金属冶炼厂余热电站电气设计

分类：光电技术论文发表 时间：2021-01-11 10:24 关注：(1)

　　余热电站中电气设计关系其最高效能。文章对金属冶炼厂中的余热电站并网点的挑选、主接线、继电保护与智能化设备等进行了仔细分析。

　　关键词：金属；冶炼厂；余热电站；电气规划；智能化设备

　　1工艺介绍

　　为充分使用火法冶炼期间形成的蒸汽，许多新成立的金属冶炼厂均需要建余热电站来减少企业整体能耗，增加企业社会价值及经济利润。余热电站通过汽轮发电机组和辅机，循环水冷却结构等构成。金属冶炼厂中余热电站大都选择凝气式和背压式汽轮发电器。余热电站发电性能由冶炼工艺和规模所决定，如：某6万t/a铅冶炼人文配备1台余热发电器（1×8825kVA），某30万V/a镧冶炼任务配备2台余热发电器（2×11MVA），某40万t/a铜冶炼任务配备3台余热发电器（2×12875kVA+1×3077kVA）。

　　2发电器全套装置

　　当前，金属冶炼厂购买的余热发电器大都是进口成套产品。该设备是由透平机、齿轮箱以及发电器、中压配电设备和监控保护器等构成。发电器成套产品和外界接口的工艺参数以及监控保护结构的功能是：（1）出口电压：通常和厂内的中压供电电压一样，如6kV发电器的出口电压是6.3kV，10kV发电器的出口电压是10.5kV。（2）频率：和工厂所在电网相同，国内项目通常是50Hz。（3）中性点接地形式：因为国内金属冶炼厂10（6）kV网络的中性点大都选择消弧线圈接地形式，所以发电器的中性点是全绝缘规划，依靠避雷装置接地。（4）励磁：选择AVR智能励磁调节器，经监测发电机运转工况的改变，可以智能调整励磁电流，保证发电器机端电压不变，调整无功功率传输。（5）同期管理：发电器同期点处于出口断路器两边，经过智能同期与频率调整继电器、同期检测继电设备、同期选拓开关完成智能同期管理。（6）继电保护：安装多功能发电器保护设备，具备复合电压开启的过电流维护、电流速断维护、复合电压开启的过电流维护、过载维护、失衡负载维护、差动维护、欠励维护、逆功率维护、正向功率检测欠电压维护、过电压维护、频率维护、过励维护、定子接地故障维护、接地异常诊断、断路器异常维护、相序检测等功能。（7）测量仪器：电流表、发电机、有功功率和电度、发电机/系统、双频率仪器、同期表、透平机转速仪、电池电压器（0~40V）、电池电流仪（0~40A）等等。（8）联锁管理：自备PLC，线上实时监控透平机组中轴承、齿轮的振动与温度，蒸汽温度与压力、油压与油温、透平机的运速、发电机定子气温、轴承温度与振动等各种重要状态量，当参数大于正常设定值时，传出预警和联锁跳闸指令，对整个机组实现仪控维护。（9）计算机控制网络（中方匹配）：在余热发电站中安装计算机控制网络，用来检测余热锅炉、汽轮发电器、余热电站循环水结构。

　　3连接电网要求

　　要求余热发电量方可计量，且直接传送到电力调度室。电气设计过程应当在并网回路安装计量独立的电流互感器（0.2a）与电压互感器（0.2），且安装独立电能计量表（一类）与电能收集设备。当外面成套电控和电网要求不一致时，适合在并网线路安装发电机及电保护设备。当电气主接线繁琐时，适合安装综合保护屏（包括智能准同期设备、失步解列设备、频率电压紧急控制设备等）。

　　4电气主接线与并网计划

　　余热电站依靠冶炼厂，并网中厂中内部电网，电能彻底消耗在厂内部。挑选余热电站并网点不仅要考虑设备的出口电压、容量、数量和电网要求，也要考虑厂内总平面分布、用电压力分布等许多因数。就典型项目为例，对几种电气主接线形式和并网计划展开探究。

　　4.1并网于中压供电站

　　某6万V/a铅冶炼厂中安装3个10kV配电站，6回10kV电源源于锌厂总降压变电站（已建）。铅厂蒸汽和原锌厂蒸汽并网后送电，余热电站建在铅厂中，余热电站隔总降压变电站大概是800m，余热电站中安装一套发电装置（1×8825kVA）。电气主接线见图1所示。这种并网形式一般适用在发电容量低，能并网到就近10kV配电站项目中。其优缺点是：（1）余热发电电量于这个中压配电站中就地消耗，潮流流向比较科学，可以有效降低功率损失与压降。（2）并网线路间距很短，电缆投资低，经济好。（3）发电机到用电负荷所处母线有四个断路器，发电器到总降压变电站10（6）kV母线包含六个断路器，继电维护整定与时限配合比较困难。

