韓 帥，遲秀華，王林松，李 達(dá)，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(lái)，鞍鋼對(duì)煉焦、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼等產(chǎn)線增設(shè)除塵環(huán)保設(shè)施，會(huì)造成局部電網(wǎng)容量不足的情況。從電力系統(tǒng)角度分析，煉焦環(huán)保項(xiàng)目集中在05變及21變系統(tǒng)，煉鋼技改項(xiàng)目集中在107變及02變系統(tǒng)。對(duì)各變電所容量不足情況進(jìn)行梳理，提出能夠滿足煉焦和煉鋼項(xiàng)目電力系統(tǒng)改造方案。

1 環(huán)保技改項(xiàng)目新增電力負(fù)荷

對(duì)鞍鋼近期實(shí)施及準(zhǔn)備實(shí)施的涉及煉焦環(huán)保項(xiàng)目及煉鋼二、三分廠技改項(xiàng)目進(jìn)行梳理，并對(duì)各項(xiàng)目用電容量需求梳理(詳見(jiàn)表1-2)，東區(qū)煉焦環(huán)保項(xiàng)目主要可以由05 變電所或21 變電所供電，西區(qū)煉焦環(huán)保項(xiàng)目單獨(dú)取電源于151變電所，煉鋼二、三分廠技改項(xiàng)目主要可以由02 變電所或107 變電所供電，對(duì)上述5座變電所供電容量進(jìn)行分析，找出各個(gè)變電所容量短板，進(jìn)而制定電力增容方案。

2 各變電所增容需求

因環(huán)保需求，鞍鋼擬在化工煉焦區(qū)增建脫硫脫硝項(xiàng)目，其中7#焦?fàn)t脫硫脫硝項(xiàng)目已經(jīng)建成，其他9座焦?fàn)t脫硫脫硝項(xiàng)目正在建設(shè)中。因此部分接入后，導(dǎo)致以05、21 和151 變電所為核心供電區(qū)域電網(wǎng)需相應(yīng)的做調(diào)整，以滿足負(fù)荷接入系統(tǒng)的要求。

由表3 分析可知，21 變電所可以為煉焦項(xiàng)目供電，電力缺口在變壓器；同樣05 變電所也可以為煉焦項(xiàng)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(xiàng)目供電，電力缺口在變壓器；同樣107 變電所也可以為煉鋼項(xiàng)目供電，電力缺口在其66kV 電源電北線。而西區(qū)煉焦環(huán)保項(xiàng)目單獨(dú)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(fù)荷電網(wǎng)現(xiàn)狀

3.1 05變電所66 kV電網(wǎng)現(xiàn)狀

鞍鋼新增的煉焦環(huán)保護(hù)負(fù)荷（東部）的供電電源來(lái)自鞍鋼05、21 變電所的10 kV 配電網(wǎng)系統(tǒng)。新增的西區(qū)煉焦負(fù)荷的供電電源來(lái)自鞍鋼151變電所的10 kV配電網(wǎng)系統(tǒng)。

表1 煉焦新增電力負(fù)荷表

表2 煉鋼二、三分廠新增電力負(fù)荷表

表3 各變電所容量統(tǒng)計(jì)表

05 變電所的電壓等級(jí)為66 kV、10 kV，其66kV電源取自上級(jí)“北區(qū)電廠”的66 kV 系統(tǒng)，兩回66 kV電源分別是“北化1#、2#線”（單回導(dǎo)線截面為L(zhǎng)GJ-240）。北區(qū)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(fā)電南變66 kV 系統(tǒng)，電北2#線電源取自二發(fā)電北變66 kV系統(tǒng)，電北線單回導(dǎo)線截面為L(zhǎng)GJ-240，接線示意圖見(jiàn)圖1。

由圖1 可知，66 kV 電北1#、2#線，是鞍鋼本部220 kV 二發(fā)電南變和二發(fā)電北變的聯(lián)絡(luò)線，同時(shí)為107變電所和北區(qū)電站供電，北區(qū)電站66 kV 母線由π接送出05變電所，負(fù)荷概況見(jiàn)表4。

