大型机组煤仓疏堵电机动力回路的优化设计

崔程鹏

(广东红海湾发电有限公司，广东汕尾 516600)

0 引言

南方某沿海电厂机组容量为2×600 MW+2×660 MW燃煤发电机组，日常带基本负荷运行，同时具有一定的调峰能力。四台机组分别设有6座煤仓，用于制粉系统燃煤存储供应。制粉系统采用一次风冷正压直吹式中速磨煤机，每台锅炉设6台磨煤机和6台电子称重皮带式给煤机，布置上与6座煤仓相对应，系统可根据实时负荷指令控制驱动电机从而调节进入磨煤机的煤量，满负荷时5套制粉系统运行，1套备用。

在磨煤机内经研磨后细度合格的煤粉通过六根出风管送入锅炉燃烧器内燃烧，每台炉的六套制粉系统A、B、C、D、E、F分别对应六组燃烧器，其中C、D、E为前墙，A、F、B为后墙；燃烧系统共布置36只HT-NR3燃烧器(锅炉前、后墙各18只)，燃烧器又分为上、中、下三层，其中A、C为下层，D、F为中层，B、E为上层，每层共12只。锅炉燃烧器层布置如图1所示。

图1 制粉系统对应锅炉燃烧器布置图

1 改造背景及堵煤问题概述

在日常运行中因机组负荷变动，制粉系统的启停操作非常频繁，且由于各煤仓煤质不一，时常会发生堵煤情况。堵煤原因主要有三点：

(1) 部分煤种发热量高，在煤场储存时自燃，经喷淋后使煤质湿度变大，易黏在煤斗内壁；

(2) 机组停运检修前煤仓内的存煤未烧完，长时间在仓内粘连，不易落下。且电厂地处华南沿海，空气潮湿，阴雨天气多，湿气进入仓内易使煤受潮；

(3) 随设备年限增加，煤斗内部存在结焦损伤，且无法清理，使下煤的顺畅性降低，更加容易堵煤[1]。

堵煤情况常在机组升负荷需启动一套备用制粉系统时发生，以往处理方式通常是人员前往，就地用大锤敲打煤斗。这种方式对人身及设备皆存在一定安全隐患[2]，且响应速度慢。特别是在正常运行中的突然堵煤，会给机组负荷带来波动甚至造成重大经济损失。

2 电机动力回路优化设计方案

2.1 振打电机的安装布置

经通过燃煤掺烧分配及历史数据分析，中层(D、F)和上层(B、E)制粉系统比较容易堵煤。从提高设备可靠性及安全角度出发，为减少运行中的煤仓堵煤情况，公司提出对四台炉的中、上层煤斗安装振打电机装置。通过力学计算，为每座煤仓加装两个功率分别为0.25 kW和1.1 kW的仓壁振动器电机。总结多年来煤斗最易堵煤的位置分布情况，将1.1 kW振打电机安装在给煤机入口闸板上方800 mm处(靠锅炉侧)，将0.25 kW振打电机安装在落煤管顶部圆盘下方300 mm处(靠汽机侧)，两台电机上下布置且空间角度错开180°。

2.2 回路最初设计方案

确定了振打电机的型号参数后，需要选取动力开关并规划供配电型式。最初方案构思是利用现场已有的各台给煤机就地控制柜，由MCC段动力电源引至一台给煤机控制柜后，再将电缆逐个搭接回路设计方式如表1所示。虽然没有新增控制箱等设备，但该种方式缺点明显，不仅电缆耗材较多，尤其是振打电机接入后如发生故障则会影响相关联回路中的其他设备，严重时或可导致给煤机控制柜失电，致使给煤机电机跳闸，并连跳单套制粉系统。由此可见该接线方式并不适用于此技改项目。

表1 初始的动力回路设计接线方案

2.3 回路的优化设计改造

每台炉只需新增两台就地控制箱，并不涉及昂贵设备，同时可有效节约电缆，并减少工程量，且相比初始方案而言能够大大提升电机运行可靠性。根据四台机组现场勘察情况，结合各机组的布置特点，确定改造方案如下。

按照既定的振打电机选型及布置方式，在全厂四台炉的中、上层(D、F、B、E燃煤系统)煤仓加装固定式仓壁振动电机。分析该厂锅炉制粉-燃烧系统的对应分布，因锅炉为前后墙对冲燃烧型式，为了保证机组负荷的燃烧稳定性，考虑结合日常负荷增减频率情况，决定按照前、后墙的分布方式(前墙C、D、E，后墙A、F、B)在每台炉增设两个就地控制箱，分别控制前、后墙所对应燃烧器层。

由于是在锅炉侧新增设备负荷，参考厂用电系统图，并依据行业标准DL/T 5153—2014《火力发电厂厂用电设计技术规程》及国家标准GB 50054—2011《低压配电设计规范》，规划将动力电源分别设在各机组的锅炉380V MCC段。选取两个备用抽屉开关，分别变更为“F、B煤仓振打器电机控制箱动力电源”和“D、E煤仓振打器电机控制箱动力电源”，且要在MCC A、B段各选取一个，分开两段安排。电源选取可临近给煤机控制柜抽屉开关，以提升人员在就地及配电室操作的效率。动力电源出线电缆分别引至就地新增的两个控制箱。动力回路示意图如图2所示。

