西北鉛鋅冶煉廠高壓供電系統升級改造

李錫香，劉 燕,2

（1.白銀有色集團股份有限公司西北鉛鋅冶煉廠，甘肅 白銀 730900；2.白銀有色集團股份有限公司西北鉛鋅冶煉廠，甘肅 白銀 730900）

白銀有色金屬公司西北鉛鋅冶煉廠是國家“七五”計劃重點建設項目之一，廠區占地1平方公里，主要產品為鋅和硫酸，現有員工2200人。109系統年產電鋅10萬噸，硫酸19萬噸，精鎘356噸；152系統年產電鋅12萬噸t，硫酸19萬噸，精鎘356t。109系統1986年9月8日動工興建，1992年5月1日鋅系統焙燒爐點火成功，8月23日，熔鑄車間產出第一批鋅錠；152系統2015年9月8日動工興建，2016年5月8日，熔鑄車間產出第一批鋅錠。

西北鉛鋅冶煉廠供電系統進線為雙回路220kV，均來自白銀供電公司銀城變電所，220kV供電系統為雙母線運行，通過兩臺容量各為16MVA、25MVA的動力變壓器為109系統各生產環節提供6KV交流電源，通過兩臺容量均為37.9MVA的整流變壓器為109系統電解系統提供直流電源。全廠中壓系統采用6kV配電，下設總降變電所、制氧配電站、109硫酸配電站、152硫酸配電站、鉛配電站、3MW熱電站、鋅粉配電站等七個變、配電站，均采用單母線分段運行。

隨著鋅冶煉資源綜合利用項目的建設，鉛鋅廠原有高壓供電系統已無法滿足新、老兩個系統的電力供應，因此，計劃將西北鉛鋅冶煉廠老總降變的兩條220KV進線（2215銀鉛一線、2216銀鉛二線）向東改線，接入西北鉛鋅冶煉廠新建的220kV總降變，再由新建220kV總降變提供兩回220kV出線給老總降變電所，帶鉛鋅廠新、老系統設備運行，要求單回進線即可滿足全部負荷使用需求，正常為雙回均投入運行。新系統配套建設二期總降變電所、9MW發電站及渣處理配電站，其中二期總降變電所兩臺容量均為25MVA的動力變壓器為152系統各生產環節提供6KV交流電源，兩臺容量均為40.6MVA整流變壓器為152系統電解系統提供直流電源。

鋅冶煉資源綜合利用項目建成后，鉛鋅廠全廠電力負荷12萬千瓦（其中電解用直流占總負荷的85%），年耗電約9.5億度，滿足年產22萬噸鋅。目前鋅冶煉資源綜合利用項目已建設完成，鉛鋅廠高壓供電系統也已改造結束，現從220KV系統繼電保護、鉛鋅廠220KV供電設備、鉛鋅廠高壓供電監控系統、五防系統等幾方面對改造內容進行介紹。

1 220KV系統繼電保護

（1）220KV系統繼電保護原則（根據GB14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術規程》及項目接入系統一次設計、二次設計收口方案）：①每套保護裝置完整且獨立，對于可能發生的所有類型的故障均能及時妥善處理。雙重化設計的兩套保護之間無任何電氣聯系，一套保護裝置出現異常或退出運行時不應影響另一套保護裝置的正常運行。兩套主保護所用的交流電流、交流電壓和直流電源都是彼此獨立的，斷路器的跳閘線圈等二次回路也是相互獨立的，這樣可以增強保護的可靠性。每套主保護所具有的獨立的選相功能，使得選相元件可以確保在各種故障條件下均能正確選出故障相，而非故障相選擇元件卻不誤動。②雙重化的線路縱聯保護配置兩套使用獨立電源的獨立通信設備。③兩條220KV線路都配置了反應線路各種類型故障的后備保護，后備保護采用近后備方式，后備保護的配置應雙重化。④220KV雙母線接線，為了防止母線保護因檢修時退出而導致母線失去保護，繼而危及系統穩定或使事故擴大時，裝設兩套母線保護。⑤對于220KV線路保護，由于配置全線速動的主保護，要求一條線路兩側保護型號一致。⑥220KV變電所設計安裝了專用故障記錄裝置，用來分析電力系統事故和安全自動裝置在事故過程中的動作情況。⑦由于設計采用先進的智能化保護裝置，在完成既定保護任務的前提下還具備如下特點：線路在輕載、空載、滿載等各種狀態下，在保護范圍內發生各種故障（例如三相短路及轉換性故障、單相或兩相接地、兩相不接地短路等），保護都能夠正確地動作；在保護范圍外發生了金屬性或非金屬性故障時，裝置應確保不發生誤動作；外部故障切除、功率突然倒向等情況下，保護也應不發生誤動作；被保護線路非全相運行時，無故障不應誤動，若健全相又發生任一類型故障，能正確的瞬間動作跳三相；保護裝置中設置不經振蕩閉鎖的保護段；保護裝置在電壓互感器次級斷線（包括三相斷線）或短路應閉鎖保護并發出告警信號而不應發生誤動作。保護裝置在電流互感器斷線時，應閉鎖保護并發出告警信號；保護裝置最大整組動作時間不大于25ms，裝置返回時間不大于30ms。