　　4.2并网于总降压变电站

　　重大金属冶炼厂用电负荷很大，而且为了保障供电稳定性，外界供电电源适合是35kV及之上电压等级输电电路（最少2回），厂家要创建总降压变电站。当余热发电量很多，就地消耗比较困难时，适合选择并网于总降压变电站中。（1）直接和余热发电机组实现并网。某30万t/a铜冶炼厂中总降压变电站的修建规模是2回110kV进线、2台110/10kV，40MVA主变。余热电站中安装了2套11MVA发电装置。这种并网形式一般适用在余热发电容量多，余热电站附近用电负荷小的项目中。其优缺点是：①主接线方便，每台机组单独并网，控制与调度比较简单。②发电机到总降压变电站10（6）kV母线仅有2个断路设备，继电保护整定与时限配合比较简单。③所有发电量传输之总降压变电站，然后由总降压变电站配置到中压供电站。潮流流向不科学，有迂回现象，造成电能损失与压降很大。榆余热电站通常隔总降压变电所很远，并网线路很长，并网电流大，造成电缆投资多。（2）余热发电装置间接性并网。某40万/a铜冶炼厂中总降压变电所的修建规模是2回110kV进线、两台110/10kV，63MVA主变。余热电站中设置了三套余热发电装置，在余热电站中建立10kV配电站，在这个配电站中就地消耗一些电能，其余发电量并网到总降压变电站。这种并网形式一般适用在余热发电容量多，余热电站附近用电负荷很大的项目中。其优缺点是：①余热电站中是单母线分段连接，正常状态下CI并网至1段，C2、C3并网至‖段；当某回并网电路异常时，全部发电机组能够依靠另一条电路并网，指两条并网线路相互备用。于余热电站中就地消耗大多数电能，潮流流向非常科学，并网线路上传输功率小、损耗低。③并网线路不仅用作受电线路还用作输电线路，它的计量和保护配置比较繁琐。

　　4.3发电机第一次并网

　　汽轮机运速上升到大概2900r/min时融入励磁，出现发电机电压，把励磁设备转变开关切换至“智能”部位，当汽轮机运速上升到大概3000r/min时，融入同期控制器，而且向励磁设备与汽门调节器传出调节指令，值且产生第一个“0”相位差时，同期控制器就向发电机出口断路器传出合闸脉冲，迅速并网成功。

　　5金属冶炼厂电气节能的举措

　　5.1选择高炉鼓风机节能

　　一般而言，在冶炼中，其高炉鼓风机至关重要，且所占据的总耗能比例比较高，是冶炼系统中的动力系统。在金属冶炼厂中较为常见的大型高压电机以及轴流风机能够达到高炉鼓风的要求，但是经过一段时间的使用，高炉的炉况会发生变化，导致能源浪费。对此需要从本质上进行改进，加强对软件控制系统的应用，实现对鼓风机的优化，且还需要按照风机理论，在任意气温下应用压缩机入口流量计算轴流压缩机的喘振性能曲线，将PID控制器加以淘汰，换成智能控制结构，这样便可以提高鼓风机的送风治疗，降低排风量。

　　5.2加强应用变频技术

　　众所周知，在冶金行业中变频技术应用于水泵设备、风机设备，这一系列的设备一般需要配备交流异步电动机驱动，特别是冶炼厂运行的时候，技术人员要对这些设备输出进行调节。加强对变频技术的应用，能够实现变频器在两台电机之间的轮流切换，运行过程中如果一台电机发生故障，那么变频器会切换到另一台电机上运行。此外，变频器运行的时候如果出现故障，电机也能够转换成工频状态。在这一模式下，不仅可以节约电量，而且还能提高经济效益。

　　6结语

　　余热电站电气规划是个系统性项目，其主接线与并网方案要按照项目的实际状况，从多角度展开技术经济对比论证，择优选用。

　　参考文献

　　［1］康继锋，刘帅，郑晓亚，等.水泥余热电站厂用变压器容量选择及经济分析［J］.水泥工程，2017（1）：62-63.

　　［2］康继锋，刘帅.水泥余热电站厂用变压器容量选择及经济运行分析［J］.河南建材，2016，（6）：120-121.

　　作者：王旭战