鞍鋼煉焦環保改造電力系統增容方案的研討

韓 帥，遲秀華，王林松，李 達，張文升，梁 菲

（1.鞍鋼股份有限公司能源管控中心，遼寧鞍山 114003；2.鞍鋼鑄鋼有限公司，遼寧鞍山 114031）

前言

近年來，鞍鋼對煉焦、燒結、煉鐵、煉鋼等產線增設除塵環保設施，會造成局部電網容量不足的情況。從電力系統角度分析，煉焦環保項目集中在05變及21變系統，煉鋼技改項目集中在107變及02變系統。對各變電所容量不足情況進行梳理，提出能夠滿足煉焦和煉鋼項目電力系統改造方案。

1 環保技改項目新增電力負荷

對鞍鋼近期實施及準備實施的涉及煉焦環保項目及煉鋼二、三分廠技改項目進行梳理，并對各項目用電容量需求梳理(詳見表1-2)，東區煉焦環保項目主要可以由05 變電所或21 變電所供電，西區煉焦環保項目單獨取電源于151變電所，煉鋼二、三分廠技改項目主要可以由02 變電所或107 變電所供電，對上述5座變電所供電容量進行分析，找出各個變電所容量短板，進而制定電力增容方案。

2 各變電所增容需求

因環保需求，鞍鋼擬在化工煉焦區增建脫硫脫硝項目，其中7#焦爐脫硫脫硝項目已經建成，其他9座焦爐脫硫脫硝項目正在建設中。因此部分接入后，導致以05、21 和151 變電所為核心供電區域電網需相應的做調整，以滿足負荷接入系統的要求。

由表3 分析可知，21 變電所可以為煉焦項目供電，電力缺口在變壓器；同樣05 變電所也可以為煉焦項目供電，電力缺口在其66 kV 電源電北線。02變電所可以為煉鋼項目供電，電力缺口在變壓器；同樣107 變電所也可以為煉鋼項目供電，電力缺口在其66kV 電源電北線。而西區煉焦環保項目單獨由151變電所供電，電力缺口在變壓器。

3 鞍鋼新增煉焦脫硫脫硝負荷電網現狀

3.1 05變電所66 kV電網現狀

鞍鋼新增的煉焦環保護負荷（東部）的供電電源來自鞍鋼05、21 變電所的10 kV 配電網系統。新增的西區煉焦負荷的供電電源來自鞍鋼151變電所的10 kV配電網系統。

表1 煉焦新增電力負荷表

表2 煉鋼二、三分廠新增電力負荷表

表3 各變電所容量統計表

05 變電所的電壓等級為66 kV、10 kV，其66kV電源取自上級“北區電廠”的66 kV 系統，兩回66 kV電源分別是“北化1#、2#線”（單回導線截面為LGJ-240）。北區電站的兩回66kV 電源取自“電北1#、2#”線，其中電北1#線電源取自二發電南變66 kV 系統，電北2#線電源取自二發電北變66 kV系統，電北線單回導線截面為LGJ-240，接線示意圖見圖1。

由圖1 可知，66 kV 電北1#、2#線，是鞍鋼本部220 kV 二發電南變和二發電北變的聯絡線，同時為107變電所和北區電站供電，北區電站66 kV 母線由π接送出05變電所，負荷概況見表4。

圖1 05變電站66 kV電源接線示意圖

表4 電北線現有電力負荷表

線路為同塔雙回線結構，導線型號LGJ-240，線路總長8 km，主要用電負荷為107變供電的煉鋼二、三分廠的電爐及連鑄系統以及05 變供電的焦爐系統，現實際運行負荷50 MW。而電北線由LGJ-240鋼芯鋁絞線構成，其額定載流量610 A(即69 MW)是在環境溫度20 ℃時的參數，然而電北線線路運行年限較長，存在多處發熱隱患，通常在夏季運行電流達到445 A(即51 MW)時就會發熱，且該線路負荷較重，線路停電需在煉鋼二、三分廠轉爐及電爐停產減負荷期間進行，線路檢修極其困難。顯然無法滿足新增負荷的需求。

在北區電站系統中接有兩臺25 MW 的發電機組，其運行方式為夏季停發，冬季1 臺機組發電，扣除廠用電后，實發約18 MW。

在05變電所接有1臺25MW的余熱蒸汽回收發電機組，扣除廠用電后實際發電約23 MW。

未來北區電站2 臺發電機組由25 MW 增容至65 MW 時，考慮將29#變電站與108#變電站負荷接入北區電廠66 kV系統。

3.2 21變電所66 kV電網現狀

21 變電所的電壓等級為66 kV、10 kV，其66 kV電源共四回，兩回電源取自“鞍鋼二發電南變老東66 kV 系統”，分別是“電加1#、2#線”（單回導線截面為LGJ-300×2），雙線并列運行。另兩回電源取自鞍山地區“魏一變220kV變電站的66kV系統”，分別是“魏二中南北”線，目前，僅一回線“魏二中南線”運行，另一回線停運。接線示意圖見圖2。

