詹守權(quán) ，劉迎宇 ，徐強(qiáng) ，孟志權(quán) ，闞頌 ，郝飛

（1.鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口 115007；2.南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102）

鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)是高耗電的企業(yè)，電能的使用和供應(yīng)情況復(fù)雜，電力系統(tǒng)與各工藝流程相關(guān)聯(lián)，涉及鋼鐵生產(chǎn)的各個方面，貫穿企業(yè)的轉(zhuǎn)換輸配環(huán)節(jié)且終端用戶眾多［1-3］。鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司（以下簡稱“鲅魚圈”）電網(wǎng)分為兩大供電區(qū)域，分別由分公司自有的220 kV鋼鐵變和營口供電公司下轄的220 kV范家變供電，主要采用工序集中供電原則，熱軋、厚板、焦化、煉鐵、燒結(jié)、原料、制氧、煉鋼、中板等工序分別建造獨(dú)立的66 kV總降壓變電站為其提供電源，鋼鐵變主要向熱軋、厚板、焦化、原料、中板、煉鋼10 kV一段、2座LF爐、3#制氧機(jī)、煉鐵10 kV一段、燒結(jié)10 kV二段、1#電鼓供電；范家變主要向燒結(jié)10 kV一段、煉鐵10 kV二段、2#電鼓、煉鋼10 kV二段、2#制氧機(jī)供電。

依據(jù) 《國家發(fā)展改革委關(guān)于降低一般工商業(yè)電價有關(guān)事項(xiàng)的通知》，鲅魚圈鋼鐵變、制氧總降、煉鐵總降、煉鋼總降、燒結(jié)總降為外購電變電站，基本電費(fèi)結(jié)算方式由固定需量（需求電量）方式繳納改為按實(shí)際最大需量繳納。為了降低月度最大需量，達(dá)到節(jié)約電費(fèi)支出的目的，從鲅魚圈電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、發(fā)電機(jī)組分布和各工序負(fù)荷出發(fā)，結(jié)合能源集控項(xiàng)目建立電力需量控制模型，改善了資源配置，合理分配了發(fā)電資源并網(wǎng)點(diǎn)，對結(jié)算關(guān)口進(jìn)行需量控制，提升了終端用電效率，降低了用電費(fèi)用，取得較好的效果。

1 供電系統(tǒng)的組成

鲅魚圈與大電網(wǎng)連接的線路共有10條，其中220 kV需量監(jiān)測關(guān)口線路2條：鋼鐵變的望鐵1#線和2#線；66 kV需量監(jiān)測關(guān)口線路8條：制氧總降的范氧甲線、乙線；煉鋼總降范鋼甲線、乙線；煉鐵總降范鐵甲線、乙線；燒結(jié)總降范燒甲線、乙線。根據(jù)鲅魚圈實(shí)際情況和負(fù)荷分布，望鐵1#線、望鐵2#線、范鋼甲線、范燒甲線、范氧甲線、范鐵乙線是需要重點(diǎn)關(guān)注需量的監(jiān)測點(diǎn)。圖1為鲅魚圈供配電系統(tǒng)簡圖，圖中66 kV聯(lián)絡(luò)線共2條，是架空線路，分別提供煉鐵、制氧、煉鋼總降的一半負(fù)荷和煉鋼LF負(fù)荷；10 kV原料燒結(jié)聯(lián)絡(luò)線電纜為直埋線路，充電備用。從圖1可以看出，由于關(guān)口需量線路眾多，存在多個關(guān)口同時越限的可能，增加了需量調(diào)控的難度。

圖1 鲅魚圈供配電系統(tǒng)簡圖Fig.1 Diagram of Power Supply and Power Distribution System in Bayuquan Branch

2 需量決策分析系統(tǒng)的建立

鲅魚圈依托智能電力調(diào)度系統(tǒng)，結(jié)合各個工序負(fù)荷的數(shù)據(jù)，建立電力需量決策分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)需量相關(guān)的各個廠站主要線路的需量實(shí)時計算［4-6］；基于調(diào)度運(yùn)行駕駛艙技術(shù)實(shí)時更新負(fù)荷潮流變化情況［7］；關(guān)口需量集中監(jiān)視以儀表盤結(jié)合曲線展示的方式，在儀表盤中設(shè)定需量越限區(qū)間；在曲線中同樣設(shè)定需量越限曲線，通過和實(shí)測需量曲線的對比可以看出何時出現(xiàn)越限及越限的幅度，為需量實(shí)時調(diào)控提供知識決策信息，提高調(diào)度運(yùn)行水平。