图2 改造动力主回路示意图(以1号机组为例)

经核算现场设备功率及电流大小，确定了开关选择、断路器容量及电缆型号，均符合振打电机的实际使用需求。所选8个备用MCC抽屉开关柜全部改造配备ST500型保护装置，同时就地新增控制箱具有热偶继电器过载保护功能，通过对保护的合理配置可有效避免设备故障时连跳上级的风险。据此，最终优化了就地控制箱及配电室开关的负荷配置方案。由于A、C为下层燃烧系统，机组正常运行时持续带负荷，基本不存在堵煤情况，但在设计中应考虑到为下层(A、C)预留容量。

开关及负荷分配方案确定后，根据使用功能的实际需求，将开关柜回路进行改造。调整MCC动力开关保护参数、综保装置校验以及就地控制箱内热继电器的设置，确认保护配置合理并满足现场运行要求，能可靠保护就地电机。在开关柜外部增加控制就地箱的启停按钮及指示灯、保护器面板等，开关柜内回路改造安装断路器、接触器、电机保护器等情况。

现场改造电缆敷设可沿用原有桥架方向，不必新装电缆桥架及竖井设备。电缆接线从锅炉MCC段配电室引出至给煤机平台就地控制箱，在箱体底部引出镀锌管护套电缆穿过平台接到各对应振打电机。最终接线方案如表2所示。

表2 动力回路设计优化后接线方案

因控制箱户外布置，防护等级须达到IP56以确保现场使用的安全性。箱体外壳材料采用厚度2 mm以上的304不锈钢，电缆从底部进出柜体[3]。箱门安装电表显示一次电流、电压值。各主要部件规定：接触器和热继电器分别采用施耐德LC系列和LR系列，指示灯采用AD11系列，控制按钮采用LA38系列；各电气元件间距不小于5 cm，距离控制箱壁不小于5 cm，全部空气断路器配有漏电保护器。

2.4 回路设计优势分析

本次改造打破了以往的电机直连式供电回路特点，在正确核算容量及负载流量后，合理配置保护，并采用抽屉动力开关“一拖二”模式，以及就地控制箱“一拖四”模式，即一个动力开关带两座煤仓，同时一个就地箱带四个振打器电机。充分结合考虑了锅炉燃烧型式，合理分配了负荷开关在对应燃烧器前、后墙以及上、中、下层的结构，保证制粉系统运行稳定性。与此同时预留了给A、C煤仓安装振打电机的接入口，后期如需增设，可从就地直接敷设电缆取电接入，省去了二次改造的繁琐[4]。

从整段配电系统角度分析，该设计也满足相关安全技术要求[5]。该厂380 V厂用PC段母线上级电源来自各机组的6 kV工作段，每台机均设有由干式低厂变配电的汽机、锅炉两个动力中心(PC)，其下设电机控制中心(MCC)。低压干式厂变依据成对布置、互为备用原则，且各机组均有一台可迅速自启的1 000 kW柴油发电机及所连带的两个保安段，平时保安段由机组低压PC段供电，柴油机作备用电源，当出现事故失电后，柴油机快速联启维持保安段所带负荷。正常运行下，锅炉B段供保安A段用电，汽机A段为备用电；锅炉A段供保安B段用电，汽机B段作备用电源。

图3为开关柜及振打器箱主回路图。机组升负荷时启动制粉系统依次按下、中、上层的顺序逐套操作，因此让振打电机按A、B段分开配置、相互备用的原则安排非常合理，在某些极端情况下分析：假设当锅炉MCC A段故障，设备可通过快切装置转换供电，就地振打电机保持了前后墙单侧的稳定运行，并维持负荷，同时回路供电切换后可及时操作返回正常电源，双路振打工作恢复；如果锅炉PC A段故障，则由保安B段母联切换供电，或由柴油机-保安段母联返送电，煤仓振打电机工作不受影响，可保证燃煤系统的运行稳定；同理可知锅炉PC B段或MCC B段故障时的动作逻辑。由此可见，该主回路改造的设计方式满足上下级、横纵向之间的配电型式技术要求，并能有效提高振打电机的运行可靠性。

图3 MCC动力柜及其负荷主回路图(以1号机组F、B仓为例)

3 结论

在对四台机组全部完成了煤仓振打电机回路优化设计改造后，经较长时间实践证实其效果良好，有效解决煤仓堵煤导致的机组出力下降问题，并大幅提升燃煤系统的运行稳定性及经济性。该设计方式通过将锅炉自身布置型式和厂用电回路相结合起来考虑，在对设备技术改造的基础上作出了进一步优化，可为相似机组的其他类型改造提供借鉴思路。