礦山孤網黑啟動及機網協調

王金生，李小雙，贠二偉，吳國成，井志防

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

礦山孤網采用黑啟動指整個系統不依賴別的網絡的幫助，通過系統中具有自啟動能力的機組的啟動，帶動無自啟動能力的機組，逐步擴大電力系統的恢復范圍，最終實現整個電力系統的啟動或恢復，即柴油發電機組啟動全網所有設備，當系統首次啟動或者整個系統因故障停運后，系統全部停電，處于全“黑” 狀態，不能依賴其他供電網絡幫助，通過系統中具有自啟動能力的發電機組啟動，帶動無自啟動能力的汽輪發電機組，逐漸擴大系統恢復范圍，最終實現整個系統的恢復[1]。

在啟動礦熱爐等較大負荷礦用設備時，要注意機網協調，保證電網的穩定運行。本文以印尼金川紅土鎳礦冶煉項目為例予以詳述。

1 黑啟動主要控制柜及其功能

黑啟動時，PT 柜主要功能及作用是采集電壓信號，與柴油發電機機組的進線柜PT 電壓信號進線比較來完成4 臺高壓發電機的并網，總輸出柜主要功能與作用是給主廠房黑啟動段提供電源，前期用來完成廠用配電室的供電，并網柜主要功能作用是來廠用電失電后黒啟動自啟，給廠用電提供可靠電源，電阻柜主要功能與作用是保護外部線路短路造成PT 損壞，柴油機終端柜主要用來配合機網協調來啟動汽輪發電機。

2 黑啟動與機網協調的應用

2.1 低溫烘爐

當電廠用電時，電廠1 臺機組在低溫烘爐時，為了避免黑啟動失敗，采用4 臺1800KW 發電機同時并網供電廠用電，將3 個營地、生活區、臨時施工用電全部停用，以防止這些電源突發短路，造成黑啟動失敗。

2.2 首臺機組發電并網

起初黑啟動并網發電，柴油發電機與電廠用電并網，同時要投入電平衡加熱器20000KW 負荷，以保證發電機在發電時必須要有60% 的負荷，在啟動大負荷時，如啟動大功率電機等設備時，啟動瞬間，對整個電網會有很大的負荷沖擊和電流沖擊，尤其是在黑啟過程中，負載比較小時，啟動大負荷時對電網沖擊更加不容忽視，稍有不慎就會導致黑啟動失敗。因此啟動大負荷設備前，一定要通過電負荷平衡系統投入一定的電平衡裝置，輔助大負荷設備的啟動[2]。

2.3 啟動大負載設備

2.3.1 沖擊電爐變壓器時

當1 臺機組發電成功后，冶煉廠首次沖擊電爐變壓器時，為了節約成本，單臺機組運行投電平衡或者啟動柴油發電機，沖擊瞬間，切掉電平衡2000KW 的負荷。

2.3.2 啟動礦熱爐時

在礦熱爐啟動時，對電網負荷有一定的沖擊。因此在啟動前，應當投入一定量的電平衡裝置。啟動瞬間，系統切除相應的電平衡負荷，避免啟動瞬間對電網負載沖擊過大，保證電網的穩定運行。

2.3.3 啟動大功率用電設備時

機組在黑啟動過程中，啟動大功率設備如900KW 高壓循環水泵時，啟動瞬間可能會有6 倍～7 倍額定的大電流沖擊，從而引起柴油發電機頻率的快速下降而導致黑啟動失敗。因此，啟動前，應事先投入相應的電負荷平衡裝置。啟動時，電負荷平衡系統檢測到大負荷波動時，能快速切除電平衡裝置，從而維持發電和用電平衡，穩定柴油發電機頻率，避免黑啟動失敗。

2.3.4 三臺礦熱爐投運時

2 臺礦熱爐投運時，負荷已到48MW，為了節約成本，1 臺機組投運，當3 臺礦熱爐同時投運時，負荷增加到58MW，1 臺機組已經無法滿足生產需要，這時靠電平衡投運加熱器來達到電網平衡已不可能，為了滿足3 臺礦熱爐同時投運，只有2 臺機組發電并網運行才可滿足。