（2）安全自動裝置配置原則。系統安全自動裝置配置滿足電力系統同步運行穩定性的分級標準的要求，建立起保持系統穩定運行的三道防線。包括：①滿足一級穩定性標準要求，由系統一次網架及繼電保護裝置作為系統穩定運行的第一道防線。②滿足電力系統運行穩定性二級標準要求，通過配置切機、切負荷控制裝置作為系統穩定運行的第二道防線。③確保系統運行穩定性第三級標準，配置適當的失步解列裝置及低頻、低壓減載裝置作為系統穩定運行的第三道防線。

（3）系統通信部分。采用光纖通訊，將2215銀鉛一線、2216銀鉛二線其中一根地線更換為OPGW（24芯）光纜復合地線，滿足二期總降變電站在生產管理和系統自動化、線路差動保護及安全自動裝置等語言、數據、圖像綜合信息對傳輸通道的要求。

（4）系統自動化部分。具備上級電網及電力調度范圍內穩態數據[包括狀態數據（斷路器、隔離開關、接地刀閘位置）、量測數據（并網220KV線路的電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數、220KV母線電壓、頻率）、統計計算數據、調度范圍內的暫態數據（錄波數據）、調度范圍內的設備運行狀態數據（包括并網線路保護動作信號、并網線路重合閘動作信號、斷路器控制回路斷線信號、斷路器操作機構故障信號）的采集，及銀城變側貿易計量結算點及鉛鋅廠側貿易計量結算考核點計量裝置及營銷用采集終端。

（5）計算機監控部分。220kV系統的計算機監控部分融入二期總降220KV計算機監控系統中，可完成與省調、地調及廠調的通訊。

（6）變電所直流電源部分。全所直流系統，用于繼電保護、監控系統、事故照明等設備的供電。直流系統輸出額定電壓為220V、蓄電池容量2×200Ah，按單充單蓄配置，單母線分段接線，并采用閥控式鉛酸蓄電池和N+1熱備份型式高頻開關電源直流模塊。直流系統具有自動恢復、交流電源自動切換、過電流保護、過電壓保護、定期恒流補充充電、絕緣在線監測、防雷電保護、與上位機監控系統通訊等功能。

2 鉛鋅廠220KV供電設備

鉛鋅廠原有220KV設備為敞開式戶外開關場地設備，由1989年連續運行至今，設備老舊、腐蝕嚴重、故障頻發，已不適合目前使用要求，因此，本次改造采用的是220kV成套GIS組合開關設備。

圖1 敞開式戶外開關場地設備

GIS(gas-insulated metal-enclosed swith gear)組合開關設備是由高壓SF6斷路器、高壓隔離開關、接地開關、避雷器、電壓互感器、電流互感器、出線套管和高壓母線等元件按高壓設備使用要求組合在一起后全部封閉在可靠接地的金屬外殼內，將一定壓力的SF6氣體充入金屬外殼內充作為絕緣和滅弧介質。

圖2 220kV成套GIS組合開關設備

GIS全封閉組合電器優點是體積小、安全可靠、操作方便、維護量小、檢修周期長，外界環境條件不對其造成影響，無靜電感應和電暈干擾，噪聲水平低，抗震性能好，適應性強。特別適用于沿海、高原、污穢嚴重的地區使用。

