康鈺濤

(河南能源化工集團安化公司，河南 安陽 455133)

0 引 言

河南能源化工集團安化公司(簡稱安化公司，下屬化肥公司、安陽九陽化工有限公司、安陽九天精細化工有限責任公司、安陽九龍化工有限公司、安陽永金化工有限公司等)始建于1969年，目前主要產(chǎn)品產(chǎn)能為合成氨310 kt/a、尿素460 kt/a、甲醇85 kt/a、甲胺/DMF 150 kt/a、復合肥200 kt/a、乙二醇200 kt/a、瓶級聚酯300 kt/a、保險粉100 kt/a、DMAC 20 kt/a、液體二氧化碳(食品級)30 kt/a、甲醇鈉2 000 t/a、高純度α-亞麻酸10 t/a、粉煤灰蒸汽加壓砌塊250 km3/a等；鍋爐系統(tǒng)有5#～8#鍋爐(單爐產(chǎn)汽量75 t/h)、9#～10#鍋爐(單爐產(chǎn)汽量130 t/h)、11#鍋爐(產(chǎn)汽量220 t/h)。

由于安化公司建廠較早，各生產(chǎn)裝置建設時間跨度較大，導致各生產(chǎn)裝置供電系統(tǒng)相互交叉，供電系統(tǒng)也隨之變得越來越復雜。供電網(wǎng)絡在外供電Ⅰ、Ⅱ茶化線發(fā)生故障跳閘或110 kV供電系統(tǒng)由于某種原因?qū)е码娋W(wǎng)失壓時，造成安化公司供電網(wǎng)絡與外部電網(wǎng)脫離，即35 kV供電系統(tǒng)與110 kV供電系統(tǒng)脫離，此時安化公司供電系統(tǒng)為自發(fā)電系統(tǒng)支撐形成一個孤島運行的小電網(wǎng)。而利用微機式綜合保護裝置低周減載功能按預定方案切除6 kV供電系統(tǒng)相應負荷，靠安化公司的自發(fā)電系統(tǒng)維持全廠鍋爐系統(tǒng)和公用工程系統(tǒng)等的正常運行，可防止因外電網(wǎng)失電或者110 kV供電系統(tǒng)由于某種原因跳閘導致供電系統(tǒng)失壓而造成全廠停車。簡言之，安化公司在外電網(wǎng)失壓的情況下，利用低頻解列及低頻減載使自發(fā)電系統(tǒng)最大限度地保住鍋爐系統(tǒng)、公用工程系統(tǒng)、九陽化工制氣系統(tǒng)、九天化工二甲胺系統(tǒng)、8 000 m3/h空分系統(tǒng)、4 000 m3/h空分系統(tǒng)，借助自發(fā)電系統(tǒng)的安全運行，通常各生產(chǎn)系統(tǒng)在24 h內(nèi)會恢復正常運行，從而可使乙二醇系統(tǒng)、合成氨系統(tǒng)、尿素系統(tǒng)、九天化工甲胺系統(tǒng)快速恢復生產(chǎn)，大大降低外電網(wǎng)失壓等事故造成的經(jīng)濟損失。

1 安化公司供電系統(tǒng)簡介

安化公司供電系統(tǒng)主要由外購電和自發(fā)電兩部分組成(如圖1所示)。外部電源由茶棚變電站110 kV不同母線段引出2條110 kV線路(Ⅰ茶化線、Ⅱ茶化線)，接至安化公司110 kV總降站GIS高壓室Ⅰ茶化2間隔和Ⅱ茶化2間隔?；?11、化112分別為化1#主變、化2#主變間隔，化1#、2#主變壓器為安化公司化肥公司負荷供電。從總降站110 kV GIS高壓室引出2條聯(lián)絡線(Ⅰ化龍、Ⅱ化龍)至110 kV九龍站GIS高壓室接入Ⅰ化龍2、Ⅱ化龍2間隔。龍111、龍112、龍113分別為龍1#主變、龍2#主變、龍3#主變間隔。龍1#主變、龍2#主變、龍3#主變低壓側(cè)分別接至九龍35 kV站高壓室Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段母線上，為九龍35 kV站高壓室三段母線電源進線。安化公司兩外部線路自上而下正常分列運行，即110 kV、35 kV、6 kV及0.38 kV線路分列運行。所有母線設分段斷路器，正常運行方式(基本運行方式)都是斷開的。

