内各负荷的进出线电缆的情况进行排查、整理。为今后400V配电柜分段改造奠定基础。

1）400V系统 I段负荷调整

（1）400V I段1#炉一次风机在九月份停产检修期间或今后利用 1#炉大修期间将其改造为高压风机，调整至6kV。改造后，400V I段103开关104刀闸改为备用。

（2）考虑今后汽轮机系统就地控制箱、配电箱整合在就地一组配电柜内，计划 2011年拆除 1#机1#凝结水泵电源117及1#机2#凝结水泵电源120，改为备用。

（3）汽轮机系统就地控制箱、配电箱整合后，1#机动力配电箱这一回路接带1#机齿轮油泵电源、1#机盘车电源、1#机1#、2#凝结水泵电源以及其他备用回路负荷。

（4）根据优化调整原则第1条，1#机动力配电箱121调整至400V III段，1#机动力配电箱121调整为2#机动力配电箱。

（5）因给水运行方式调整为单供方式后，1#给水泵实现对1#炉单供，因此，4#给水泵电源106改为1#给水泵电源。

（6）拆除1#炉后备盘电源111、125，其中111改为备用，125改为1#热网补水泵电源。

（7）根据南屯矿电厂整体集控方案，拆除 2#机3#炉DAS电源112，改为备用。

（8）根据循环水集控方案，备用回路109改为1#循环水泵电源（新增）。

（9）备用回路122改为厂部及铁路信号站电源（新增）。

（10）备用回路126改为水处理动力配电箱。

2）400V II段负荷调整

（1）备用电源 214调整为 3#机动力配电柜电源。

（2）调整输煤系统（二）224至400V III段3#循环泵电源306。

（3）水处理动力配电箱228改为仓库及工业污水泵电源（新增）。

（4）根据《南屯矿电厂不间断电源与直流改造方案》中的要求，因蓄电池充电机电源取自主控楼电源113和313，为保证电力UPS输入电源的可靠性，将原备用回路211改为电力UPS输入电源（新增）。

（5）根据整体集控方案，热控系统电子间设置在现在的汽机集控室内，因此1#机3#机DAS电源222保留，改为热控系统电源。

（6）输煤系统二 224改为循环水泵房防洪泵电源。

3）400V III段负荷调整

（1）因为 3#给水泵不能作为锅炉单供使用，而400V III段主要负荷为3#锅炉风机负荷，4#给水泵能实现对3#炉单供，因此，3#给水泵电源305改为4#给水泵电源。

（2）根据优化调整原则第 1条，现在的 2#机动力配电箱326调整为1#机动力配电柜。

（3）考虑今后汽轮机系统就地控制箱、配电箱整合在就地一组配电柜内，计划 2011年拆除 2#机1#凝结水泵电源311及2#机2#凝结水泵电源323，改为备用。

（4）汽轮机系统就地控制箱、配电箱整合后，2#机动力配电箱这一回路接带2#机齿轮油泵电源、2#机盘车电源、2#机1#、2#凝结水泵电源以及其他备用回路负荷。此步调整可在今后单元机组停运时进行，但需在今年将预计使用的电缆提前考虑。

（5）根据南屯矿电厂整体集控方案，拆除 2#机3#炉DAS电源327，改为疏水动力配电箱（新增）。

（6）根据南屯矿电厂循环水泵房集控方案，循环水泵房电源307、308，改为循环水泵房防洪泵电源。

（7）综合考虑汽机加压泵使用频次较低，且大都在4～8月份期间使用，此时热网循环水泵不使用。若需使用汽机加压泵，可采用使用热网循环水泵电源及控制箱接临时电源的方法。因此，建议将 314刀闸改为接带厂区热网电源。

4）400V V段负荷调整

（1）原1#给水泵522调整为3#给水泵电源。

（2）400V低压厂用电V段上的两台热网补水泵均由刀闸523下口接带，将1#热网补水泵调整至125，原1#热网补水泵回路改为脱硫监控室电源（新增）。

（3）根据南屯矿电厂整体集控方案，考虑今后汽轮机系统就地控制箱、配电箱整合在就地一组配电柜内，计划2011年拆除3#机1#凝结泵电源519、3#机2#凝结泵电源504及V段507刀闸下口电源所带3#机齿轮油泵电源线和V段523刀闸下口电源所带3#机盘车电源电源线，改为备用。

