鋼鐵企業電網安全可靠性研究與優化

王樹樑

【摘 要】本文通過對鋼鐵企業電網安全可靠性的研究，提出了針對性優化方案，并在實施中較好地解決了技術難題，有效提高了電網的安全可靠性。

【關鍵詞】電網；安全可靠性；優化

1 項目背景

重鋼2007年啟動自主城環保搬遷至重慶市長壽區江南鎮工程，按生產規模，需設計、建設重鋼220kV電網。

重鋼220kV電網建成后，由220kV電站一座，110kV電站五座，若干35kV、10kV電站及380V低壓系統構成。兩回220kV電源來自附近的一座500kV電站。

2012年后，重鋼220kV電站發生了5次停電事故。其中兩次是GIS設備本體的質量和結構缺陷所致，甚至導致雙母線失效，造成了巨大的經濟損失，對公司的生產經營構成極大的安全威脅。

2 對電網安全可靠性問題的研究和分析

通過對幾次事故原因進行了深入的研究分析，我們總結出問題主要集中在電網前期建成固化下來缺陷的結論。包括規劃與實施差異、對GIS產品可靠性預期過高和電網內部結構缺陷問題，下面分別簡述。

2.1 電網建設規劃與實施結果的差異及問題

2.1.1 220kV電站

原規劃建設兩座220kV電站。但因投資巨大和場地規劃，實際只建成了一座電站。

2.1.2 220kV電源

原規劃三回電源，至少兩個不同的電源點。但當時地理位置偏僻，外部條件不具備，實際結果只建成了兩回同一電源點的線路。

上述兩點與其他鋼鐵企業的差距較大。

2.1.3 220kV母線

原規劃為雙母線雙分段結構。因無第三回電源，電站設計時，只考慮了雙母線結構。

2.1.4 110kV保安電源

原規劃建設一條110kV保安電源。但當時的外部條件不具備，實際結果未建。

可見，220kV電站建設時，因外部條件較差，規劃與實際結果相差較大。使得220kV電站電源單一，無保安電源，負荷調度困難，安全可靠性不高，事故應急處置手段極差。

2.2 對GIS設備高可靠性的要求與現狀的巨大差距

GIS產品是國內110kV及以上供電系統普遍采用的技術和設備，覆蓋率超過93%，是支撐電網安全、可靠運行的基本保障。為其高可靠性和免維護的特點，重鋼220kV、110kV電站全部采用了GIS設備。

但是，2012年底至2013年初約4個月時間，重鋼220kV電站的GIS設備發生了兩次因設備本體質量和結構缺陷所致的重大事故并事故擴大，造成的影響和經濟損失巨大。GIS設備的安全可靠性預期與現實存在巨大的差距。

2.3 電網內部結構問題

重鋼220kV電站，成放射狀結構向下級各電站供電。各110kV電站之間、35kV電站之間，甚至10kV電站之間，沒有檢修保安、保產的聯絡線。這使得網絡上的任一個電站發生較大以上的事故，無法采取應急保安、保產措施。

綜上，我們歸納電網存在的突出缺陷和問題是：

（1）一座220kV電站，單一電源點，雙母線結構，形成220kV系統“獨木橋”架構。一旦發生重大事故，必將對生產造成巨大的影響和損失。

（2）無110kV保安電源。在極端的全停電事故時，無基本的保安電源。

（3）電網結構呈現放射狀，110kV、35kV和10kV系統未形成環形聯絡互保架構，在極端事故狀態下，無法對重要設備實現基本保安或保產。

（4）GIS設備本體的質量和結構缺陷，不僅不能實現高可靠性的要求，而且顛覆了雙母線的功能和作用，造成事故擴大和巨大的損失，GIS設備的可靠性問題異常嚴峻。

3 制定整改方案

在對電網安全可靠性進行了研究和分析后，結合現有的條件和冶金企業負荷特點，針對性制定了整改優化方案。

（1）由于外圍電力部門已建有一座大片區220kV電站，建設一條110kV保安電源接入重要負荷中心成為整改方案的核心，保證在極端事故狀態下能快速啟動保安電源對生產重要設備和系統保安。

（2）建設以冶煉為中心的110kV及以下的電壓等級各變電站環狀聯絡線，形成和提高各變電站之間的有效互保、支撐能力。

（3）對220kV電站GIS設備進行檢修和局部改造，提高設備本體的可靠性。

該方案具體擬出了20個措施項目。

4 方案實施及技術難點

重鋼舉全公司之力，成立了領導組織機構和工作機構，快速實施整改方案。

整個方案，經過約10個月時間的艱苦努力，全部建成投入運行。

在實施過程中，遇到很多技術難題，主要有：

（1）110kV保安電源接入的預留點，在軋鋼區域電站。通過技術分析，該接入點存在不在重要負荷中心、路徑較遠、建立內部聯絡線復雜、綜合建設費用高的缺陷。

通過優化，修改的方案是圍繞高爐等冶煉一類負荷為核心，以110kV保安電源線路為紐帶，用最低的成本，建成各區域性電站之間的110kV、35kV、10kV環狀聯絡線路，建構電網類似“蛛網狀”結構，靈活方便實現電網的負荷調整、檢修保產，以及緊急情況下重要生產設備的應急處置和保安。

（2）在高爐風機電站GIS設備安裝時的現實保產難題。

為了保證高爐風機電站GIS設備安裝時的現實安全生產，我們制定了專門的施工方案和技術措施：

①施工期間，保證高爐風機有雙電源分別供一座高爐的風機為準則。

②施工時間我們選擇在一座高爐檢修，另兩座高爐生產的時間段。這樣最大限度地降低可能的事故風險。

③采取特殊的技術措施。即，利用先敷設的110kV聯絡線電纜，臨時連接到風機電站3#主變，將3#主變由電站變壓器方式改接為線路變壓器單元供電方式的技術措施。施工時，風機電站母線分別停電安裝對接設備，2臺風機的生產由另一段母線和3#主變的線路變壓器單元提供保障。

該措施方案具有創新、巧妙、靈活、成本低、效果好的特點，使得風機電站的GIS設備安裝工作按計劃順利完成，做到了設備安裝、調試和現實生產兩不誤。

（3）通過事故深入的分析，我們認識到220kV電站GIS設備原結構設計上存在三個間隔的母線氣室相通的缺陷，這也是造成事故擴大的直接原因。為此，對GIS設備全部進行了加氣隔的整改。

（4）110kV保安電源投用后，我們就不能與現有220kV系統合環運行問題專題攻關。經多次與當地電力分公司技術咨詢和交流，得到大力支持，完成了系統參數和保護定值重新核算、調整工作，滿足了合環技術要求，并確定了雙方認同的合環方案，實現了保安電源與正式電源之間不停電切換功能。為公司電網負荷調整、檢修、事故應急等，包括220kV電站GIS設備隱患整改和局部改造的實施，創造了非常好的條件。

5 方案實施后的效果

公司電網結構，特別是冶煉負荷中心的網絡結構得到優化，GIS設備本體的主要隱患得到消除，系統安全可靠性大為提高，事故風險降低，在電網設備檢修及事故下的調度、負荷平衡、應急處置、保安保產能力極大增強。特別是在極端事故下，保安電源能保證全公司的基本保安用電和一座高爐的基本生產。

[責任編輯：薛俊歌]