自發(fā)電系統(tǒng)主要包括化肥1#發(fā)電機、化肥3#發(fā)電機、熱電4#發(fā)電機、九龍1#發(fā)電機、九龍2#發(fā)電機?；?#、3#(3 MW和6 MW)發(fā)電機組安裝在化肥公司自備電站，接入自備電站6 kV母線Ⅰ段并經(jīng)聯(lián)絡線接入九龍302站6 kV母線Ⅱ段。熱電4#(12 MW)發(fā)電機組安裝在九龍熱電站，接入熱電站6 kV母線Ⅰ段并經(jīng)聯(lián)絡線接入九龍302站6 kV母線Ⅰ段。九龍2臺30 MW機組為發(fā)電機-變壓器單元接線，九龍1#、2#發(fā)電機經(jīng)升壓變壓器分別接入九龍35 kV母線Ⅰ段和Ⅱ段。正常情況下自發(fā)電系統(tǒng)與外購電系統(tǒng)并網(wǎng)運行。

圖1 安化公司供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 低周減載整定原則

安化公司供電系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩有兩種情況：一是安化公司外電源全部“消失”，廠內(nèi)運行的發(fā)電機容量不足，有功功率嚴重失衡，造成供電系統(tǒng)頻率快速下降；二是非外部線路故障跳閘，而是供電系統(tǒng)中大型機組因故突然停機(跳停)，有功功率不足，造成供電系統(tǒng)頻率下降，但此種情況頻率下降速度較慢。

低周減載的目的是，通過核算發(fā)電機孤網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，整定6 kV高壓電機低周減載頻率定值、滑差定值、電壓定值、電流定值、動作延時等。設定好低周減載6 kV高壓電機切除輪次，切除部分工藝生產(chǎn)用電負荷，防止供電系統(tǒng)頻率長期運行在過低值或下降至系統(tǒng)崩潰值，使系統(tǒng)頻率快速恢復到額定頻率。在確定切除負荷量時，應根據(jù)不同故障情況下的發(fā)電負荷來確定，使保留負荷與自發(fā)電負荷盡量匹配，盡可能保留較高的生產(chǎn)負荷，以便于后續(xù)整個生產(chǎn)系統(tǒng)快速恢復正常運行。

合理選擇頻率級差、輪數(shù)和延時，是保證綜保低周減載裝置準確動作的前提。為使供電系統(tǒng)頻率不致降低到過低值，低周減載裝置的最高一輪整定頻率不宜過低——由于九龍1#、2#發(fā)電機及熱電4#發(fā)電機可以長時間運行在49.5 Hz以上，第一輪低周減載啟動值應低于49.5 Hz，一般第一輪低周減載整定值以49.5～49.3 Hz為宜。低周減載裝置末輪頻率定值的選擇不能低于發(fā)電機組的低頻保護定值，而且應留有0.3～0.5 Hz的余量。低周減載輪數(shù)一般選3～4輪，頻率級差可取為0.2～0.3 Hz。

3 低周減載切除負荷順序確定原則

(1)安化公司電網(wǎng)孤網(wǎng)運行時，在保證造氣系統(tǒng)、鍋爐供汽系統(tǒng)、工藝循環(huán)水系統(tǒng)安全運行的前提下，電儀分公司結(jié)合機動部、安環(huán)部、生產(chǎn)部、工藝車間等單位按系統(tǒng)切除工藝負荷的重要性制定出低周減載切除電氣設備的輪次及各輪次切除電力設備的裝機容量。

(2)先切除對生產(chǎn)系統(tǒng)影響不大或相對容易恢復至正常運行狀態(tài)的次要負荷，盡量保留對生產(chǎn)系統(tǒng)相對重要或不易開車正常運行的負荷，切除的負荷以電動機為主。

(3)不能切除停電后易引起人身傷亡、設備損壞等事故的負荷，保留維護系統(tǒng)安全運行所必須的負荷。

師：好，那這首詩朦朧的特色是怎么樣把整首詩都涵蓋進去的呢？作者又是通過哪幾個意象來創(chuàng)設這種朦朧的環(huán)境呢？

(4)不能切除維持自發(fā)電系統(tǒng)運行所需的熱電鍋爐設備的負荷，如熱電高壓室、九龍熱電高壓室、220 t/h鍋爐高壓室等所接的所有鍋爐電氣設備。

(5)不能徹底切除維持工藝系統(tǒng)生產(chǎn)的造氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、壓縮空氣等公用工程系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動設備。

(6)不能切除6 kV/0.4 kV變壓器，防止生產(chǎn)照明失電或其他原因造成的不必要人身傷害事故，保留現(xiàn)場照明和檢修電源，便于現(xiàn)場檢修和生產(chǎn)系統(tǒng)重啟。

