隨著近些年“一帶一路”戰略的實施，海外水泥項目空間廣闊。部分沿線國家和地區電力網絡建設相對落后，經常性停電、電網電壓及頻率波動頻繁且劇烈易造成水泥生產線停窯，余熱發電停運等情況，同時大功率設備頻繁的啟停易造成壽命損耗。鑒于市場競爭的迫切需求，對余熱發電進行新的技術創新，推出了余熱發電帶燒成智能孤網運行方案，并在中材國際（南京）總承包玉山南方項目中成功實施。

余熱發電帶熟料燒成系統孤網運行時，廠用電負荷包括余熱電站本身的自用電及熟料燒成系統的用電負荷（包括三大類:物料輸送系統、氣流體傳送系統及生產輔助部分）。以玉山南方項目為例，見圖1。將窯系統生產所需的負荷都集中在窯尾10kV 電氣室，在外網岀現故障時，快速斷開進線斷路器，與外網解列，進入余熱發電帶燒成系統孤網運行模式，同時智能孤網系統可以快速平衡余熱發電量及燒成系統廠用電負荷，迅速達成新的供需平衡，保障孤網系統內電壓和頻率的穩定，維護孤網系統的穩定運行。

為提高余熱發電帶燒成系統孤網運行的安全穩定和經濟性，在余熱發電設計及采購過程中對如下三個系統進行特殊的要求：

3.1 勵磁系統

在外網出現故障時，快速斷開進線斷路器，與外網解列，此時孤網系統會根據余熱發電發電量及系統所需用電量進行快速調節機組增減負荷，勵磁系統也需要快速反應，保證系統的電壓穩定。根據玉山南方項目現場反復多次的孤網試驗認證，勵磁系統須具備如下特殊功能：

（1）10%電壓階躍，電壓超調不超過1%；

（2）機端電壓下降到80%額定工況，強勵能力達到2倍額定輸出；

（3）50%額定有功狀況下，負荷切換，電壓波動不超過1%；

（4）90%額定有功狀況下，負荷切換，電壓波動不超過1%；

（5）在孤網狀態下，根據電壓波動狀況，采用自適應閉環PID參數調節；

A套自動升壓試驗錄波見圖2。從上圖波形可知，當勵磁系統收到開機指令后，發電機定子電壓在2.5s內升到額定數值，電壓超調量低于1%，100%給定建壓迅速，滿足設計要求。

10%階躍特性曲線主要是驗證勵磁系統PID的閉環性能。從圖3波形可知，系統收到上階躍信號后，在1s內，發電機電壓達到系統給定值，超調小于階躍量的5%，震蕩次數1次，閉環調節性能優秀。

甩負荷試驗是考驗勵磁系統在機組帶滿額定負荷狀態下，斷開發電機出口，負荷瞬間歸零狀態下，發電機出口電壓維持穩定的一個關鍵試驗。從圖4波形可知，勵磁系統在負載狀態瞬間變為空載狀態。

時，發電機電壓有15%額定值的超調，震蕩次數為1次，提現了勵磁系統在大負荷變化狀態下維持電壓穩定的快速性。

3.2 DEH系統

為保證余熱發電機組在并網運行和解列后孤網運行時都能安全、穩定、可靠，需要智能孤網系統與DEH系統兩者性能完美配合。DEH系統除傳統的功能外，還需要具備如下特殊功能:

（1）余熱發電機組在并網運行之前，以DEH控制為主，智能孤網系統為輔，共同完成沖轉、升壓、升速和相關的試驗，智能孤網系統接受并跟蹤DEH閥位指令，并負責調門控制及OPC超速保護控制等功能，同時將相關信號實時反饋給DEH。

（2）余熱發電機組在并網之后，控制權則交由智能孤網系統。智能孤網系統根據汽輪機的轉速和系統負荷，完成汽輪機出力和頻率的控制。DEH處于跟蹤狀態。

（3）余熱發電機組在脫網時，汽輪機調門仍由智能孤網系統控制，實現FCB或空載運行，最后還須具備帶負荷同期并網運行的功能。

（4）余熱發電機組解列后，待機組轉速及頻率穩定后，在DEH系統和智能孤網系統閥位指令相互跟蹤的前提下，將機組控制權切換回DEH控制，此時智能孤網系統處于跟蹤狀態。

（5）DEH系統控制時:DEH只負責輸出閥位指令控制信號至智能孤網系統，由智能孤網系統直接控制液壓系統伺服閥，接收LVDT反饋信息，控制OPC電磁閥，并通過信號交互，從而實現對余熱發電機組的控制。

3.3 油動機

為滿足電網的調頻及穩定性要求，調速系統應有一體化的轉速測量和伺服控制模塊，不建議采用模擬量輸出信號+外配的伺服模塊的方案。汽輪機控制系統性能靈敏，從轉速測量、控制器運算到伺服模件輸出的控制周期小于50ms。油動機在最大進油的條件下從全開到全關所需要的油動機時間常數小于300ms（即OPC動作后主汽門動作時間）。在伺服閥指令控制下全關和全開的時間小于1.5s。在OPC電磁閥斷電后，OPC延時恢復，OPC油壓建立時間小于1s維持機組的額定轉速下穩定運行。油泵和蓄能器容量應具有較大裕量，液壓系統動作對油壓的影響不大于5%。應配置雙支LVDT。

據玉山南方統計，因外網故障導致的水泥窯跳停重啟需要消耗煤150t，電3萬kWh，油2萬L，同時停運會造成1萬t熟料的損失。玉山南方項目智能孤網是首個成功實現利用水泥窯余熱發電帶熟料燒成系統穩定運行的項目，該系統可使水泥窯、余熱發電減少非必要的啟停次數，耐火材料使用壽命平均延長1.25倍，提高了運轉率，機電設備維修成本降低了15%。憑借獨特的系統配置，余熱發電對生產線的重要性進一步提升，實現從補充、延伸到保駕護航的角色轉變，引領行業發展。

作者：王婧，沈加寧，李曉濤

企業：《中國中材國際工程股份有限公司（南京）》

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