提高脱硫电气系统可靠性的优化改造

黄建江

(湛江电力有限公司，广东 湛江 524000)

提高脱硫电气系统可靠性的优化改造

黄建江

(湛江电力有限公司，广东 湛江 524000)

针对脱硫电气系统可靠性不高等问题，对脱硫6 kV、脱硫400 PVC段、脱硫400 V MCC段、公用400 V PC段、脱硫400 V公用保安MCC段、脱硫直流I，II，III，IV段进行优化改造，提高了脱硫设备可靠性和脱硫效率，保障了机组的安全稳定运行，对同类电厂具有借鉴意义。

脱硫；电气系统；可靠性；快速切换;相互备用

0 引言

随着国家环保部环保标准的要求越来越高，按照相关文件的要求，在“十二五”期间各现役火电厂取消了脱硫旁路系统。某电力公司积极落实文件精神，自2012年3号机组大修后，取消3号机组脱硫烟气旁路系统，至今已取消所有机组脱硫烟气旁路。取消脱硫旁路系统后，脱硫系统重要性与主机一样，因脱硫设备故障可能造成机组跳闸，所以必须充分优化脱硫电气系统可靠性，以保障脱硫设备稳定运行，脱硫效率达到要求，进而确保机组的安全稳定运行。

1 脱硫电气系统改造前的设备状况

某电力有限公司原脱硫电气系统的设计重点考虑脱硫效率，未充分考虑脱硫设备可靠性以及对机组安全运行的影响，因此在脱硫电气系统主接线设计、备用电源、负荷分配原则等方面存在一些问题。

1.1 脱硫电气系统主接线

脱硫6 kV母线采用单段设计，6 kV 2路电源线路之间互为备用，但不能并列运行，采取“先分后合”的原则，电源自投时间长，没有实现快速切换，在切换时容易造成脱硫系统跳闸。

脱硫6 kV系统按照每台锅炉设置1段母线，开关柜采用单母线接线，共4段。4段母线之间没有电气联系。每段母线有2路电源电缆进线，分别来自1，2，3，4号机组单元变压器的6 kV工作母线段，2路电源线路之间互为备用，但是不能并列运行。

脱硫段工作电源取自6 kV工作B段，备用电源取自6 kV工作A段，6 kV工作段与脱硫6 kV段的距离约650 m。根据《防止电力生产重大事故二十五项重点要求》中继电保护实施细则第7.8条：“对于长电缆跳闸的回路，要采取防止长电缆分布电容影响和防止出口继电器误动的措施，如不同用途的电缆分开布置、增加出口继电器的动作功率、或通过光纤跳闸通道传送跳闸信号等措施。”

基于此，在初步设计时没有在6 kV工作段脱硫电源开关与6 kV脱硫段电源进线开关之间敷设二次电缆。因此，无法实现脱硫工作电源与备用电源的联锁自投和硬连接的直接联锁，而是通过6 kV工作段脱硫电源开关跳闸后，脱硫6 kV段进线低电压保护跳闸后再联投备用电源。因备用电源自投时间长，致使自投过程脱硫设备跳闸，影响机组安全稳定运行。

1.2 脱硫电气系统备用电源

400 V脱硫PC段无独立的备用电源，采用机组之间的400 V脱硫PC段相互备用的方式，杂用电源均取自脱硫PC段，增加了脱硫PC段的运行风险。

目前1号机脱硫PC段与2号机脱硫PC段设有联络开关联01，通过联01开关，1，2号机脱硫PC段相互备用。3号机脱硫PC段与4号机脱硫PC段设有联络开关联02，通过联02开关，3，4号机脱硫PC段相互备用。

由于设计时考虑的重点不同，联络开关只有在差动保护动作跳开PC段工作电源开关时才会自动合闸，同时400 V脱硫MCC段等电源也取自脱硫PC段，而MCC段所接负荷较杂，除了脱硫机组负荷外还接有公用负荷，如照明、空调、检修电源、吊轨等。因有多起因公用负荷故障引起PC段跳闸的事件，所以可能造成PC段失电的风险点增多。如2010-03-04，因石膏脱水车间单轨吊葫芦电机短路造成脱水系统PC侧工作电源进线开关跳闸；2011-06-29，1号吸收塔浆液循环泵房检修电源箱所接单相负荷过大，造成1号机400 V脱硫MCC段PC侧工作电源开关跳闸。