（1）220kV成套GIS組合開關設備日常維護項目（主要是指對運行中的外部設備的巡視檢查）。主要巡檢項目如下：①各種信號指示正確與否，主要是指斷路器的操作氣壓及各氣室六氟化硫密度值。②檢查設備有無異常聲音，電站正常運行過程中聲音一般是小且穩定的，如果筒體內有聲音異常，很有可能是放電導致的，應引起高度重視，早發現早處理。③檢查匯控柜內的接線端子有無過熱及變色。④檢查各元件的固定螺釘有無松動。⑤檢查接地開關及各接地元件是否可靠接地。

（2）220kV成套GIS組合開關設備定期停電檢修項目（周期一般為5年，必須和制造廠家進行協商后共同處理），主要檢修內容如下：①各元件的操作特性，例如斷路器的分合閘時間、隔離開關及接地開關動作時間等，如果開關長期沒有進行過操作,則每年應派對專人對其進行一次分、合閘操作，對其動作特性進行校驗。②清潔和潤滑電動操作機構和彈簧操作機構。③測量主回路電阻及部分主要元件的絕緣電阻值。④各氣室內水分含量的測試，封閉式組合電器的密封環節很多，密封問題是封閉電器是否能夠長期穩定運行的關鍵，特別對于操作頻繁元件的各密封部位更應進行定期檢查。

3 鉛鋅廠高壓供電監控系統

自1986年建設至今，全廠高壓供電系統各變、配電站一、二次設備經過多次更新、改造，廠家紛雜、型式多樣、功能各異、系統眾多，已不適應統一管理、檢修維護、故障處理及各崗位人員調動的現場需求，因此，決定對西北鉛鋅冶煉廠高壓供電監控系統實施改造，實現一、二期系統全部變配電設備在二期總降變電所的集中操控，實現遙控、遙調、遙測、遙信等電力自動化要求。改造要求全廠220KV及6KV微機綜保系統統一組網，網內各站均可實現全網范圍內的信息監控，所用軟、硬件能夠滿足準確、可靠、靈敏、先進的使用要求。改造范圍包括一期220KV變電所、一期整流所、一期22KV濾波系統、一期總降6KV變電所、制氧6KV配電站、109硫酸6KV配電站、152硫酸6KV配電站、鉛配6KV配電站、熱電站、鋅粉6KV配電站、9MW余熱發電站、二期220KV變電所、二期整流所、二期10KV濾波系統、二期總降6KV變電所、二期循環水泵房、二期渣處理6KV配電站。

（1）高壓電力監控系統具體狀況如下：①一期總降6KV變電所、制氧6KV配電站、鉛配6KV配電站、熱電站信號已傳輸至一期總降主控室，實現6KV設備小范圍內集控（綜保裝置、通訊裝置及后臺監控軟件均為深圳市中電電力技術股份有限公司提供）；②一期220KV變電所及一期整流所信號已傳輸至一期總降主控室220KV專用監控后臺（綜保裝置、通訊裝置及后臺監控軟件均為ABB公司提供）；③152硫酸6KV配電站信號未上傳至一期總降變電所，且該站綜保裝置為北京四方CSC系列產品；④鋅粉6KV配電站綜保裝置為北京四方CSC系列產品，信號未上傳，但現場通訊管理機已具備（后臺監控系統為深圳市中電電力技術股份有限公司提供）；⑤一期22KV濾波系統信號未上傳，綜保裝置為北京四方CSC系列產品；⑥二期220KV變電所、二期整流所、二期總降6KV變電所二期10KV濾波系統信號未上傳、信號已上傳至二期總降變電所主控室（綜保裝置、通訊裝置及后臺監控軟件均為深圳市中電電力技術股份有限公司提供）；⑦二期循環水泵房信號未上傳；⑧9MW余熱發電站有獨立的DCS系統，只需將其信號傳至二期總降變電所；（后臺監控系統為深圳市中電電力技術股份有限公司提供）。

由此現狀看出，全廠后臺監控系統大多數由深圳市中電電力技術股份有限公司提供，且該公司產品在鉛鋅廠多年的使用過程中具有應用廣泛、操作簡單、維護便利、更換方便等優點，因此決定采用單一來源方式，由深圳市中電電力技術股份有限公司完成此次改造。

