浅谈非洲某火法炼铜企业应急供电系统扩建设计
时间：2022-12-10 08:50:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
朱世薇， 许云海
(谦比希铜冶炼有限公司 动力分厂， 赞比亚 卡鲁鲁西)
位于非洲赞比亚某中国火法炼铜企业，始建于2006年，2009年2月投产。该公司采用双回66 kV电源进线，经主变压器降压至10 kV对全厂10 kV负荷供电。长期以来，由于当地电网系统薄弱，供电可靠性差，该企业时常面临外部市电长时间停电和电压波动的困扰。根据公司生产工艺及安全要求，在市电异常的情况下，要求全厂一级负荷在规定时限内快速启动运行。一期设计中鼓风机房低压配电室设置有一套应急柴油发电机及配电柜，作为全厂一级负荷的应急电源。随着公司产能扩大、生产设备增加，原有的应急柴油发电机容量已经不能满足使用要求；
另一方面，由于仅配置1台应急柴油发电机，一旦市电丢失而此时柴油发电机无法启动，公司将出现重大安全生产事故，造成较大财产损失甚至人员伤亡。
1.1 原应急柴油发电机主要技术参数
额定容量 1 275 kVA
额定功率 1 020 kW
功率因数 0.8
额定电压 415/240 V
相数 3
额定频率 50 Hz
额定电流 1 733.8 A
1.2 一期及扩建后主要应急电源需求
如表1所示，扩建后全厂一级及重要二级负荷设备用电需求(1 604 kW)已超出原应急柴油发电机供电能力(1 020 kW)。
1.3 一期应急供电系统主接线方式
一期应急柴油发电机安装于鼓风机房低压配电室内，并配置单独的低压应急配电系统，通过应急系统馈电开关与应急负荷所在配电室联络，主要涉及熔炼循环水、熔炼收尘、吹炼收尘、余热发电、鼓风机房共5个低压配电室。一期应急配电系统图，如图1所示。
1.4 一期应急供电系统操作方式
柴油应急发电机操作主要有两种方式：一是自动启动。当市电不稳定或事故断电，柴油发电机控制系统接收到市电采样装置发出的市电异常信号，自动启动柴油发电机；
二是手动启动。在柴油发电机自动启动失效时，采用人工手动启动。
柴油发电机启动正常后，需要人工手动闭合发电机出口断路器，待应急配电系统带电正常后，再分别按照应急操作流程对五个馈电开关进行手动合闸操作。应急供电系统操作流程如图2所示。
从图2可以看出，整个操作流程完全依靠人工操作，复杂且用时长，容易出错。
表1 一期及扩建后应急用电设备列表
图2 应急供电系统操作流程
1.5 一期应急供电系统存在的隐患
自2008年以来，应急柴油发电机在市电丢失的情况下，能正常启动投入运行。但是，曾经出现发电机启动时启动电瓶爆炸，发电机冷却水水泵漏水等异常情况。另外，由于当地电网供电可靠性较差，如果在应急柴油发电机故障维修过程中，出现市电异常，后果将不堪设想。基于上述原因，根据现有条件提出应急电源系统扩建设计，增加一台应急柴油发电机实现一用一备运行方式非常必要。
2.1 新增应急柴油发电机容量计算
综合考虑公司扩建后的新增一级负荷用电需求以及当地电网可靠性差、事故停电时间长，部分重要二级负荷需要间断运行的实际情况，按下述方法进行容量计算：(1)按稳定负荷计算发电机容量。(2)按最大单台电动机或成组电动机起动的需要，计算发电机容量。(3)按起动电动机时母线容许电压降计算发电机容量，计算结果如表2所示。
2.2 自动电源切换柜配置方式选择
公司采用ISA富氧顶吹浸没熔池熔炼生产工艺，对ISA余热锅炉不间断供水要求较高，停止供水不能超过3 min。一期应急供电系统设计采用人工操作，尤其遇到雷雨天气，操作时间长，严重威胁ISA余热锅炉安全。此次扩建设计考虑应急操作响应时间，为全厂重要的一、二级负荷配置自动切换装置(简称ATS)。根据重要一、二负荷分布于5个低压配电室的现状，ATS装置可设计三种不同配置方式，表3对三种方式的优缺点进行比较。
根据投资、工期、施工难度，对现有配电室供电影响等方面综合考虑，最终选择为核心的一级负荷配置ATS装置方式。
2.3 联络母线选型
新增柴油发电机组低压配电柜与原有低压配电柜之间的联络母线，设计的额定电流为2 500 A，如果采用185 mm单芯聚氯乙烯绝缘电力电缆作为联络母线，每相6根，共需24根，安装于新旧两套应急低压配电柜的母排上；
由于新旧两套应急低压配电柜内空间限制，施工难度较大。采用新型的全绝缘铜管型母线，主要技术参数如下：
表2 新增应急柴油发电机容量计算表
表3 ATS装置配置方式比较表
外径Φ100 mm
壁厚 10 mm
截流量 2 500 A
管形母线结构简单、安装方便、散热好、损耗低、投资小等特点，满足此次扩建联络母线的安装和使用需求。
2.4 扩建方案的最终确定
解决好新增应急柴油发电机容量、自动电源切换柜配置方式、联络母线选型等难点，扩建方案具体内容描述如下：新增柴油发电机组采用室外集装箱形式，就近摆放在原有应急柴油发电机房室外，两台发电机可共用柴油储存装置。新增应急配电柜放置于原应急配电室内，缩短新旧应急配电柜联络母线的距离，5台ATS柜摆放于各一级负荷所在低压配电室，实现末端投切。扩建后的应急配电系统图如图4所示。
图3 扩建后的应急配电系统图
从图4中可以看出，两台应急柴油发电机通过联络柜和联络母线连接，以新增应急柴油发电机为主用，原应急柴油发电机为备用。特殊情况下，两台应急柴油发电机可实现分列运行，以提供最大供电能力。
公司应急电源扩建完成后，在历次大面积停电或电网波动的情况下，极大缩短了余热锅炉给水泵和ISA余热锅炉循环泵启动时间，由3 min缩短为23 s，有力保障了ISA余热锅炉的安全运行。
可靠灵活的应急柴油发电机运行模式满足了公司扩建后一级、重要二级负荷用电需求，为事故断电的情况下，保障ISA炉、沉降电炉、转炉、阳极炉、还原电炉等冶金炉窑安全起到关键作用。
通过科学计算、切实可行的成本分析以及合理应用新技术、新设备，达到此次应急供电系统扩建的可靠性、应急响应快速性的目的。当运行中的发电机出现故障时，可以迅速切换至备用发电机运行，提高了应急供电系统的可靠性。对于海外火法炼铜企业新建或扩建应急供电系统，具有一定借鉴意义。
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