1.3 脱硫MCC段母线负荷分配

400 V脱硫MCC段母线负荷的抽屉柜开关只配置空气开关和热过载保护，当负荷侧发生接地故障时，不能快速切除，只能由变压器低压侧零序保护动作，从而越级跳闸电源开关造成MCC段瞬时失电。同时由于MCC段备用电源自投采取“先分后合”原则，即使备用电源自投成功，因设备已跳闸，也会影响脱硫机组的正常稳定运行。

另外，MCC段上的抽屉开关壳体材料全部为塑料，耐燃性能极差，设备内部空间狭小，内部元件布置拥挤，大多已经老化破损，运行检修人员在操作及检修时必须非常小心，否则极易损坏开关壳体及元件。

1.4 400 V脱硫MCC段

脱硫系统设置1段脱硫400 V公用保安MCC段，4台机组的脱硫公用负荷均接于此段；因此段单段设计，一旦失电，将可能引起4台机组脱硫系统或机组停运。如脱硫工艺水泵A，B，C 3台泵全接于公用保安MCC段，若此段母线检修或故障，将会造成脱硫工艺水的中断。而脱硫工艺水担负着脱硫吸收塔的补水，除雾器的冲洗，制浆系统、脱水系统以及泵的轴承冷却水的作用等，工艺水中断必然影响脱硫系统的安全稳定运行。

1.5 脱硫直流系统配置

脱硫直流系统配置脱硫直流I段和脱硫直流II段，其中脱硫直流I段电源取自1号机400 V脱硫MCC段及400 V脱硫保安MCC段，脱硫直流II段电源取自3号机400 V脱硫MCC段及400 V脱硫保安MCC段。因脱硫直流I段提供1，3号机脱硫系统直流电源，脱硫直流II段提供2，4号机脱硫系统直流电源，一旦直流系统中有1段母线发生故障，将会影响2台脱硫机组安全运稳定运行。

1.6 热工DCS电源配置问题

脱硫系统原设计配置1台UPS装置A、1台UPS装置B及1台备用UPS。其中，UPS装置A提供1，2号机组脱硫热控DCS电源；UPS装置B提供3，4号机组脱硫热控DCS电源；备用UPS作为UPS装置A和UPS装置B的旁路电源。这样配置会存在1台UPS故障影响2台机组安全运行的风险。

2 改造方案

2.1 改造原则

对原先的脱硫电气系统进行改造，需遵循以下几个原则。

(1) 节约原则。尽可能利用现有设备及其接线方式，以最大限度节约经费。

(2) 可靠原则。保证各电压等级电气系统电源在各种运行方式和特殊情况下安全可靠运行。

(3) 空间利用原则。利用现有建筑空间，尽量不再增加新建筑。

2.2 脱硫6 kV系统解决方案

在脱硫段工作进线与备用进线间增加微机厂用电源快速切换装置。脱硫段共有4个6 kV段，每段配置1套微机厂用电源快速切换装置。快切装置可以采用“先合后分”或具有同期捕捉功能的产品，以有效抑制负荷或电动机的惰性对快切的影响，也可以加装涌流抑制器，以减少合闸冲击对快切成功的影响。

快切装置的基本功能：正常情况下实现工作电源与备用电源之间的双向切换，事故、母线低电压、工作电源开关偷跳情况下实现工作电源至备用电源的单向切换；具备快速切换、同期判别切换、残压切换、长延时切换4种切换方式，2段式定时限低压减载功能等。事故情况下切换时间约100 ms。

通过增加快切装置，保证了电源切换过程中设备安全可靠运行。

2.3 400 V脱硫PC段的解决方案

为了保证400 V脱硫PC段的安全可靠性，考虑增加脱硫400 V公用PC段。400 V公用PC段按分段设计，设计400 V公用PC段A分段和400 V公用PC段B分段。其中，400 V公用PC段A分段正常情况下作为1，2号机组脱硫PC段的备用电源，同时作为1，2号机组400 V脱硫MCC段的备用电源；400 V公用PC段B分段正常情况下作为3，4号机组脱硫PC段的备用电源，同时作为3，4号机组400 V脱硫MCC段备用电源。

考虑原2台机组PC段相互备用的方式，低压脱硫变容量按同时带2台机组PC段考虑，因此公用PC段低压脱硫变的容量与原低压脱硫变的容量一致即可。因400 V公用PC段A分段的电源取自1号启备变，400 V公用PC段B分段的电源取自2号启备变，所以在400 V公用PC段A分段和400 V公用PC段B分段之间设联络开关，作为1号启备变或2号启备变检修时代路用。

