大型钢厂并网的调度运行管理

2012-06-17安重霖匡红军

山东电力技术 2012年1期

关键词：钢厂主变定值

安重霖，匡红军

（1.华北电力大学，北京 102206；2.日照供电公司，山东日照 276826）

0 引言

钢厂属高危企业，对供电可靠性要求非常高，同时大型钢厂并网给电网的安全稳定带来了巨大影响，供电部门应在保证钢厂可靠供电的前提下，深入分析钢厂并网对电网的影响，并采取相应的解决措施。

1 大型钢厂的供电规模及对供电可靠性要求

1.1 钢厂的供电规模及接线方式

日照钢厂年产钢材1 200万t，年用电量48亿kW·h，变电总容量131.8万kVA，自备发电机8台，单机容量5万kW，发电总容量为40万kW，网供最高负荷50多万千瓦，占了整个电网负荷的近二分之一。其内部的供电网络非常复杂，有钢厂 1、2、3、4站4个主供 110 kV变电站，通过四回110 kV线路即钢厂Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ Ⅳ线分别与系统的220 kV甲站和220 kV乙站并网，8台自备发电机全部接进110 kV开关站，再经110 kV电厂Ⅰ、Ⅱ线接入钢厂2站，经电厂Ⅲ、Ⅳ线接入钢厂3站，钢厂4个110 kV变电站之间的连接线路既有T接，也有串接，从而使每个变电站都能由220 kV甲站和乙站双电源供电。电气联络图如图1所示。

图1 钢厂电气联络图

1.2 钢厂对供电可靠性的要求

钢厂内部烧结、炼铁、炼钢、轧钢四大生产工序，关联性强，任何一个环节的供电出现问题，将造成巨大的经济损失。生产工艺设备如高炉、转炉、加热炉、钢包炉、LF炉等运行在高温、高压状况下，对电力供应的依赖性和敏感性非常强，电力供应异常、不连续、中断很容易引发设备易燃、易爆以及人身伤亡等重大事故［1］。如高炉冷却系统的水泵电机一旦停止工作，将会造成高炉爆炸。

2 大型钢厂并网对电网的影响分析

2.1 容易形成电磁环网

从图1可以看出，此种接线方式，如果运行方式安排不当，极易形成网中网，其中任一条110 kV线路或主变检修，都需要调整运行方式，造成220kV甲站和220 kV乙站的主变110 kV侧合环运行，形成高低压电磁环网，而长时间的电磁环网对电网的安全稳定运行是不利的，容易引发大面积停电事故。

2.2 引发暂态稳定问题

钢厂的8台自备发电机同时并网，且只有4回110 kV并网线，由于发电机组容量大，在某些特殊方式下，容易发生暂态稳定问题，引起局部电网的失稳。

2.3 引起电网短路容量增大

钢厂8台自备发电机中，并入220 kV甲站和乙站的发电机各有4台，在特殊方式下，如220 kV甲站或乙站的两条并网线同时停电，8台发电机将同时并入一个220 kV变电站，40万千瓦的发电容量势必给甲站和乙站的110 kV侧和35 kV侧短路容量带来很大影响，使开关遮断容量不满足要求，在电网发生短路时，烧坏设备甚至危及人员安全［2］。

2.4 造成主变重载运行

220 kV甲站和乙站的主变各为2×180 MVA，总容量为720 MVA，由于钢厂网供负荷最高为50多万千瓦，甲站和乙站所带其余负荷为10万千瓦，两站最高负荷将达到60多万千瓦，容载比仅为1.12，在1台主变跳闸时，将造成另一台主变过载50%以上，如果不快速进行切负荷，将造成主变压器烧坏。

2.5 影响电网的负荷预测

钢厂多为冲击性负荷，轧钢时负荷波动经常在十几万千瓦，每天根据产品、产量以及煤气量随时调整生产线，负荷变化不定，给电网的负荷预测造成了很大影响，同时由于钢厂的自备发电机是采用高炉煤气发电，其发电量的多少受煤气量的制约，而煤气量又受产品结构、生产线开停影响比较大，从而使网供负荷变化较大，难以预测，影响了全网发电计划的制定和电压质量。