（4）汽轮机系统就地控制箱、配电箱整合后，3#机动力配电箱这一回路接带3#机齿轮油泵电源、3#机盘车电源、3#机1#、2#凝结水泵电源以及其他备用回路负荷。此步调整可在今后单元机组停运时进行，但需在今年将预计使用的电缆提前考虑。

（5）根据整体集控方案，热控系统电子间设置在现在的汽机集控室内，因此1#机3#机DAS电源517保留，改为热控系统电源。

（6）原备用回路515改为3#机动力配电柜。

（7）拆除厂内北清水泵电源 511，改为电力UPS输入电源（新增）。

（8）原 523刀闸下口接带的 1#热网补水泵电源改为脱硫监控室电源（新增）

（9）3#机热力盘电源503改为输煤系统（二）。

（10）备用回路506调整为车间及综合楼电源（新增）。

（11）原循环水泵房电源508/509调整为2#循环水泵电源。

3 厂用电系统优化效果

南屯电厂经过历时一个月的紧张施工，于2010年 10月 8日具备一炉一机集中控制系统的调试条件，并于2010年10月17日实现一炉一机并网发电。2010年11月9日，南屯电厂主机集中控制系统完成，实现三机三炉并网发电。

厂用电系统优化后，将三台机组实现模拟单元集中控制，可实现全厂不全停的分段检修，往年每次春检春试都需全厂停电检修，模拟单元制实现后，全厂检修可以像平时一样，进行分段检修，仅仅需要停需要检修单元制的电源，其他两个单元可以照常运行，此次优化增加了全厂供电小时数，提高了经济利润。大幅度提高了分段检修的水平。

模拟单元集中控制进一步优化了管理流程。值长统一指挥机炉电生产，减少了生产管理中间环节，大幅度提高了设备自动化水平，增强了生产协调控制能力，进一步优化了管理流程。

模拟单元集中控制提高了综合利用电厂设备安全可靠性，增加供电、供热能力，降低事故率。

此次厂用电系统优化，提出了厂用电系统优化方向，拓展了综合利用型电厂的建设方式，将为华聚能源公司及兖矿集团电力事业的发展提供有力的技术支持和示范推广作用。总和为零，互感器铁心中感应磁通也等于零，二次绕组无输出，自动开关保持在接通状态，漏电保护器处于正常运行。当PEN线接地时，流过检测互感器内电流矢量和不为零，互感器铁心中感应出现磁通，其二次绕组有感应电流产生，经放大后输出，使漏电脱扣器动作推动自动开关跳闸。

4 系统接线改进

找到了原因后，如何解决这一问题呢？如何既满足电源进线处使用四极漏电保护器，又要满足在电源进线处做重复接地连接两个条件呢？

通过仔细研究，作者设计了一种新的接线方法，首先将配电柜的N母排分为两段，即长段N排和短段N排，然后将PEN进线先连接至配电柜的PE母排，在短段N排上面完成重复接地后，将短段N排上的N线再连接至漏电保护器的进线端子，经过漏电保护器后，N线出线再连接至长段N排，负荷侧的引出N线在长段N排上面连接（见图 5）。这样经过上面的改动后不难看到，既满足了漏电保护器多配电系统的控制作用，又满足了在电源进线处做重复接地连接的要求。经过通电试运行，该漏电开关没有出现合不上闸的现象。

图5 改进连接做法图

5 结论

通过对配电柜的N母排的改动以及重新接线，既满足了配电系统中漏电保护器对配电系统的控制作用，又满足了在电源进线处需要完成配电系统转换并做好重复接地连接的要求，这种连接方法不但对配电柜的改动很少，而且满足各个方面的要求，对大量同样的工程具有积极的指导作用。