大型鋼廠并網(wǎng)的調(diào)度運(yùn)行管理

安重霖，匡紅軍

（1.華北電力大學(xué)，北京 102206；2.日照供電公司，山東 日照 276826）

0 引言

鋼廠屬高危企業(yè)，對(duì)供電可靠性要求非常高，同時(shí)大型鋼廠并網(wǎng)給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定帶來(lái)了巨大影響，供電部門(mén)應(yīng)在保證鋼廠可靠供電的前提下，深入分析鋼廠并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響，并采取相應(yīng)的解決措施。

1 大型鋼廠的供電規(guī)模及對(duì)供電可靠性要求

1.1 鋼廠的供電規(guī)模及接線(xiàn)方式

日照鋼廠年產(chǎn)鋼材1 200萬(wàn)t，年用電量48億kW·h，變電總?cè)萘?31.8萬(wàn)kVA，自備發(fā)電機(jī)8臺(tái)，單機(jī)容量5萬(wàn)kW，發(fā)電總?cè)萘繛?0萬(wàn)kW，網(wǎng)供最高負(fù)荷50多萬(wàn)千瓦，占了整個(gè)電網(wǎng)負(fù)荷的近二分之一。其內(nèi)部的供電網(wǎng)絡(luò)非常復(fù)雜，有鋼廠 1、2、3、4站4個(gè)主供 110 kV變電站，通過(guò)四回110 kV線(xiàn)路即鋼廠Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ Ⅳ線(xiàn)分別與系統(tǒng)的220 kV甲站和220 kV乙站并網(wǎng)，8臺(tái)自備發(fā)電機(jī)全部接進(jìn)110 kV開(kāi)關(guān)站，再經(jīng)110 kV電廠Ⅰ、Ⅱ線(xiàn)接入鋼廠2站，經(jīng)電廠Ⅲ、Ⅳ線(xiàn)接入鋼廠3站，鋼廠4個(gè)110 kV變電站之間的連接線(xiàn)路既有T接，也有串接，從而使每個(gè)變電站都能由220 kV甲站和乙站雙電源供電。電氣聯(lián)絡(luò)圖如圖1所示。

圖1 鋼廠電氣聯(lián)絡(luò)圖

1.2 鋼廠對(duì)供電可靠性的要求

鋼廠內(nèi)部燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼四大生產(chǎn)工序，關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的供電出現(xiàn)問(wèn)題，將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。生產(chǎn)工藝設(shè)備如高爐、轉(zhuǎn)爐、加熱爐、鋼包爐、LF爐等運(yùn)行在高溫、高壓狀況下，對(duì)電力供應(yīng)的依賴(lài)性和敏感性非常強(qiáng)，電力供應(yīng)異常、不連續(xù)、中斷很容易引發(fā)設(shè)備易燃、易爆以及人身傷亡等重大事故［1］。如高爐冷卻系統(tǒng)的水泵電機(jī)一旦停止工作，將會(huì)造成高爐爆炸。

2 大型鋼廠并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響分析

2.1 容易形成電磁環(huán)網(wǎng)

從圖1可以看出，此種接線(xiàn)方式，如果運(yùn)行方式安排不當(dāng)，極易形成網(wǎng)中網(wǎng)，其中任一條110 kV線(xiàn)路或主變檢修，都需要調(diào)整運(yùn)行方式，造成220kV甲站和220 kV乙站的主變110 kV側(cè)合環(huán)運(yùn)行，形成高低壓電磁環(huán)網(wǎng)，而長(zhǎng)時(shí)間的電磁環(huán)網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是不利的，容易引發(fā)大面積停電事故。

2.2 引發(fā)暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題

鋼廠的8臺(tái)自備發(fā)電機(jī)同時(shí)并網(wǎng)，且只有4回110 kV并網(wǎng)線(xiàn)，由于發(fā)電機(jī)組容量大，在某些特殊方式下，容易發(fā)生暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題，引起局部電網(wǎng)的失穩(wěn)。

2.3 引起電網(wǎng)短路容量增大

鋼廠8臺(tái)自備發(fā)電機(jī)中，并入220 kV甲站和乙站的發(fā)電機(jī)各有4臺(tái)，在特殊方式下，如220 kV甲站或乙站的兩條并網(wǎng)線(xiàn)同時(shí)停電，8臺(tái)發(fā)電機(jī)將同時(shí)并入一個(gè)220 kV變電站，40萬(wàn)千瓦的發(fā)電容量勢(shì)必給甲站和乙站的110 kV側(cè)和35 kV側(cè)短路容量帶來(lái)很大影響，使開(kāi)關(guān)遮斷容量不滿(mǎn)足要求，在電網(wǎng)發(fā)生短路時(shí)，燒壞設(shè)備甚至危及人員安全［2］。