圖1 05變電站66 kV電源接線示意圖

表4 電北線現(xiàn)有電力負(fù)荷表

線路為同塔雙回線結(jié)構(gòu)，導(dǎo)線型號(hào)LGJ-240，線路總長(zhǎng)8 km，主要用電負(fù)荷為107變供電的煉鋼二、三分廠的電爐及連鑄系統(tǒng)以及05 變供電的焦?fàn)t系統(tǒng)，現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷50 MW。而電北線由LGJ-240鋼芯鋁絞線構(gòu)成，其額定載流量610 A(即69 MW)是在環(huán)境溫度20 ℃時(shí)的參數(shù)，然而電北線線路運(yùn)行年限較長(zhǎng)，存在多處發(fā)熱隱患，通常在夏季運(yùn)行電流達(dá)到445 A(即51 MW)時(shí)就會(huì)發(fā)熱，且該線路負(fù)荷較重，線路停電需在煉鋼二、三分廠轉(zhuǎn)爐及電爐停產(chǎn)減負(fù)荷期間進(jìn)行，線路檢修極其困難。顯然無(wú)法滿足新增負(fù)荷的需求。

在北區(qū)電站系統(tǒng)中接有兩臺(tái)25 MW 的發(fā)電機(jī)組，其運(yùn)行方式為夏季停發(fā)，冬季1 臺(tái)機(jī)組發(fā)電，扣除廠用電后，實(shí)發(fā)約18 MW。

在05變電所接有1臺(tái)25MW的余熱蒸汽回收發(fā)電機(jī)組，扣除廠用電后實(shí)際發(fā)電約23 MW。

未來(lái)北區(qū)電站2 臺(tái)發(fā)電機(jī)組由25 MW 增容至65 MW 時(shí)，考慮將29#變電站與108#變電站負(fù)荷接入北區(qū)電廠66 kV系統(tǒng)。

3.2 21變電所66 kV電網(wǎng)現(xiàn)狀

21 變電所的電壓等級(jí)為66 kV、10 kV，其66 kV電源共四回，兩回電源取自“鞍鋼二發(fā)電南變老東66 kV 系統(tǒng)”，分別是“電加1#、2#線”（單回導(dǎo)線截面為L(zhǎng)GJ-300×2），雙線并列運(yùn)行。另兩回電源取自鞍山地區(qū)“魏一變220kV變電站的66kV系統(tǒng)”，分別是“魏二中南北”線，目前，僅一回線“魏二中南線”運(yùn)行，另一回線停運(yùn)。接線示意圖見(jiàn)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(wǎng)現(xiàn)狀

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

圖3 02變電站66 kV電源接線示意圖

4 負(fù)荷預(yù)測(cè)及電力平衡

4.1 各變電所負(fù)荷預(yù)測(cè)

05 變電所和21 變電所都可以為煉焦環(huán)保項(xiàng)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(fù)荷供電，還有少量負(fù)荷需要由更近的14變電所供應(yīng)；而21變電所可以為全部煉焦負(fù)荷供電，因此05變電所和21變電所增加負(fù)荷略有不同。

4.1.1 05變電所預(yù)荷預(yù)測(cè)

(1)05變電所的現(xiàn)有計(jì)算負(fù)荷如下：

Pjs=30 MW，Qjs=14.5 MVAR，Sjs=33.3 MVA

(2)新增脫硫負(fù)荷后05總降的預(yù)期負(fù)荷如下：

Pjs=38 MW，Qjs=18.4 MVAR，Sjs=42.2 MVA

可以預(yù)計(jì)脫硫脫硝裝置建成后，負(fù)荷會(huì)增加約8.9 MVA。

4.1.2 21變電所負(fù)荷預(yù)測(cè)

(1)21變電所的現(xiàn)有計(jì)算負(fù)荷如下：

Pjs=52 MW，Qjs=31.9 MVAR，Sjs=61 MVA

(2)新增脫硫負(fù)荷后21總降的預(yù)期負(fù)荷如下：

Pjs=60 MW，Qjs=39.1 MVAR，Sjs=71.6 MVA

可以預(yù)計(jì)脫硫脫硝裝置建成后，負(fù)荷會(huì)增加約10.6 MVA。

4.1.3 107變電所負(fù)荷預(yù)測(cè)

(1)107變電所的現(xiàn)有計(jì)算負(fù)荷如下：

Pjs=60 MW，Qjs=45 MVAR，Sjs=75 MVA

(2)新增煉鋼項(xiàng)目負(fù)荷后107 總降的預(yù)期負(fù)荷如下：

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

(3)107變電所10kV系統(tǒng)的現(xiàn)有計(jì)算負(fù)荷如下：

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

(4)107 變電所10kV 系統(tǒng)的的現(xiàn)有計(jì)算負(fù)荷如下：

Pjs=30MW，Qjs=22.5MVAR，Sjs=37.5MVA

可以預(yù)計(jì)煉鋼項(xiàng)目建成后，負(fù)荷會(huì)增加約5 MVA。

4.1.4 02變電所負(fù)荷預(yù)測(cè)