2.4 發電成功及特殊控制

2.4.1 發電成功后

在機網協調畫面上或柴發控制面板上按10% 步長逐漸降低柴油發電機的功率設定值，從而降低柴發發電功率，將負荷從柴發逐漸轉移至#1 發電機。

若柴發不能轉換到固定功率控制模式，可在機網協調系統中設定孤網頻率，使#1 機組頻率高于柴油發電機頻率0.05Hz 左右，亦可將柴油發電機負荷逐漸轉移至#1 發電機。

2.4.2 特殊控制

當兩臺機組同時運行時，忽然一臺機組跳機，瞬間負荷會由跳機的負荷全部轉移至另外一臺機組，那么另外一組機組無法承受另外一臺機組所占據的負荷，這時就會有機網協調的特殊控制中的減載功能將一部分負荷全部切除電負荷平衡裝置，每臺負載500KW 左右。電負荷平衡系統在自動模式時能夠根據發電負荷和用電負荷偏差自動投入或切除相應臺數的電平衡裝置。例如某臺風機1100KW，工頻輕載啟動時，若按照4 倍額定負載沖擊計算，即大約4400KW 負載沖擊，可事先投入8 臺以上的電平衡裝置，在啟動風機瞬間，發電和用電會產生負載偏差，電平衡系統根據負載偏差自動切除大致8 臺電平衡裝置，在不過切的前提下，盡可能維持發電和用電平衡；剩余0.4MW 的負載偏差，由機網協調系統發出開調門指令，增加機組發電負荷，維持母線頻率穩定。

若特殊控制功能出現故障，則觸發低頻低壓減載功能，繼續完成負荷的快切操作，使發電和用電負荷盡可能達到平衡，最后通過控制調門開度，迅速恢復頻率和電壓的穩定。

2.5 甩負荷

2.5.1 礦熱爐停爐檢修

下游甩負荷時，如超過一定生產周期后，礦熱爐需要停爐檢修，或礦熱爐正常生產過程中突然故障跳停時，對于電網來說，會瞬間缺失一定量的用電負荷，對電網穩定性造成沖擊。在甩負荷瞬間，電負荷平衡系統根據負載偏差，自動投入一定量的電平衡裝置，維持發電和用電平衡。若沖擊量太大（大于15%），則很可能超過電負荷平衡系統調節容量，電平衡裝置投入后，負載沖擊仍然造成母線頻率快速升高，則機網協調系統會根據母線頻率偏差自動發出關調門指令，甚至發出OPC 指令信號，快關調門，快速恢復母線頻率至50Hz，維持電網的穩定。

當電網電流三相不平衡時，機網協調會發出切負荷命令，切負荷時，采用優先級判別設置，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 個加熱器，共切換四輪，最后一輪切換為零。切幾輪，通過設定的頻率來判斷，切換哪一個加熱器，系統是隨機選擇。

2.5.3 當母線發生故障時

當母線由于接地等因素導致故障時，觸發各發電機主保護動作，切除主變高壓側開關，各機組進入FCB（快速甩負荷）工況，帶各自廠用電運行。能夠維持穩定運行而不跳機，成功避免了因母線故障而導致電網全黑[3-5]。

2.6 黑啟動與機網協調的配合

供配電系統的主要由電網與發電機兩部分所組成. 發電機系統提供電力系統運行的重要電源，并且能夠調節電力系統的不穩定狀態；電網系統則是將機組與用戶進行聯系，形成動態形式的運行系統。而機網協調則能夠調節現代電力系統復雜的運行模式，使電力系統的電壓，輸電頻率以及系統功能在機網的協調下保持穩定的運行狀態。

機網協調系統采集各發電機組出線PT/CT 信號、廠用電PT/CT 信號以及主變高壓側、低壓側開關信號，當檢測到各機組全部跳閘，且廠用電全失時，則判定為電網全黑。機網協調系統立即發出啟動柴油發電機的信號。柴發檢測到啟動信號時，依次自行全部啟動，為電網提供電源，不僅給各機組安全停機提供保障，也給各機組黑啟提供廠用電源。

3 結語

總之，不論是啟動大負載設備或甩負荷過程，機網協調系統與電負荷平衡系統均需相互配合，共同維持發電負荷與用電負荷平衡，維持電網穩定。由于機網協調與黒啟動、電平衡的緊密配合，保證了礦山孤網的安全穩定運行，也使得礦熱電爐連續高效運行，為生產出合格的鎳鐵產品發揮了重要作用，為印尼金川紅土鎳礦冶煉項目取得了良好的經濟效益和社會效益。