创 造   单  位：刚波夫矿业股份有限公司

成果主要创造人：李 冲，姚宗旭

成果参与创造人：钱兆明，吴清林，周 伟，章  俊，徐凯祥，闵志进，江 勇，郑  斌

 

 

 

成果介绍 “一种发电机与市电自动并网的控制系统 ”专利技术在中色刚波夫成功转化后，成功解决了柴发机组发电系统与市电只能孤网运行导致电力浪费的问题，并网系统满足公司 99.7% 的外电缺口，减少办公区域及核心设备因停电导致的频繁启停次数 50% 以上，有效保障了球磨机等大功率设备运行效率，保证生产稳定。经统计，2023 年7—12 月，柴发系统并网总发电量约 432 万千瓦时，吨铜电耗按 2700 千瓦时 / 吨计算，共增产铜约 1600 吨，创造利润320 万美元 ；2024 年并网发电 3284.3 万千瓦时，增产阴极铜约 1.2 万吨，创效 2432 万美元，科技创效明显。科技成果的成功转化为公司 2023 年以及 2024 年阴极铜产量均创历史新高打下了坚实基础。

   2023 年 10 月起，公司积极开展科技成果推广工作，助力当地中资企业解决电力供应问题。目前，公司已经与中色刚果、香港控股签订《专利技术使用协议》，实现技术专利成果转化的推广，助力当地中资企业的提产增效，为保障国家战略资源安全作出自己的贡献。

 

1 实施背景

  刚果（金）当地电力设施基础薄弱，电力自给能力不足，导致电力供应紧张，对企业的正常生产造成严重的影响，主要表现为频繁的停限电。据统计，2022 年 1—12 月份，刚波夫矿业股份有限公司（以下简称“刚波夫矿业”或“公司”）2022 年全年共停电 223 次，累计停电 480.7 小时，停电时间占比5.49% ；累计限电（非满负荷 13.9MW） 8114.34 小 时，限电时间占比 92.63%，其中 8MW 及以下供电限电时长3933.2 小时。公司2022 年因停电、限电造成阴极铜产量减少约 5400 吨。为保障刚波夫矿业正常生产的电力供应，减少频繁停电对设备的损伤，实现柴发机组发电系统（以下简称“柴发系统”）与市电系统的并网运行，在充分利用市电的情况下，开启柴发系统补充满足生产所需的电力缺口，在降低产品能源成本的基础上，同时实现增产增效，提高企业整体经济效益。

2 主要做法

   以往柴油发电机组采用孤网独立运行，在市电停电情况下，柴发系统为重要设备及重点区域提供电源，在市电限电情况下，视市电供电情况，单独使用柴发系统摈弃市电或者单独使用市电，导致市电得不到充分利用，增加企业生产成本。柴发系统与市电并网后，实现了市电的全部使用。

2.1 原措施

   刚波夫矿业原有柴油发电机 5 台（潍柴），每台发电功率 1.0MW， 共计 5MW。停电时，只能维持系统最低限度运行，磨机停车，电积整流变只能开到保槽电流（4000A），严重制约公司阴极铜产量。公司在 2022 年决定采购 6 台发电功率 1.8MW 的柴油发电机，补充公司电力缺口。柴发系统和市电系统原先采用孤网独立运行方式，单独使用柴发系统或者市电系统，在有部分市电的情况下，市电得不到利用，导致公司产品的能源成本上升。

2.2 新措施

    “柴油发电机机组与市电并网联动技术攻关及成果转化”项目采用自动准同期的并网方式，这种方式由微机判断达到同期条件时自动发信号使断路器合闸并网。

自动准同期并网具备以下优点 ：

自动调频和调压控制 ：在有调节器的发电场合，该装置能有效地进行调频和调压控制，并能跟随电网在一定范围内波动 ；

多路同期点控制 ：自动准同期并网装置可以同时控制多达 32 路同期点，甚至可以通过扩展分线器来控制更多的同期点 ；

同期条件直观显示 ：在装置面板上可以显示相角、电压、频率数值，同时还有相应的光柱指示，可以直观地观察同期并网的三个条件是否成立，以便尽快促成准同期条件到来 ；

同期时机准确捕捉 ：自动准同期并网装置采用成熟的角度预测技术，能更有效、准确地捕捉第一次出现的并网时机。

2.3 技术路线

在研究发电机与市电并网控制原理的基础上开展发电机与市电并网探索，通过正同期并网操作和反同期退网操作，将发电机组安全、可靠、准确快速的投入和退出电网（见图 1 ）。