2.4 造成主變重載運(yùn)行

220 kV甲站和乙站的主變各為2×180 MVA，總?cè)萘繛?20 MVA，由于鋼廠網(wǎng)供負(fù)荷最高為50多萬(wàn)千瓦，甲站和乙站所帶其余負(fù)荷為10萬(wàn)千瓦，兩站最高負(fù)荷將達(dá)到60多萬(wàn)千瓦，容載比僅為1.12，在1臺(tái)主變跳閘時(shí)，將造成另一臺(tái)主變過(guò)載50%以上，如果不快速進(jìn)行切負(fù)荷，將造成主變壓器燒壞。

2.5 影響電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)

鋼廠多為沖擊性負(fù)荷，軋鋼時(shí)負(fù)荷波動(dòng)經(jīng)常在十幾萬(wàn)千瓦，每天根據(jù)產(chǎn)品、產(chǎn)量以及煤氣量隨時(shí)調(diào)整生產(chǎn)線(xiàn)，負(fù)荷變化不定，給電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)造成了很大影響，同時(shí)由于鋼廠的自備發(fā)電機(jī)是采用高爐煤氣發(fā)電，其發(fā)電量的多少受煤氣量的制約，而煤氣量又受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)線(xiàn)開(kāi)停影響比較大，從而使網(wǎng)供負(fù)荷變化較大，難以預(yù)測(cè)，影響了全網(wǎng)發(fā)電計(jì)劃的制定和電壓質(zhì)量。

3 供電公司采取的安全措施

3.1 協(xié)助鋼廠合理安排運(yùn)行方式

按照 《3-110 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》規(guī)定：110 kV電網(wǎng)宜采用環(huán)網(wǎng)布置，開(kāi)環(huán)運(yùn)行的方式；宜采用雙回線(xiàn)布置，單回線(xiàn)－變壓器組運(yùn)行的終端供電方式；平行雙回線(xiàn)上的雙T接變壓器不允許并列運(yùn)行。因此，供電公司要求鋼廠的所有110 kV變電站采用母線(xiàn)分列運(yùn)行，投入110 kV母聯(lián)備自投方式。并以公司文件形式下發(fā)《鋼廠運(yùn)行方式的有關(guān)規(guī)定》，要求鋼廠嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)定，避免發(fā)生大的電網(wǎng)事故。

3.2 進(jìn)行潮流穩(wěn)定校核

由于鋼廠的供電網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜，有引發(fā)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定的可能性［3］，因此供電公司調(diào)度專(zhuān)業(yè)人員建立了鋼廠內(nèi)部供電網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫(kù)，按照《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求，進(jìn)行了潮流穩(wěn)定計(jì)算分析。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，指出鋼廠應(yīng)該避免的運(yùn)行方式，如不允許1臺(tái)機(jī)或多臺(tái)機(jī)同時(shí)通過(guò)兩回110 kV并網(wǎng)線(xiàn)（圖1中的電廠Ⅰ、Ⅱ線(xiàn)）合環(huán)運(yùn)行，造成在一回線(xiàn)跳閘時(shí)，功率發(fā)生轉(zhuǎn)移，發(fā)電機(jī)組失穩(wěn)。不允許3臺(tái)及以上機(jī)組同時(shí)通過(guò)一條聯(lián)絡(luò)線(xiàn)并網(wǎng)。計(jì)算結(jié)論最后形成《鋼廠潮流穩(wěn)定分析報(bào)告》，作為日常檢修運(yùn)行方式安排的依據(jù)。

3.3 計(jì)算校核短路容量

選取鋼廠最大運(yùn)行方式，即8臺(tái)發(fā)電機(jī)通過(guò)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)全部并入220 kV甲站或乙站，發(fā)現(xiàn)甲站低壓側(cè)的短路容量達(dá)到32.27 kA，乙站低壓側(cè)短路容量達(dá)到35.83 kA，均超過(guò)了低壓側(cè)開(kāi)關(guān)最大遮斷容量25 kA，低壓側(cè)必須采取分列運(yùn)行方式，供電公司及時(shí)將220 kV甲站和乙站的主變低壓側(cè)分列運(yùn)行，同時(shí)要求鋼廠避免出現(xiàn)8臺(tái)發(fā)電機(jī)同時(shí)并入同一個(gè)220 kV變電站的運(yùn)行方式。

