钢铁企业电网安全可靠性研究与优化

王树樑

【摘 要】本文通过对钢铁企业电网安全可靠性的研究，提出了针对性优化方案，并在实施中较好地解决了技术难题，有效提高了电网的安全可靠性。

【关键词】电网；安全可靠性；优化

1 项目背景

重钢2007年启动自主城环保搬迁至重庆市长寿区江南镇工程，按生产规模，需设计、建设重钢220kV电网。

重钢220kV电网建成后，由220kV电站一座，110kV电站五座，若干35kV、10kV电站及380V低压系统构成。两回220kV电源来自附近的一座500kV电站。

2012年后，重钢220kV电站发生了5次停电事故。其中两次是GIS设备本体的质量和结构缺陷所致，甚至导致双母线失效，造成了巨大的经济损失，对公司的生产经营构成极大的安全威胁。

2 对电网安全可靠性问题的研究和分析

通过对几次事故原因进行了深入的研究分析，我们总结出问题主要集中在电网前期建成固化下来缺陷的结论。包括规划与实施差异、对GIS产品可靠性预期过高和电网内部结构缺陷问题，下面分别简述。

2.1 电网建设规划与实施结果的差异及问题

2.1.1 220kV电站

原规划建设两座220kV电站。但因投资巨大和场地规划，实际只建成了一座电站。

2.1.2 220kV电源

原规划三回电源，至少两个不同的电源点。但当时地理位置偏僻，外部条件不具备，实际结果只建成了两回同一电源点的线路。

上述两点与其他钢铁企业的差距较大。

2.1.3 220kV母线

原规划为双母线双分段结构。因无第三回电源，电站设计时，只考虑了双母线结构。

2.1.4 110kV保安电源

原规划建设一条110kV保安电源。但当时的外部条件不具备，实际结果未建。

可见，220kV电站建设时，因外部条件较差，规划与实际结果相差较大。使得220kV电站电源单一，无保安电源，负荷调度困难，安全可靠性不高，事故应急处置手段极差。

2.2 对GIS设备高可靠性的要求与现状的巨大差距

GIS产品是国内110kV及以上供电系统普遍采用的技术和设备，覆盖率超过93%，是支撑电网安全、可靠运行的基本保障。为其高可靠性和免维护的特点，重钢220kV、110kV电站全部采用了GIS设备。

但是，2012年底至2013年初约4个月时间，重钢220kV电站的GIS设备发生了两次因设备本体质量和结构缺陷所致的重大事故并事故扩大，造成的影响和经济损失巨大。GIS设备的安全可靠性预期与现实存在巨大的差距。

2.3 电网内部结构问题

重钢220kV电站，成放射状结构向下级各电站供电。各110kV电站之间、35kV电站之间，甚至10kV电站之间，没有检修保安、保产的联络线。这使得网络上的任一个电站发生较大以上的事故，无法采取应急保安、保产措施。

综上，我们归纳电网存在的突出缺陷和问题是：

（1）一座220kV电站，单一电源点，双母线结构，形成220kV系统“独木桥”架构。一旦发生重大事故，必将对生产造成巨大的影响和损失。

（2）无110kV保安电源。在极端的全停电事故时，无基本的保安电源。

（3）电网结构呈现放射状，110kV、35kV和10kV系统未形成环形联络互保架构，在极端事故状态下，无法对重要设备实现基本保安或保产。

（4）GIS设备本体的质量和结构缺陷，不仅不能实现高可靠性的要求，而且颠覆了双母线的功能和作用，造成事故扩大和巨大的损失，GIS设备的可靠性问题异常严峻。

3 制定整改方案

在对电网安全可靠性进行了研究和分析后，结合现有的条件和冶金企业负荷特点，针对性制定了整改优化方案。

（1）由于外围电力部门已建有一座大片区220kV电站，建设一条110kV保安电源接入重要负荷中心成为整改方案的核心，保证在极端事故状态下能快速启动保安电源对生产重要设备和系统保安。

（2）建设以冶炼为中心的110kV及以下的电压等级各变电站环状联络线，形成和提高各变电站之间的有效互保、支撑能力。

（3）对220kV电站GIS设备进行检修和局部改造，提高设备本体的可靠性。

该方案具体拟出了20个措施项目。

4 方案实施及技术难点

重钢举全公司之力，成立了领导组织机构和工作机构，快速实施整改方案。

整个方案，经过约10个月时间的艰苦努力，全部建成投入运行。

在实施过程中，遇到很多技术难题，主要有：

（1）110kV保安电源接入的预留点，在轧钢区域电站。通过技术分析，该接入点存在不在重要负荷中心、路径较远、建立内部联络线复杂、综合建设费用高的缺陷。

通过优化，修改的方案是围绕高炉等冶炼一类负荷为核心，以110kV保安电源线路为纽带，用最低的成本，建成各区域性电站之间的110kV、35kV、10kV环状联络线路，建构电网类似“蛛网状”结构，灵活方便实现电网的负荷调整、检修保产，以及紧急情况下重要生产设备的应急处置和保安。

（2）在高炉风机电站GIS设备安装时的现实保产难题。

为了保证高炉风机电站GIS设备安装时的现实安全生产，我们制定了专门的施工方案和技术措施：

①施工期间，保证高炉风机有双电源分别供一座高炉的风机为准则。

②施工时间我们选择在一座高炉检修，另两座高炉生产的时间段。这样最大限度地降低可能的事故风险。

③采取特殊的技术措施。即，利用先敷设的110kV联络线电缆，临时连接到风机电站3#主变，将3#主变由电站变压器方式改接为线路变压器单元供电方式的技术措施。施工时，风机电站母线分别停电安装对接设备，2台风机的生产由另一段母线和3#主变的线路变压器单元提供保障。

该措施方案具有创新、巧妙、灵活、成本低、效果好的特点，使得风机电站的GIS设备安装工作按计划顺利完成，做到了设备安装、调试和现实生产两不误。

（3）通过事故深入的分析，我们认识到220kV电站GIS设备原结构设计上存在三个间隔的母线气室相通的缺陷，这也是造成事故扩大的直接原因。为此，对GIS设备全部进行了加气隔的整改。

（4）110kV保安电源投用后，我们就不能与现有220kV系统合环运行问题专题攻关。经多次与当地电力分公司技术咨询和交流，得到大力支持，完成了系统参数和保护定值重新核算、调整工作，满足了合环技术要求，并确定了双方认同的合环方案，实现了保安电源与正式电源之间不停电切换功能。为公司电网负荷调整、检修、事故应急等，包括220kV电站GIS设备隐患整改和局部改造的实施，创造了非常好的条件。

5 方案实施后的效果

公司电网结构，特别是冶炼负荷中心的网络结构得到优化，GIS设备本体的主要隐患得到消除，系统安全可靠性大为提高，事故风险降低，在电网设备检修及事故下的调度、负荷平衡、应急处置、保安保产能力极大增强。特别是在极端事故下，保安电源能保证全公司的基本保安用电和一座高炉的基本生产。

[责任编辑：薛俊歌]