圖2 21變電站66 kV電源接線示意圖

3.3 02變電所66 kV電網現狀

02 變電所的電壓等級為66 kV、10 kV，其66 kV電源共六回，兩回電源取自“鞍鋼二發電北變北I 母66 kV 系統”，分別是“新二中1#、2#線”（單回導線截面為LGJ-300×2），雙線并列運行。另兩回電源取自鞍山地區“魏一變220 kV 變電站的66 kV 系統”，分別是“魏二中南北”線（單回導線截面為LGJ-240），目前，僅一回線“魏二中南線”明備用，另一回線停運。再兩回電源取自鞍山地區“紅一變220 kV 變電站的南段西母66 kV 系統”，分別是“鞍二中甲乙”線（單回導線截面為LGJ-240）。示意圖見圖3。

圖3 02變電站66 kV電源接線示意圖

4 負荷預測及電力平衡

4.1 各變電所負荷預測

05 變電所和21 變電所都可以為煉焦環保項目提供電源，由于地理位置原因，05 變電所可以為絕大部分煉焦負荷供電，還有少量負荷需要由更近的14變電所供應；而21變電所可以為全部煉焦負荷供電，因此05變電所和21變電所增加負荷略有不同。

4.1.1 05變電所預荷預測

(1)05變電所的現有計算負荷如下：

Pjs=30 MW，Qjs=14.5 MVAR，Sjs=33.3 MVA

(2)新增脫硫負荷后05總降的預期負荷如下：

Pjs=38 MW，Qjs=18.4 MVAR，Sjs=42.2 MVA

可以預計脫硫脫硝裝置建成后，負荷會增加約8.9 MVA。

4.1.2 21變電所負荷預測

(1)21變電所的現有計算負荷如下：

Pjs=52 MW，Qjs=31.9 MVAR，Sjs=61 MVA

(2)新增脫硫負荷后21總降的預期負荷如下：

Pjs=60 MW，Qjs=39.1 MVAR，Sjs=71.6 MVA

可以預計脫硫脫硝裝置建成后，負荷會增加約10.6 MVA。

4.1.3 107變電所負荷預測

(1)107變電所的現有計算負荷如下：

Pjs=60 MW，Qjs=45 MVAR，Sjs=75 MVA

(2)新增煉鋼項目負荷后107 總降的預期負荷如下：

Pjs=71.7 MW，Qjs=54.1 MVAR，Sjs=89.3 MVA

(3)107變電所10kV系統的現有計算負荷如下：

Pjs=25 MW，Qjs=18.75 MVAR，Sjs=31.25 MVA

(4)107 變電所10kV 系統的的現有計算負荷如下：

Pjs=30MW，Qjs=22.5MVAR，Sjs=37.5MVA

可以預計煉鋼項目建成后，負荷會增加約5 MVA。

4.1.4 02變電所負荷預測

(1)02變電所的現有計算負荷如下：

Pjs=90 MW，Qjs=67.5 MVAR，Sjs=112.5 MVA

(2)新增煉鋼項目負荷后02 總降的預期負荷如下：

Pjs=103 MW，Qjs=76.6 MVAR，Sjs=128.4 MVA

可以預計煉鋼項目建成后，負荷會增加約15.9 MVA。

4.2 電力平衡

4.2.1 東區脫硫脫硝及煉鋼工程負荷接入電網系統電北線容量評估

電力平衡結果詳見表5。

表5 電北線66 kV電力負荷平衡表

從平衡結果看，05 變電所在新增煉焦脫硫生產線后，最大負荷時05變電所在正常情況下是可以滿足運行要求的。在主變N-1 的情況下，一臺主變提供全部一、二級負荷的用電電源。

107變電所在新增煉鋼車間10 kV 負荷后，最大負荷時107變電所在正常情況下是可以滿足運行要求的。在主變N-1 的情況下，三臺主變提供全部一、二級負荷的用電電源。

電北線在正常情況下的經濟運行負荷約為49 MVA，事故情況下單回線路可提供的極限運行負荷為65.5 MVA，從平衡結果看，電北線正常運行時已經不能在經濟運行負荷范圍內，供電能力已不能滿足N-1 情況下的運行要求，2018 年時供電缺口將進一步擴大，故電北線需要增容。

4.2.2 東區脫硫脫硝接入21 變所在電網系統電力平衡

電力平衡結果詳見表6。

從平衡結果看，21 變電所在新增煉焦脫硫生產線后，最大負荷時21變電所在正常情況下是可以滿足運行要求的。在主變N-1 的情況下，一臺主變不能為全部的一、二級負荷提供電源，故21 變電所的每臺主變需要增容至63 MVA。

上級66 kV 電源線路在正常以及N-1 運行方式下都可以滿足運行要求。

4.2.3 煉鋼工程負荷接入02 變所在電網系統電力平衡

電力平衡結果詳見表7。從平衡結果看，02 變電所在新增煉鋼工程負荷后，最大負荷下02變電所在正常情況下是可以滿足運行要求的。在主變N-1的情況下，現有2臺主變不能滿足全部一、二級負荷的供電要求，故02 變電所現有2 臺45 MVA 的主變需增容至63 MVA。上級66 kV 電源線路在正常以及N-1運行方式下都可以滿足運行要求。