鲅魚圈供電網(wǎng)絡(luò)可以構(gòu)成小型電力系統(tǒng)，外購電、發(fā)電機(jī)發(fā)電組成電源端，各工藝生產(chǎn)耗電為消耗端。最大需量繳納基本電費(fèi)是外購電費(fèi)重要組成部分，通過上述對電力系統(tǒng)的分析認(rèn)為，控制最大需量應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注需量關(guān)口所轄生產(chǎn)電力負(fù)荷的變化，選擇合適發(fā)電機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)，調(diào)整能源介質(zhì)分配，提高發(fā)電機(jī)出力。表1所示為關(guān)口線路、電力負(fù)荷以及發(fā)電機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)，發(fā)電機(jī)可以根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和耗電情況選擇并網(wǎng)點(diǎn)，在受到能源介質(zhì)影響的情況下合理調(diào)整電力負(fù)荷和發(fā)電機(jī)工作。

表1 關(guān)口線路、電力負(fù)荷以及發(fā)電機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)Table 1 Gateway Line,Power Load and Generator Parallel-in Point

3 需量控制統(tǒng)籌方案制定及變動原因分析

3.1 統(tǒng)籌方案制定

正常運(yùn)行情況下，各關(guān)口線路需量維持在理論計算負(fù)荷水平上，但電網(wǎng)生產(chǎn)線檢修、事故處理、缺陷處理、系統(tǒng)接地、發(fā)電機(jī)負(fù)荷調(diào)整等諸多因素會影響最大需量的發(fā)生。為了有效控制最大需量，制定的需量統(tǒng)籌方案如下。

（1）保證各發(fā)電機(jī)最大負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）發(fā)電機(jī)出力調(diào)整或計劃檢修要與各生產(chǎn)線配合，并提前申請進(jìn)行電力平衡后方可進(jìn)行。

（3）安排設(shè)備檢修與供電公司檢修同步進(jìn)行，或與主體生產(chǎn)線檢修同步進(jìn)行，電網(wǎng)上下級配合。

（4）超過1 000 kVA設(shè)備起機(jī)或倒負(fù)荷申請電網(wǎng)環(huán)并時要報主管部門，電力平衡無問題后方可進(jìn)行。

（5）電網(wǎng)事故處理、缺陷處理、系統(tǒng)接地時，按照事故的嚴(yán)重性，將控制最大負(fù)荷與事故處理結(jié)合起來統(tǒng)籌安排。

3.2 需量變動原因分析

為加強(qiáng)沖擊負(fù)荷的控制，需對電力需量變動原因做進(jìn)一步分析。以檢修計劃為例，當(dāng)多條生產(chǎn)線同時進(jìn)行檢修作業(yè)時，總電力負(fù)荷將會出現(xiàn)大的凹谷。檢修后，各作業(yè)線所欠產(chǎn)能將會在之后某個時間集中釋放，從而推高當(dāng)日用電負(fù)荷峰值，進(jìn)而影響當(dāng)月需量值。如果只是單一錯開每條生產(chǎn)線的檢修時間，減少同時檢修的產(chǎn)線又會出現(xiàn)煤氣發(fā)生量與使用量、蒸汽發(fā)生量和使用量不匹配問題，出現(xiàn)例如軋線檢修煤氣、蒸汽全部用于發(fā)電后還有過剩放散問題，而單一高爐休風(fēng)檢修或焦?fàn)t檢修時會出現(xiàn)煤氣、蒸汽量不足，發(fā)電機(jī)組不飽和問題，進(jìn)而增加當(dāng)日線路關(guān)口的需量。圖2為能源介質(zhì)關(guān)系圖。圖2中，能源介質(zhì)指煤氣、蒸汽，其中煤氣包含高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣。生產(chǎn)工藝使用電力負(fù)荷產(chǎn)生煤氣、蒸汽等能源介質(zhì)，能源介質(zhì)用于發(fā)電反饋給電網(wǎng)，并與線路關(guān)口的電力共同為生產(chǎn)工藝提供電力負(fù)荷。

圖2 能源介質(zhì)關(guān)系圖Fig.2 Diagram of Energy Medium Relationship

圖3為能源之間轉(zhuǎn)換關(guān)系圖。

圖3 能源之間轉(zhuǎn)換關(guān)系圖Fig.3 Diagram for Energy Conversion

由圖3看出，能源介質(zhì)量、生產(chǎn)工藝負(fù)荷值、發(fā)電機(jī)組發(fā)電量與線路關(guān)口需量存在較強(qiáng)的耦合關(guān)系，生產(chǎn)工藝負(fù)荷值既產(chǎn)生又消耗能源介質(zhì)量，能源介質(zhì)量影響發(fā)電機(jī)發(fā)電量，發(fā)電機(jī)發(fā)電量和生產(chǎn)工藝負(fù)荷值共同影響線路關(guān)口需量的產(chǎn)生。