2.4 400 V脱硫MCC段的解决方案

对脱硫MCC段进行扩大性改造。将脱硫MCC段重要负荷移至保安MCC段，且脱硫MCC段按杂用负荷和机组负荷分类分段设计，增加脱硫公用MCC段，并将机组杂用负荷改接至此段。

改造后5 kW以上的负荷均配置综合保护，以保护负荷故障时正确可靠切除故障，防止越级跳闸，造成整段失电；MCC段采用交流控制，配置简易的快速保护(如选用塑壳开关自带的简易保护等)。将MCC段备用电源改接自公用PC段，并且将备用电源自投原则改为“先合后分”，保证设备在备用电源自投过程中稳定运行。目前保安MCC段接线方式相对可靠，工作电源取自PC段，备用电源由脱硫系统柴油发电机供电，保安段接线方式不变。

改造后的MCC段备用电源从公用PC段接取，原有的脱硫MCC段只接机组的脱硫低压辅机。对未进行引增合一的增压风机的相关辅机，如液压油泵、润滑油泵、扩散筒密封风机及进气箱密封风机(即轴承冷却风机)电源重新配置，将原取自同一母线段的辅机电源分别配置在机组的脱硫MCC段及脱硫保安MCC段。同时，为防止照明、空调、检修电源、吊轨、电梯等电源对MCC段供电可靠性的影响，将以上电源从400 V脱硫MCC段移出，设计一段新的400 V脱硫公用MCC段，其电源取自脱硫公用PC段。经此改造，将大大降低公用负荷对机组运行的影响。

2.5 脱硫公用保安MCC段的解决方案

将脱硫400 V公用保安MCC段由单段改造为A，B分段，并设分段联络开关。改造后的A分段和B分段电源分别从400 V公用PC段A分段和400 V公用PC段B分段接取，减少机组停机检修时对公用保安段的影响。

2.6 直流系统解决方案

新增2个直流段：脱硫直流III段和脱硫直流IV段，再加上原有的脱硫直流I段和脱硫直流II段，这4段直流母线可分别提供1，2，3，4号机的脱硫系统直流电源。同时对脱硫直流系统电源重新进行分配。直流I段电源仍取自1号机400 V脱硫MCC段及脱硫保安MCC段，直流II段电源取自2号机400 V脱硫MCC段及脱硫保安MCC段；直流III段电源取自3号机400 V脱硫MCC段及脱硫保安MCC段；直流IV段电源取自4号机400 V脱硫MCC段及脱硫保安MCC段；其中直流I段和II段、直流III段和IV段之间正常时分列运行，遇有充电器检修或相应机组检修时可转并列运行。这样脱硫机组直流电源相对独立可靠，保证了脱硫系统的安全稳定运行。

2.7 热工DCS电源解决方案

将原脱硫UPS装置A作为1号机组UPS，提供1号机组脱硫热控DCS电源；原脱硫UPS装置B作为2号机组UPS，提供2号机组脱硫热控DCS电源；原备用UPS作为1/2号机组的旁路电源。新增3台UPS装置(容量30 kVA)，分别命名为UPS装置C，UPS装置D和2号备用UPS。其中，UPS装置C提供3号机组脱硫热控DCS电源，UPS装置D提供4号机组脱硫热控DCS电源，2号备用UPS作为3，4号机组UPS备用电源。以上UPS主路电源原则上接各机组400 V脱硫PC段，旁路电源接各机400 V脱硫保安MCC段。如此一来，脱硫机组热工DCS电源相对独立可靠，保证了脱硫系统的安全稳定运行。

3 改造后的效果

(1) 脱硫6 kV电源实现快速切换，保障了脱硫6 kV电源的可靠运行。

(2) 各台机组400 V脱硫PC段独立运行，不再相互备用，同时设置了独立的公用PC段作为各台机组400 V脱硫PC段的备用电源，使得机组PC段电源不再相互影响。

(3) MCC段按机组负荷和杂用电源负荷进行分类、分段设计，避免了临时用电负荷对机组负荷正常供电的影响。

(4) 直流系统及热工DCS电源按机组单元化配置，供电结构更趋合理、可靠性更高。

经过改造，提高了脱硫电气系统的可靠性，运行倒闸操作更加合理，保证了脱硫电气系统的安全可靠运行。

1 国家能源局．防止电力生产事故的二十五项重点要求及编制释义[M]．北京：中国电力出版社，2014.

2 张伯君，张喜亮，周昌玉，等．包含控制系统的烟气脱硫系统可靠性分配[J]．锅炉技术，2009，41(2)：29-32.

2016-08-12。

黄建江(1972-)，男，工程师，主要从事电气运行维护等工作，email：13560538886@139.com。