表6 21變電力平衡表

表7 02變電力平衡表

5 電力系統增容方案

由上部變電站電力系統分析，可以有以下2 個方案來滿足新增煉焦和煉鋼項目的電力需求。

5.1 方案一(02變、21變分別增容)

將21 變電 所2 臺50MVA 主 變和02 變電所2 臺45MVA 主變全部增容至2 臺63MVA 主變是相對簡單的方案。僅對02 和21 變兩個局部變電所進行改造后，煉焦環保改造項目新增負荷可以由21 變解決，煉鋼技改項目新增負荷可以由02 變解決(負荷分配詳見表8)。

表8 方案一容量解決表

5.2 方案二(電北線增容)

66 kV 電北1#、2#線為鞍鋼220 kV 二發電南變和北變的聯絡線，帶107變及北區電站負荷，北區電站送出北化1#、2#線帶05 變，同時送出前鍍1#、2#線給29 變電所、108 變電所作備用。各所具體負荷詳見圖1。對66 kV 電北1#、2#線進行增容后，05 變電所和107 變電所電力容量瓶頸問題解決，05 變電所、02變電所和107變電所無需改造，同時解決煉焦及煉鋼兩地改造容量問題；05 變電所系統可以解決煉焦10座焦爐環保項目全部電力需求；煉鋼新增負荷分別從107 變電所和02 變電所系統取電源(負荷分配詳見表9)。

表9 方案二容量解決表

對電北線線路進行擴容改造，導線采用LGJ-240∕30×2，達到容量翻倍的效果。由于該線路所帶負荷重要，無法同停作業，無法利用原路由更換桿塔作業。該線路橫跨鞍鋼南北廠區，線路跨越13條66 kV 線路、15 條10 kV 線路及28 條鐵路，地理條件十分復雜，很難形成新的線路路由。新建線路運行容量翻倍，鐵塔投資較大、工期較長，因此，決定采用只更換導線、不更換桿塔的方式進行改造。

該線路除部分近期改造的鋼管塔外，其余結構塔運行30 年后，各項安全系數大大下降，導線對地安全距離僅為7 m。因此改造時，一是要滿足容量的需要，即滿足LGJ-240∕30×2 的載流量；二是導線重量不能大于原LGJ-240∕30 的重量；三是要減小弧垂，提高導線對地距離；四是盡量縮短停電時間。經過慎密研究，計劃在對原線路不改變桿塔和基礎的情況下，采用同等截面的JRLX∕T 碳纖維導線(碳纖維復合芯導線，JLRX∕T-310∕40)。

6 經濟性分析

6.1 方案一(02變、21變分別增容)

新增煉焦負荷(9 MW)與煉鋼負荷(13 MW)分別固定在南、北變運行，不具備調負荷能力；如果南變出現2 臺以上發電機停機或檢修時(2017 年2 次)，鞍紅線新增最大需量9 MW；如果北變CCPP 出現停機或檢修時(2017 年5 次)，電城線新增最大需量13 MW。超需量部分按66 元∕kWh 計費。電北線增容將避免產生需量電費548 萬元。見表10。

表10 最大需量計算表

4臺變壓器增容費用：270×4=1080萬元

新增基本電費費用420萬元，具體計算如下：

21變電所和02變電所均為雙母線運行方式，分別運行于電業局及鞍鋼二發電系統，其增容將直接引起基本電費升高，該項目竣工與2018 年秋季，此時電業局收費標準按實際最大需量收取，可以低于主變裝機容量的40%，然而該系統運行負荷高于40%，根據第3 章02 變電所及21 變電所得負荷預測，02 變電所增容15.9 MVA，21 變電所增容10.6 MVA，考慮其增容部分中50%運行于電業局系統，另外，兩變電所按80%同時系數考慮。

6.2 方案二(電北線增容)

新增煉焦和煉鋼負荷在聯絡線電北線運行，提高控制電城線及鞍紅線最大需量及上網電量能力。避免二發電南北變發電機組出現事故停機時將產生需量548 萬元。

電北線增容費用：100×8=800 萬元避免02變和21變變壓器增容基本電費420 萬元。

6.3 方案對比

方案一與方案二詳細優缺點對比詳見表11。

表11 方案對比表

方案二與方案一比較，除建設投資費用少280萬無以外，每年還減少基本電費及需量電費運行成本968 萬元，總計節省費用1248 萬元。同時方案二還增加了二發電南北變間負荷調整能力，對鞍鋼控制電網最大需量和上網電量都會起到積極作用。新增煉鋼負荷(13 MW)及熱軋1700 線(22 MW)，在新二中線(北變)運行，未來新二中線負荷加重，檢修困難。

綜上，鞍鋼煉焦脫硫脫硝和煉鋼新增項目的電源方案，推薦采用“方案二”作為工程的接入系統方案。

7 結束語

對于多個項目的能源管理要從系統角度思考問題，統一考慮電力系統增容方案，避免單獨項目分別增容造成總體方案不合理，投資偏高等問題。