（2）高壓電力監控系統總體改造思路：①采用Pecstar V3.5電力監控軟件，包含六個程序，分別是系統設置、前臺通信、實時監控、報表查詢、曲線查詢、事件查詢。主要完成的功能是廠站的建立，通道的創建，設備、測點的添加，遙控點、日報測點、電能測點等的添加，用戶權限的管理，通過設置其結構與節點參數，準確地反應現場的實際運行環境。②現場管理層由深圳中電和北京四方的綜合保護測控裝置、各類計量表計、智能監控采樣裝置等組成，此類綜?？刹灰蕾嚲W絡獨立工作,同時具有大容量事件記錄與長時間故障錄波功能，將現場設備的各種狀態如實、即刻上傳。另外，為了防止保護與控制系統的電源互相干擾，保證綜保裝置的安全、可靠運行，對保護與信號系統采用相互獨立的供電模式。③通訊管理層采用PMC-1380智能通訊管理機控制所有現場控制層的保護裝置、監控裝置和其他智能設備（如直流屏、小電流接地選線裝置等）。系統以多臺通訊管理器為核心，站內通過以太網線、站間通過單模光纖、PMC1210D光纖收發器等數字通訊方式將現場管理層、通訊管理層與主控層連接起來。④主控層：以各分布式處理單元為核心，通過“操作員站”這個人機接口，以實時冗余以太網連接形成監控網絡，以Pecstar V3.5電力監控軟件作為操作平臺（在后臺可以對設備進行操作、測量、管理、查詢等功能），以上層網絡的計算機為核心，具有數據采集、事故追憶、故障錄波、統計、通訊、診斷等變電站綜合自動化系統的全部保護和監控功能。⑤網絡系統圖。如下圖所示，其他配電站配置與連接方式與鉛配電站類似，不再贅述。

圖3

4 微機五防系統

為了實現多個變電站集中控制、統一調度，此次改造配置了微機五防系統，在充分滿足鉛鋅廠各變、配電站單站運行的系統需求下，提供了很好的擴展性，可以簡單快捷地升級到集控站模式中。它由防誤系統主機、工控主機、電腦鑰匙、防誤鎖具及附件等組成。

系統組成結構圖如圖4所示。

圖4

五防系統的核心設備為微型計算機、傳輸適配器、電腦鑰匙、閉鎖設備及鎖具，實現高壓斷路器及隔離開關、接地刀閘及臨時接地線、變壓器室門等設備設施的強制閉鎖。系統調試時可預先輸入二期總降變電所6KV-220KV各系統接線圖及防誤操作的各項規則。在記憶保存了所有需要閉鎖的設備狀態后系統還可以通過與監控系統通訊，得到現場一次設備的實際狀態。

接到操作任務時，運行人員首先以分配的用戶身份登錄入系統，然后在系統接線圖上點擊將要操作的設備并對整個操作過程進行模擬，如果被點擊設備的操作符合“五防”邏輯則該操作隨即加入到操作票中，反之則拒絕并給出拒絕加入的原因；模擬結束后，系統通過傳輸適配器將所模擬的操作票內容傳輸到電腦鑰匙中，運行人員就可以持電腦鑰匙到現場進行倒閘操作。

操作時，運行人員按照操作票順序依次進行操作，遇到需要手動操作的一次設備時，須按照電腦鑰匙的提示將鑰匙插入相應的編碼鎖內，檢測操作對象是否正確，正確則顯示相關提示信息并開放其閉鎖回路或機構，進行倒閘操作；遇到需要由監控系統操作的設備時，則按照電腦鑰匙的提示將鑰匙放回傳輸適配器的傳輸座，監控操作結束并且設備實際變位后，按照提示從傳輸適配器上拔下電腦鑰匙，然后繼續下一步操作；在操作過程中如果將電腦鑰匙插入錯誤的編碼鎖內，除了不能進行開鎖操作外還會持續發出報警聲以提醒操作人員，實現強制閉鎖。

全部操作結束后將電腦鑰匙放回傳輸適配器傳輸座，將操作結果回傳。

5 結語

到目前為止，改造項目已基本完成。原有高壓供電設備由敞開式室外設備改為室內封閉式組合開關，因帶電設備全部封閉，無觸電危險且供電可靠性大大提高；又因帶電部分以金屬殼體封閉，噪音小且抗干擾能力強；因其布局合理且滅弧系統先進，提高產品壽命的同時延長了檢修周期。高壓供電監控系統改造后，通過“五防系統”和微機操控系統，準確實現控制命令、有效實現邏輯閉鎖，保證在安全的前提下實現高壓電氣設備的可靠操作。經此改造，鉛鋅廠兩個220KV變電所、九個6KV配電站高壓供電設備的裝備水平大幅提高，“三化”水平在白銀地區高壓供電系統也已名列前茅。