梳理鲅魚圈生產(chǎn)檢修鏈條認(rèn)為，高爐煤氣發(fā)生量影響多個發(fā)電機(jī)組發(fā)電量，對關(guān)口需量影響最大。因此將工藝檢修的起始點(diǎn)設(shè)定為高爐，對每次檢修的負(fù)荷情況進(jìn)行有效分析，上、下游工藝同步檢修將對需量控制起到串聯(lián)作用，分析4 h和16 h時高爐檢修負(fù)荷平衡和發(fā)電機(jī)負(fù)荷關(guān)系，根據(jù)計算經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定需量模擬值，通過負(fù)荷平衡使之達(dá)到需量目標(biāo)值，積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。表2為各關(guān)口需量值及發(fā)電機(jī)負(fù)荷分布。

表2 各關(guān)口需量值及發(fā)電機(jī)負(fù)荷分布Table 2 Power Demand Values for Each Gateway and Generator Load Distribution

4 需量統(tǒng)籌方案的調(diào)控

4.1 調(diào)整原因分析

針對高爐休風(fēng)計劃細(xì)化需量控制統(tǒng)籌方案，以高爐4 h和16 h休風(fēng)為例進(jìn)行分析。

高爐4 h休風(fēng)時，保證1#煤氣爐高負(fù)荷運(yùn)行，對應(yīng)保證范氧甲線最大需量不變，TRT發(fā)電機(jī)組在此期間不允許電動運(yùn)行，起機(jī)速度不能影響范鐵乙線的最大需量，2#CDQ高負(fù)荷運(yùn)行確保滿足范鋼甲線需量；電鼓低負(fù)荷運(yùn)行，軋線配合停軋（熱軋或中厚板），2臺LF爐及其動補(bǔ)裝置錯峰生產(chǎn)或停一臺LF爐，CCPP、2#煤氣爐和1#CDQ在煤氣、蒸汽總體平衡情況下提高發(fā)電量。4 h休風(fēng)控制難點(diǎn)在于休風(fēng)時間短，有些生產(chǎn)負(fù)荷難以降至最低值，煤氣量不穩(wěn)定，難以保證正常發(fā)電量。

16 h休風(fēng)控制措施與4 h的區(qū)別不大，控制難點(diǎn)在于休風(fēng)時間長，煤氣柜煤氣量既要滿足正常生產(chǎn)又要適度控制，需要計算發(fā)電量、負(fù)荷值和需量值之間的關(guān)系，既不能發(fā)電負(fù)荷過高又不能低負(fù)荷影響需量值。

4.2 調(diào)整方案制定

2019年11月22 日1#高爐休風(fēng)16 h電力最大需量控制方案如下。

（1）確定控制目標(biāo)

本次高爐休風(fēng)檢修影響望鐵1#、2#線、范氧甲線關(guān)口。望鐵1#、2#線最大需量目標(biāo)值為145 MW（當(dāng)時最大需量為148 MW）；范氧甲線最大需量目標(biāo)值為15.05 MW（當(dāng)時最大需量為15.05 MW）。

（2）制定控制策略

① 配合停產(chǎn)工序有中板、厚板、球團(tuán)、2#LF、2#制氧機(jī)、2#燒結(jié)機(jī)。

② 厚板、2#LF、球團(tuán)停產(chǎn)后，允許CCPP減負(fù)荷。停產(chǎn)必須安排在高爐休風(fēng)前1 h，由集控中心調(diào)度下令執(zhí)行。

③CCPP負(fù)荷最低減到60 MW，煤氣不足時，短時間控制熱風(fēng)爐用量。高爐休風(fēng)恢復(fù)后，1#電鼓達(dá)到10 MW負(fù)荷時，CCPP增加負(fù)荷至100 MW。

④2#制氧機(jī)運(yùn)行期間實(shí)時調(diào)整1#煤氣爐負(fù)荷，保證范氧甲線需量不超過15.05 MW，2#煤氣爐盡量多發(fā)電。2#制氧機(jī)停機(jī)期間1#煤氣爐保持最低負(fù)荷4 MW，制氧1#氮壓機(jī)由1#受電帶，1#綜合泵站一受電帶全負(fù)荷，保證2#煤氣爐盡量多發(fā)電。