 

 

图1   发电机二次控制回路图

 

  市电限电时，需要柴油发电机为现场负载提供负荷采用正同期并网 ：利用柴油发电机并网模块采集外部市电 10kV 进线母排 PT 柜电压、电流、频率，当柴油发电机电源和市电电源并网控制发电机总馈线柜合闸瞬间，必须满足以下三个条件 ：同压、同频和同向，这样并网合闸时的冲击电流最小，不容易造成电网振荡或者设备损坏。

市电停电后突然来电，柴油发电机本身正在为生产提供负荷，采用反同期退网模式 ：利用柴油发电机并网模块采集外部市电 10kV 进线母排 PT 柜电压、电流、频率，控制 10kV 市电进线柜合闸。根据实际负荷需量控制柴油发电机退网。

（1）在实现发电机组和市电平滑无冲击并网的基础上，开展发电机大负载转移负载临界点测试研究。保证现场设备不停电的情况下，从低负载开始测试，经多次测试，将 2.9MW 作为起点进行第一步测试，转载成功后，每大负载转移成功一次将起点提高 0.5MW。最终确定临界点最大负载转移负荷。

（2）根据现场负载性质自动调节发电机AVR参数，使发电机平均输出负载电压，减少现场设备因电压波动致使损坏。通过 ModbusRTU 与发电机调压板进行通信，读取发电机调压板内部参数，ECU控制器进行远程修改。

通过上位机 WINCC-SCADA 软件监控调压板运行过程中发电电压比例、积分、微分曲线变化，调整现场参数最终使得曲线平整顺滑。

（3）将一期潍柴发电机（ 1MW/ 台，共 5 台）和二期苏美达发电机（ 1.8MW/ 台，共 6 台）两种不同发电机进行并网，不同功率发电机按照负荷百分比进行匹配，采用 CAN 通信将所有发电机连接，通过集中控制单元进行广播式数据发送，按照功率负荷百分比发送指令。

（4）通过调整发电机平稳系数，解决因为现场负载不同，线路三项不平衡的问题，最终保持中性点接地电阻柜释放电流在 3A 以下。通过增加母排尺寸、增大接地电阻柜真空断路器闭合力度，使得接地电阻柜母排温度控制在 75℃以下，防止接地电阻柜内部端子、二次线路因温度过高而烧毁。

（5）采用 1500-PLC 燃油控制系统采集油罐、日用油箱液位信号，实现柴油发电机自动加油控制，保证柴油发电机燃料充足，满足生产需求。

（6）11 台发电机采用集中控制，停电自动 / 手动启动并网，采用 WINCC-SCADA 控制系统对 11 台发电机进行远程控制、对 11 台发电机进行数据监测、对油罐区数据监测、用油量统计。

2.4 主要做法

  操作员选择登录系统，对发电机进行并网和退网操作，自动情况下 ：市电停电时，发电机会自动启动为现场供电。限电情况下 ：操作人员点击母排按钮，系统会根据操作员选择 G1～G14 之间自动模式下的发电机，根据现场负荷调整输出功率，见图 2、图 3，G6 ～G11， G13～G14 发电机正在以负载率 74% 为现场供电。

 

 

 

 

图2   WINCC-SCADA控制系统

 

 

图3   WINCC-SCADA控制系统（并网操作模块）

 

图4   接地电阻电流                                                 图5    接地电阻温度

 

  如现场突然停电，在发电机全部开启状态情况下，控制系统会自动切除市电进线断路器，发电机自动转换孤网模式运行，根据现场负荷大小自动增加负荷量，控制 电压波动在 9.8kV~10.5kV、发动机转速控制在1480r/min~1510r/min 之间，200ms 内发电机电压迅速调整为 10.5kV，保证现场设备无扰动切换。根据负载多样性调整发电机因负载导致线路三相不平衡问题，保证中性点接地电阻柜释放电流，目前中性点接地电流保持 3A 以下，温度保持 70℃以下，见图 4、图 5。