3.4 制定合理的低頻、低壓解列和減負(fù)荷方案

低頻、低壓切負(fù)荷裝置是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的第三道防線(xiàn)。從鋼廠的安全角度考慮，在電網(wǎng)發(fā)生頻率降低的時(shí)候，合理的低頻、低壓解列方案能保證鋼廠發(fā)電機(jī)組及時(shí)可靠解列，合理的低頻、低壓切負(fù)荷方案能保證鋼廠切除一部分非重要負(fù)荷，保證發(fā)電機(jī)出力和剩余重要負(fù)荷平衡，使發(fā)電機(jī)能帶一部分重要負(fù)荷孤網(wǎng)運(yùn)行［4］。制定低頻、低壓切負(fù)荷方案的關(guān)鍵是切除的負(fù)荷不能為連續(xù)生產(chǎn)線(xiàn)負(fù)荷，制定低頻、低壓解列方案的關(guān)鍵是選擇合適的解列點(diǎn)。經(jīng)過(guò)綜合方案論證，供電公司選取220 kV甲站和乙站日鋼Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ線(xiàn)出線(xiàn)開(kāi)關(guān)作為解列點(diǎn)。解列定值取48.25 Hz，時(shí)限0.2 s，df/dt=8 Hz/s；低壓解列定值取 78%Un，0.2 s。低頻切負(fù)荷定值取:低頻一輪定值48 Hz，時(shí)限 0.2 s，df/dt=5 Hz/s；低頻二輪定值 47.75 Hz，時(shí)限0.2 s，df/dt=5 Hz/s，低壓定值取 75%Un，0.2 s。

3.5 保證鋼廠繼電保護(hù)定值與電網(wǎng)相配合

供電公司加強(qiáng)了對(duì)鋼廠繼電保護(hù)定值的管理，鋼廠內(nèi)部變電站的所有保護(hù)定值都由公司調(diào)度整定計(jì)算人員統(tǒng)一計(jì)算。這樣可以保證其繼電保護(hù)定值與電網(wǎng)的定值相配合［5］，以免發(fā)生由鋼廠設(shè)備拒動(dòng)引起220 kV甲站和乙站設(shè)備跳閘，引發(fā)大面積停電事故。

3.6 規(guī)范鋼廠檢修和無(wú)功管理

供電公司加大對(duì)鋼廠負(fù)荷特性的研究力度，跟蹤其生產(chǎn)運(yùn)行信息，并了解其生產(chǎn)設(shè)備、工藝流程、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及負(fù)荷特點(diǎn)等，探索有效的負(fù)荷管理辦法。要求鋼廠每天定時(shí)報(bào)送第二天的負(fù)荷情況和檢修計(jì)劃，并及時(shí)投退電容器，不能向網(wǎng)上倒送無(wú)功。

3.7 在220 kV甲站和乙站加裝主變過(guò)載聯(lián)切裝置

按照山東電網(wǎng)《安全自動(dòng)裝置配置要求》規(guī)定：一臺(tái)主變跳閘，如果另一臺(tái)主變過(guò)負(fù)荷50%以上，必須加裝主變過(guò)載聯(lián)切裝置。經(jīng)和鋼廠技術(shù)人員進(jìn)行討論，供電公司制定了220 kV甲站和乙站的主變過(guò)載聯(lián)切方案，方案規(guī)定在主變110 kV側(cè)額定電流達(dá)到 945 A時(shí)，0.5 s發(fā)信號(hào)；電流1 200 A，10 s切掉110 kV線(xiàn)路共35 MW負(fù)荷；電流1 200 A，15 s切掉日照鋼廠 30 MW 負(fù)荷；電流1 150 A，900 s切掉日照鋼廠20 MW負(fù)荷。

4 結(jié)語(yǔ)

供電公司采取了有效的安全措施，保證鋼廠的可靠供電，解決鋼廠并網(wǎng)帶來(lái)的問(wèn)題，鋼廠并網(wǎng)8年來(lái)，未發(fā)生大的電網(wǎng)事故。