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)
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。
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線路即鋼廠Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ Ⅳ線分別與系統(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線接入鋼廠2站,經(jīng)電廠Ⅲ、Ⅳ線接入鋼廠3站,鋼廠4個(gè)110 kV變電站之間的連接線路既有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
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。
從圖1可以看出,此種接線方式,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。
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,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)。
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]。
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。
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,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。
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;宜采用雙回線布置,單回線-變壓器組運(yùn)行的終端供電方式;平行雙回線上的雙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。
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(圖1中的電廠Ⅰ、Ⅱ線)合環(huán)運(yùn)行,造成在一回線跳閘時(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)。
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。
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。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線出線開(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。
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。
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。
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。
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。