⑤實(shí)時調(diào)整2#CDQ負(fù)荷，保證范鋼甲線需量不超過18.69 MW，1#CDQ盡量多發(fā)電。

⑥休風(fēng)前高爐柜、轉(zhuǎn)爐柜保證高柜位，焦?fàn)t燒高爐煤氣減至26萬m3/h，軋鋼系統(tǒng)可高熱值（13 MJ/m3）運(yùn)行。

⑦范氧甲線倒負(fù)荷前調(diào)整電壓差，減少環(huán)并電流，不超過最大需量15.05 MW。倒負(fù)荷期間環(huán)并時間控制在8 min內(nèi)。

⑧高爐休風(fēng)期間，要求厚板產(chǎn)線控制負(fù)荷在15 MW以內(nèi)，中板產(chǎn)線控制負(fù)荷在5 MW以內(nèi)，集控中心調(diào)度下令厚板部做好負(fù)荷控制。

⑨ 高爐送風(fēng)后，CCPP加滿負(fù)荷，由集控中心調(diào)度通知厚板、2#LF、球團(tuán)，方可恢復(fù)生產(chǎn)。

4.3 調(diào)整后的負(fù)荷平衡

調(diào)整后的望鐵關(guān)口負(fù)荷平衡表見表3。

表3 調(diào)整后望鐵關(guān)口負(fù)荷平衡表Table 3 Load Balance Table for Wangtie Gateway after Adjustment MW

由表3看出，1#高爐休風(fēng)檢修期間，高爐煤氣發(fā)生量減少，影響煤氣發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量，CCPP和2#煤氣爐的發(fā)電量分別從140 MW和18 MW降至60 MW和10 MW，確保整個煤氣系統(tǒng)平衡情況下穩(wěn)定發(fā)電；1#TRT為高爐余壓機(jī)組需要停機(jī)，燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組受燒結(jié)工序影響需要停機(jī)，系統(tǒng)發(fā)電量共減少119 MW。為配合1#高爐休風(fēng)檢修，中、厚板軋線、1臺LF、1#電鼓、燒結(jié)B系列、球團(tuán)計劃檢修，共降低耗電負(fù)荷121 MW，總體負(fù)荷平衡預(yù)估增加2 MW，其它生產(chǎn)線正常預(yù)估最大需量為145 MW，當(dāng)前已經(jīng)發(fā)生需量值148 MW。高爐休風(fēng)檢修期間嚴(yán)格執(zhí)行上述方案，將檢修負(fù)荷降至預(yù)估值以下，確保達(dá)到電力最大需量控制方案的目標(biāo)。

4.4 構(gòu)建電力需量控制數(shù)學(xué)模型

充分利用能源集控項(xiàng)目建立需量監(jiān)視與統(tǒng)計分析模塊，根據(jù)相對固化的工藝和檢修過程提煉出通用性更強(qiáng)的電力需量控制數(shù)學(xué)模型。表4為電力需量控制數(shù)學(xué)模型。

表4 電力需量控制數(shù)學(xué)模型Table 4 Mathematical Model for Power Demand Control MW

表4中，a～O代表正常生產(chǎn)工藝情況下能源介質(zhì)產(chǎn)生的發(fā)電量，通過計算生產(chǎn)工藝負(fù)荷和發(fā)電量得出最大需量目標(biāo)值X～W，即本次高爐休風(fēng)各線路關(guān)口需量控制值。

5 效益分析

從2019年8月起，鲅魚圈按最大需量的方式結(jié)算企業(yè)電費(fèi)，表5為2019年各月電力基本電費(fèi)清單（單位為萬元）。

表5 2019年各月基本電費(fèi)清單Table 5 Basic Electricity Bill of Each Month in 2019

由表5看出，按固定需量結(jié)算時，前7個月的平均基本電費(fèi)為1 474萬元，采取上述措施后，按最大需量結(jié)算，8～12月的月平均基本電費(fèi)為1 010萬元，月均降低基本電費(fèi)支出464萬元。

6 結(jié)語

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司對企業(yè)電力需量綜合優(yōu)化分析后，進(jìn)行了知識化和智能化電力調(diào)度的有益嘗試，構(gòu)建了電力需量控制數(shù)學(xué)模型，合理使用煤氣、蒸汽等能源介質(zhì)，合理利用發(fā)電資源，改變用電方式，提升了終端用電效率，模型使用后，企業(yè)用電月均降低了464萬元。