(1)02變電所的現(xiàn)有計(jì)算負(fù)荷如下：

Pjs=90 MW，Qjs=67.5 MVAR，Sjs=112.5 MVA

(2)新增煉鋼項(xiàng)目負(fù)荷后02 總降的預(yù)期負(fù)荷如下：

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

可以預(yù)計(jì)煉鋼項(xiàng)目建成后，負(fù)荷會(huì)增加約15.9 MVA。

4.2 電力平衡

4.2.1 東區(qū)脫硫脫硝及煉鋼工程負(fù)荷接入電網(wǎng)系統(tǒng)電北線容量評(píng)估

電力平衡結(jié)果詳見(jiàn)表5。

表5 電北線66 kV電力負(fù)荷平衡表

從平衡結(jié)果看，05 變電所在新增煉焦脫硫生產(chǎn)線后，最大負(fù)荷時(shí)05變電所在正常情況下是可以滿足運(yùn)行要求的。在主變N-1 的情況下，一臺(tái)主變提供全部一、二級(jí)負(fù)荷的用電電源。

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

電北線在正常情況下的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)荷約為49 MVA，事故情況下單回線路可提供的極限運(yùn)行負(fù)荷為65.5 MVA，從平衡結(jié)果看，電北線正常運(yùn)行時(shí)已經(jīng)不能在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)荷范圍內(nèi)，供電能力已不能滿足N-1 情況下的運(yùn)行要求，2018 年時(shí)供電缺口將進(jìn)一步擴(kuò)大，故電北線需要增容。

4.2.2 東區(qū)脫硫脫硝接入21 變所在電網(wǎng)系統(tǒng)電力平衡

電力平衡結(jié)果詳見(jiàn)表6。

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

上級(jí)66 kV 電源線路在正常以及N-1 運(yùn)行方式下都可以滿足運(yùn)行要求。

4.2.3 煉鋼工程負(fù)荷接入02 變所在電網(wǎng)系統(tǒng)電力平衡

電力平衡結(jié)果詳見(jiàn)表7。從平衡結(jié)果看，02 變電所在新增煉鋼工程負(fù)荷后，最大負(fù)荷下02變電所在正常情況下是可以滿足運(yùn)行要求的。在主變N-1的情況下，現(xiàn)有2臺(tái)主變不能滿足全部一、二級(jí)負(fù)荷的供電要求，故02 變電所現(xiàn)有2 臺(tái)45 MVA 的主變需增容至63 MVA。上級(jí)66 kV 電源線路在正常以及N-1運(yùn)行方式下都可以滿足運(yùn)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(tǒng)增容方案

由上部變電站電力系統(tǒng)分析，可以有以下2 個(gè)方案來(lái)滿足新增煉焦和煉鋼項(xiàng)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(tái)50MVA 主 變和02 變電所2 臺(tái)45MVA 主變?nèi)吭鋈葜? 臺(tái)63MVA 主變是相對(duì)簡(jiǎn)單的方案。僅對(duì)02 和21 變兩個(gè)局部變電所進(jìn)行改造后，煉焦環(huán)保改造項(xiàng)目新增負(fù)荷可以由21 變解決，煉鋼技改項(xiàng)目新增負(fù)荷可以由02 變解決(負(fù)荷分配詳見(jiàn)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(fā)電南變和北變的聯(lián)絡(luò)線，帶107變及北區(qū)電站負(fù)荷，北區(qū)電站送出北化1#、2#線帶05 變，同時(shí)送出前鍍1#、2#線給29 變電所、108 變電所作備用。各所具體負(fù)荷詳見(jiàn)圖1。對(duì)66 kV 電北1#、2#線進(jìn)行增容后，05 變電所和107 變電所電力容量瓶頸問(wèn)題解決，05 變電所、02變電所和107變電所無(wú)需改造，同時(shí)解決煉焦及煉鋼兩地改造容量問(wèn)題；05 變電所系統(tǒng)可以解決煉焦10座焦?fàn)t環(huán)保項(xiàng)目全部電力需求；煉鋼新增負(fù)荷分別從107 變電所和02 變電所系統(tǒng)取電源(負(fù)荷分配詳見(jiàn)表9)。