4 低周減載技術(shù)實施方案

安化公司供電系統(tǒng)運行時，當外部電源部分失去或全部失去后，將利用自動低頻解列裝置將內(nèi)部電網(wǎng)與外部系統(tǒng)解列，在安化公司內(nèi)部形成一個或兩個孤網(wǎng)系統(tǒng)。為保住關(guān)鍵性負荷的持續(xù)供電，采用低周減載裝置按頻率切除部分非重要負荷，依靠自備發(fā)電機保持部分重要負荷不間斷供電。本著節(jié)約成本、減少投資并能滿足安化公司供電系統(tǒng)低周減載保護要求的情況下，依托許繼WGB-250系列微機電動機保護測控裝置保護邏輯，與許繼集團協(xié)作進行改進，并結(jié)合安化公司實際情況進行保護邏輯編程、版本升級、保護邏輯刷新，以實現(xiàn)低周減載功能。

九龍站全部用電負荷，正常情況下由龍1#、龍2#、龍3#3臺110 kV/35 kV主變和5臺發(fā)電機共同供電。由于系統(tǒng)解列點設在35 kV進線開關(guān)龍351、龍352和龍353，且正常運行時各分段開關(guān)斷開、分列運行(安化公司供電系統(tǒng)解列點位置如圖2所示)，以及正常運行時兩條外部線路從上到下都是分列運行的，外電源突然失壓后，安化公司內(nèi)部電網(wǎng)系統(tǒng)仍保持分列運行。當其中一條外部線路故障停電，如Ⅰ茶化斷電，安化公司內(nèi)部出現(xiàn)1個孤網(wǎng)系統(tǒng)，即35 kV Ⅰ段及以下配電系統(tǒng)形成1個孤網(wǎng)系統(tǒng)；當2條外部線路同時出現(xiàn)故障停電，但九龍2#主變接在110 kV西母線上，安化公司內(nèi)部就出現(xiàn)2個孤網(wǎng)系統(tǒng)，即35 kV Ⅰ段(包括熱電4#發(fā)電機、九龍1#發(fā)電機，合計功率為12+30=42 MW)和35 kV Ⅱ段及以下系統(tǒng)(包括化肥1#發(fā)電機、化肥3#發(fā)電機和九龍2#發(fā)電機，合計功率為3+6+30=39 MW)；35 kV Ⅲ段由于沒有發(fā)電機，因此不能形成孤網(wǎng)。在低周減載方案中，用電負荷、發(fā)電量平衡要按2個孤網(wǎng)系統(tǒng)分別進行計算。

圖2 安化公司供電系統(tǒng)解列點位置示意圖

4.1 35 kV Ⅰ段孤網(wǎng)系統(tǒng)

35 kV Ⅰ段系統(tǒng)有發(fā)電機2臺，分別為熱電4#發(fā)電機和九龍1#發(fā)電機，總裝機容量為12+30=42 MW，九龍1#發(fā)電機可發(fā)電功率約為16 MW，熱電4#發(fā)電機可發(fā)電功率約為6 MW，合計可發(fā)電功率約16+6=22 MW。35 kV Ⅰ段正常運行負荷約為48.2 MW，孤網(wǎng)運行時缺額約48.2-22=26.2 MW。

35 kV Ⅰ段系統(tǒng)全部中壓電動機投入低頻保護，系統(tǒng)解列后，按保護定值分批切除不重要負荷、較重要負荷、重要負荷、需保留負荷，切除的負荷約為26.2 MW，并使最后一輪“保留負荷”近似等于或小于22 MW。

4.2 35 kV Ⅱ段孤網(wǎng)系統(tǒng)

35 kV Ⅱ段系統(tǒng)有發(fā)電機3臺，分別為化肥1#發(fā)電機、化肥3#發(fā)電機和九龍2#發(fā)電機，總裝機容量為3+6+30=39 MW。系統(tǒng)解列后，化肥1#發(fā)電機(3 MW)和3#發(fā)電機(6 MW)將自動停機，只有九龍2#發(fā)電機運行，九龍2#發(fā)電機可發(fā)電功率約為16 MW，即合計可發(fā)電16 MW，化肥系統(tǒng)廠用負荷不能得到保證。35 kV Ⅱ段正常運行負荷約為31.42 MW，孤網(wǎng)運行時缺額約31.42-16=15.42 MW。

4.3 35 kV Ⅲ段系統(tǒng)