3 供电公司采取的安全措施

3.1 协助钢厂合理安排运行方式

按照《3-110 kV电网继电保护装置运行整定规程》规定：110 kV电网宜采用环网布置，开环运行的方式；宜采用双回线布置，单回线－变压器组运行的终端供电方式；平行双回线上的双T接变压器不允许并列运行。因此，供电公司要求钢厂的所有110 kV变电站采用母线分列运行，投入110 kV母联备自投方式。并以公司文件形式下发《钢厂运行方式的有关规定》，要求钢厂严格执行规定，避免发生大的电网事故。

3.2 进行潮流稳定校核

由于钢厂的供电网络比较复杂，有引发电网暂态稳定的可能性［3］，因此供电公司调度专业人员建立了钢厂内部供电网络的数据库，按照《电力系统安全稳定导则》三级标准的要求，进行了潮流稳定计算分析。根据计算结果，指出钢厂应该避免的运行方式，如不允许1台机或多台机同时通过两回110 kV并网线（图1中的电厂Ⅰ、Ⅱ线）合环运行，造成在一回线跳闸时，功率发生转移，发电机组失稳。不允许3台及以上机组同时通过一条联络线并网。计算结论最后形成《钢厂潮流稳定分析报告》，作为日常检修运行方式安排的依据。

3.3 计算校核短路容量

选取钢厂最大运行方式，即8台发电机通过联络线全部并入220 kV甲站或乙站，发现甲站低压侧的短路容量达到32.27 kA，乙站低压侧短路容量达到35.83 kA，均超过了低压侧开关最大遮断容量25 kA，低压侧必须采取分列运行方式，供电公司及时将220 kV甲站和乙站的主变低压侧分列运行，同时要求钢厂避免出现8台发电机同时并入同一个220 kV变电站的运行方式。

3.4 制定合理的低频、低压解列和减负荷方案

低频、低压切负荷装置是保证电网安全稳定运行的第三道防线。从钢厂的安全角度考虑，在电网发生频率降低的时候，合理的低频、低压解列方案能保证钢厂发电机组及时可靠解列，合理的低频、低压切负荷方案能保证钢厂切除一部分非重要负荷，保证发电机出力和剩余重要负荷平衡，使发电机能带一部分重要负荷孤网运行［4］。制定低频、低压切负荷方案的关键是切除的负荷不能为连续生产线负荷，制定低频、低压解列方案的关键是选择合适的解列点。经过综合方案论证，供电公司选取220 kV甲站和乙站日钢Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ线出线开关作为解列点。解列定值取48.25 Hz，时限0.2 s，df/dt=8 Hz/s；低压解列定值取 78%Un，0.2 s。低频切负荷定值取:低频一轮定值48 Hz，时限 0.2 s，df/dt=5 Hz/s；低频二轮定值 47.75 Hz，时限0.2 s，df/dt=5 Hz/s，低压定值取 75%Un，0.2 s。

3.5 保证钢厂继电保护定值与电网相配合

供电公司加强了对钢厂继电保护定值的管理，钢厂内部变电站的所有保护定值都由公司调度整定计算人员统一计算。这样可以保证其继电保护定值与电网的定值相配合［5］，以免发生由钢厂设备拒动引起220 kV甲站和乙站设备跳闸，引发大面积停电事故。

3.6 规范钢厂检修和无功管理

供电公司加大对钢厂负荷特性的研究力度，跟踪其生产运行信息，并了解其生产设备、工艺流程、产品结构以及负荷特点等，探索有效的负荷管理办法。要求钢厂每天定时报送第二天的负荷情况和检修计划，并及时投退电容器，不能向网上倒送无功。

3.7 在220 kV甲站和乙站加装主变过载联切装置

按照山东电网《安全自动装置配置要求》规定：一台主变跳闸，如果另一台主变过负荷50%以上，必须加装主变过载联切装置。经和钢厂技术人员进行讨论，供电公司制定了220 kV甲站和乙站的主变过载联切方案，方案规定在主变110 kV侧额定电流达到 945 A时，0.5 s发信号；电流1 200 A，10 s切掉110 kV线路共35 MW负荷；电流1 200 A，15 s切掉日照钢厂 30 MW 负荷；电流1 150 A，900 s切掉日照钢厂20 MW负荷。