 

  

图6   发电机运行参数（运行电压电流）

  

图7   油罐监控液位

  采用 WINCC-SCADA 系统对 G1～G14 发电机进行远程控制和数据监测（见图 6），对油罐区数据监测、用油量统计（见图 7 ）。

3实施效果

  开展柴发机组与市电并网联动关键技术攻关，采用自动准同期的并网方式成功实现了柴发机组和外电的并网运行，解决了柴发并网技术中正同期和反同期无扰动切换、多回路控制同期点、停电大负载转移等难题，形成一套普适性的并网技术方案并形成专利技术（专利名称 ：一种发电机与市电自动并网的控制系统，专利号 ： ZL2023 22050578.5），为公司 2023 年和 2024 年阴极铜产量持续创新高提供了电力供应保障，科技成果转化工作得到集团公司通报表扬。柴发系统与市电系统并网项目投入后，在外部供电不足或停电时，提供了满足生产所需的电力负荷，保证现场重要设备如磨机的不停机运行，减少设备因频繁停电受到损伤，保证生产稳定。

3.12023年实施效果

  2023 年 7-12 月，柴发系统并网总发电量约 432 万度，吨铜电耗按 2700 千瓦时 / 吨计算，共增产铜约 1600吨，创效 320 万美元。

3.2 2024年实施效果

  2024 年 1-12 月，项目投入使用后有效补充市电缺口，柴发并网总发电量 3284.3 万千瓦时，吨铜电耗按2700 千瓦时 / 吨计算，共增产铜 1.2 万吨，创效 2432 万美元，科技创效明显。

3.3 2025年实施效果

2025 年 1-4 月，柴发并网总发电量约 2018.98 万千瓦时，吨铜电耗按 2700 千瓦时 / 吨计算，共增产铜约7477.71 吨，创效 1495 万美元。

3.4其他公司实施效果

  本项目成果适合任何因电量供应不足，无法满足生产的企业。柴发系统与市电系统实现并网运行，在充分利用市电的情况下，柴发系统补充正常生产的电力缺口，降低企业的能源成本，为企业正常生产提供电力保障，使企业的经济效益达到最大化。同时项目研究已形成独立专利技术，为当地中资企业提供技术支持和方案参考。2023 年 10 月，刚波夫矿业与中色刚果、香港控股签订《专利技术使用许可协议》，通过柴发并网解决其面临的电力供应不足对生产影响的问题，形成成果共享、先行示范、以点带面的积极作用，为当地中资企业创造更大经济价值。公司“柴油发电机组与市电并网联动技术攻关”项目形成了“研发—转化—推广”的科技成果转化全链条，具有典型性和代表性，打破了“海外企业科技工作难有作为”“科技成果对外推广难”的传统观念，通过“一对多”的许可方式，惠及当地中资企业，为“一带一路”缺电企业提供一种成果的解决办法。

 

【企业介绍】

刚波夫矿业股份有限公司系中国有色矿业香港投资有限公司与刚果（金）国家矿业公司（吉卡明）为合作开发Kambove 矿区铜钴矿产资源而成立的合资企业，中色矿业香港投资占股 55%，吉卡明占股40%、刚果（金）政府占股 5%，主要业务为铜钴资源开发。

公司位于刚果（金）上加丹加省利卡希市（Likasi）坎博韦镇（Kambove）。矿权区处于刚果（金）南东部的加丹加高原，公司在 Kambove 矿区内拥有三个矿山，分别是西矿体、主矿体、门塞萨（Msesa）矿体，还有多个具有较好找矿潜力的矿（化）点。刚波夫矿业矿权面积 33.98km2，矿区按区域划分为生活区、办公区、湿法厂区、露天采矿区。

在公司的建设发展过程中，始终秉持“一带一路 ”和“共商、共建、共享 ”的发展原则，以加强中刚合作、促进中刚友谊为宗旨，坚持以人为本理念，致力于加强中刚两国之间的文化交流与友好合作，优势互补、合作共赢、共同发展，在实践中不断丰富和提升“走出去 ”“做强做优 ”“资源报国 ”的时代内涵，以实际行动推动当地经济发展和社会稳定，为打造中刚两国更加友好和可持续的战略合作关系作出努力。