35 kV Ⅲ段系統(tǒng)沒有發(fā)電機，系統(tǒng)解列后，原有負荷全部停電，需保留的負荷約2 319 kW也無法保證供電。

4.4 低周減載保護裝置整定值

利用電動機保護裝置WGB-251A、WGB-252A的頻率保護功能，低頻保護定值內(nèi)容應按頻率保護模塊要求的項目整定，運行時可投退。動作頻率如下：第一輪不重要負荷電動機，按低于49.5 Hz整定，取保護裝置頻率保護設定值fop=49.3 Hz；第二輪較重要負荷電動機，與第一輪定值配合，取第一輪與第二輪之間的頻率差△f=0.3 Hz；第三輪重要負荷電動機，與第二輪定值配合，取第二輪與第三輪之間的頻率差△f′=0.3 Hz；第四輪必須保留的負荷，按發(fā)電機最低允許頻率48.5 Hz整定。

4.5 外部電源正常后的恢復供電

當外部電源故障消除后，外部供電系統(tǒng)電壓、頻率恢復正常，安化公司2個(或1個)孤網(wǎng)系統(tǒng)需要重新接入電網(wǎng)，即利用解列點龍351和龍352裝設的自動/手動同期裝置將發(fā)電機接入系統(tǒng)。

5 低周減載技術(shù)應用后供電系統(tǒng)故障處理實例

某日，安化公司供電系統(tǒng)運行方式和運行負荷為：Ⅰ茶化線、Ⅱ茶化線分列運行，化110母聯(lián)熱備；Ⅰ茶化線負荷6.7 MW、Ⅱ茶化線負荷54 MW；Ⅰ、Ⅱ化龍聯(lián)絡線分列運行，龍110 kV母聯(lián)熱備；Ⅰ化龍聯(lián)絡線負荷6.7 MW、Ⅱ化龍聯(lián)絡線負荷26.3 MW；龍1#主變在龍110 kV西母線運行負荷5.9 MW、龍2#主變在龍110 kV東母線運行負荷15 MW、龍3#主變在龍110 kV東母線運行負荷11.3 MW，龍3501、3502、3503母聯(lián)在分位；當時九龍1#發(fā)電機負荷20.5 MW、九龍2#發(fā)電機負荷25.6 MW，熱電4#發(fā)電機負荷11.8 MW，化肥1#發(fā)電機負荷2.3 MW，化肥3#發(fā)電機負荷2 MW。

當日07:41，Ⅰ茶化線報距離保護Ⅰ段動作，同時Ⅰ化龍線報距離保護Ⅰ段動作(跳Ⅰ化龍2斷路器)，Ⅰ化龍2跳閘后九龍1#發(fā)電機和熱電4#發(fā)電機孤網(wǎng)運行。在這次供電事故中，供電系統(tǒng)低周減載裝置起到了很大的挽救作用：低周減載裝置第一輪切除了Ⅰ茶化和Ⅰ化龍供電系統(tǒng)中的醇烴化系統(tǒng)1#循環(huán)機、造氣系統(tǒng)13#/15#/17#鼓風機、9#真空泵、11#4 800 kW合成氨壓縮機、3#/5#3 300 kW水煤氣壓縮機、2#羅茨風機等設備，九龍1#、熱電4#發(fā)電機孤網(wǎng)運行，達到發(fā)電、用電平衡，保住了220 t/h鍋爐系統(tǒng)、乙二醇界外系統(tǒng)、二甲胺系統(tǒng)、造氣系統(tǒng)、九龍9#鍋爐、熱電5#/6#鍋爐、九天甲胺制氣系統(tǒng)、空分系統(tǒng)，靠安化公司自發(fā)電系統(tǒng)維持運行，各生產(chǎn)系統(tǒng)在短時間內(nèi)很快恢復正常運行。

6 結(jié)束語

低周減載技術(shù)在安化公司自備電廠+外部電源供電系統(tǒng)中的應用，是企業(yè)自主實施的優(yōu)化技改項目。低周減載狀態(tài)下，雖然不能維持整個生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)運行，但可以通過低周減載裝置減去部分或全部高壓電動機負載，保留變壓器及少量特別重要的負荷，不僅有助于快速恢復生產(chǎn)，還可為事故狀態(tài)下的緊急處理(尤其是夜間發(fā)生供電事故時)創(chuàng)造條件。此舉可有效遏制在供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障(外電網(wǎng)失壓)的情況下發(fā)電機不能孤網(wǎng)運行的現(xiàn)象，有效避免外部電源故障造成的生產(chǎn)系統(tǒng)大范圍停車事故的發(fā)生，從全局出發(fā)，避免設備的嚴重損壞、減少系統(tǒng)物料排放、縮短系統(tǒng)重啟時間，最大限度地減少供電系統(tǒng)故障帶來的經(jīng)濟損失，既可減少生產(chǎn)損失，又可確保生產(chǎn)安全。