表9 方案二容量解決表

對(duì)電北線線路進(jìn)行擴(kuò)容改造，導(dǎo)線采用LGJ-240∕30×2，達(dá)到容量翻倍的效果。由于該線路所帶負(fù)荷重要，無(wú)法同停作業(yè)，無(wú)法利用原路由更換桿塔作業(yè)。該線路橫跨鞍鋼南北廠區(qū)，線路跨越13條66 kV 線路、15 條10 kV 線路及28 條鐵路，地理?xiàng)l件十分復(fù)雜，很難形成新的線路路由。新建線路運(yùn)行容量翻倍，鐵塔投資較大、工期較長(zhǎng)，因此，決定采用只更換導(dǎo)線、不更換桿塔的方式進(jìn)行改造。

該線路除部分近期改造的鋼管塔外，其余結(jié)構(gòu)塔運(yùn)行30 年后，各項(xiàng)安全系數(shù)大大下降，導(dǎo)線對(duì)地安全距離僅為7 m。因此改造時(shí)，一是要滿足容量的需要，即滿足LGJ-240∕30×2 的載流量；二是導(dǎo)線重量不能大于原LGJ-240∕30 的重量；三是要減小弧垂，提高導(dǎo)線對(duì)地距離；四是盡量縮短停電時(shí)間。經(jīng)過(guò)慎密研究，計(jì)劃在對(duì)原線路不改變桿塔和基礎(chǔ)的情況下，采用同等截面的JRLX∕T 碳纖維導(dǎo)線(碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線，JLRX∕T-310∕40)。

6 經(jīng)濟(jì)性分析

6.1 方案一(02變、21變分別增容)

新增煉焦負(fù)荷(9 MW)與煉鋼負(fù)荷(13 MW)分別固定在南、北變運(yùn)行，不具備調(diào)負(fù)荷能力；如果南變出現(xiàn)2 臺(tái)以上發(fā)電機(jī)停機(jī)或檢修時(shí)(2017 年2 次)，鞍紅線新增最大需量9 MW；如果北變CCPP 出現(xiàn)停機(jī)或檢修時(shí)(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(jì)費(fèi)。電北線增容將避免產(chǎn)生需量電費(fèi)548 萬(wàn)元。見(jiàn)表10。

表10 最大需量計(jì)算表

4臺(tái)變壓器增容費(fèi)用：270×4=1080萬(wàn)元

新增基本電費(fèi)費(fèi)用420萬(wàn)元，具體計(jì)算如下：

21變電所和02變電所均為雙母線運(yùn)行方式，分別運(yùn)行于電業(yè)局及鞍鋼二發(fā)電系統(tǒng)，其增容將直接引起基本電費(fèi)升高，該項(xiàng)目竣工與2018 年秋季，此時(shí)電業(yè)局收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)按實(shí)際最大需量收取，可以低于主變裝機(jī)容量的40%，然而該系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷高于40%，根據(jù)第3 章02 變電所及21 變電所得負(fù)荷預(yù)測(cè)，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(yùn)行于電業(yè)局系統(tǒng)，另外，兩變電所按80%同時(shí)系數(shù)考慮。

6.2 方案二(電北線增容)

新增煉焦和煉鋼負(fù)荷在聯(lián)絡(luò)線電北線運(yùn)行，提高控制電城線及鞍紅線最大需量及上網(wǎng)電量能力。避免二發(fā)電南北變發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)事故停機(jī)時(shí)將產(chǎn)生需量548 萬(wàn)元。

電北線增容費(fèi)用：100×8=800 萬(wàn)元避免02變和21變變壓器增容基本電費(fèi)420 萬(wàn)元。

6.3 方案對(duì)比

方案一與方案二詳細(xì)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比詳見(jiàn)表11。

表11 方案對(duì)比表

方案二與方案一比較，除建設(shè)投資費(fèi)用少280萬(wàn)無(wú)以外，每年還減少基本電費(fèi)及需量電費(fèi)運(yùn)行成本968 萬(wàn)元，總計(jì)節(jié)省費(fèi)用1248 萬(wàn)元。同時(shí)方案二還增加了二發(fā)電南北變間負(fù)荷調(diào)整能力，對(duì)鞍鋼控制電網(wǎng)最大需量和上網(wǎng)電量都會(huì)起到積極作用。新增煉鋼負(fù)荷(13 MW)及熱軋1700 線(22 MW)，在新二中線(北變)運(yùn)行，未來(lái)新二中線負(fù)荷加重，檢修困難。

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

7 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于多個(gè)項(xiàng)目的能源管理要從系統(tǒng)角度思考問(wèn)題，統(tǒng)一考慮電力系統(tǒng)增容方案，避免單獨(dú)項(xiàng)目分別增容造成總體方案不合理，投資偏高等問(wèn)題。