氧化铝厂孤网运行供电方案的研究

刘春昊

（沈阳铝镁设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110001）

氧化铝厂约15%的负荷为一级负荷,65%的负荷为二级负荷,其它为三级负荷。特点是生产连续性强，一旦停电会发生冒料、沉降等现象，严重时可造成生产设备的永久损坏，需要很长时间才能恢复生产，带来重大经济损失。因此氧化铝生产系统的供电可靠性要求较高。对于氧化铝厂来说，其供电系统应是支持氧化铝整个生产过程安全可靠的重点和基础。一旦电力没办法做到长时间的稳定供应或者说经常出现断电、停电的情况，整个工艺系统中的生产设备就会停止运作，所有的物料失去搅拌动力，随之而来的就是逐渐凝固沉淀，这种现象的出现对氧化铝的生产过程来说是十分致命的打击[1]。

1 自备电厂的作用

随着国家产业结构的调整和技术水平的提升，我国一些有实力、有想法的氧化铝制造商都不约而同的把视线转向国际项目，海外投资建厂的步伐也越来越快，但是由于国际项目工程所在地的电力供应系统与我国国内的电力供应系统大不相同，相对比我国国内的电力供应，国际项目的电力供应往往存在着输配电基础薄弱、供电能力和供电质量不够、达不到氧化铝厂正常生产用电需求的问题，所以在海外投资建设的氧化铝厂需要合理配置自备热电站，这个配套的热电站不仅需要满足氧化铝厂的热负荷，还需要满足整个工艺生产过程的用电负荷。在国内诸多氧化铝厂自备热电站中，运行模式一般采用和国家或地区电网并网运行，这样的连接方式，能够很好的保证整个氧化铝厂的供电安全，但是在海外建设的氧化铝厂，由于客观条件限制，往往不具备和当地的电网连接的条件，这主要是由于很多国外氧化铝项目选址靠近矿区而远离经济发达地区，周边缺少工业基础和供电设施，所以海外氧化铝项目大多只能够采用孤网运行的模式，才能实现电力供应的自给自足，确保铝厂运行安全和盈利需求。

2 对孤网运行的系统性分析

孤网（局域网）是孤立电网的简称，一般泛指脱离大电网的小容量电网。目前国内氧化铝厂在生产时，其供电电源均与外部电网相连，外部电网除为氧化铝厂提供网上电能储备（自备电厂发电机组退出供电能力不足时）外，同时为自备电厂供电系统的安全性、可靠性提供保障。而如果自备电厂孤网运行，其发电能力与氧化铝厂的用电需求紧密关联且相互影响，生产系统用电负荷的波动和冲击都将对供电系统的稳定产生很大影响。

对于自备热电站来说，孤网运行最突出的特点，是需要从负荷控制转变为频率控制。由于电网容量较小，其中旋转惯量储能和锅炉所具备的能力势能均较小，要求机组的调速系统具有更高的灵敏度，更小的迟缓和更快的动态响应特性，要求调速系统具有负荷要求的静态特性、良好的稳定性和动态响应特性。孤网控制实际上包含两种情况：一种是发电机组在孤网中正常运行，机组一次调频必须满足孤网中负荷变化的要求；另一种是发电机组由于用电负荷（电气故障）突然甩掉，用电负荷减少，此时考核发电机组DEH（数字式电液控制系统）系统最大阶跃负荷的快速性和稳定性。因此发电机组原则上应达到：①发电机组均具备一次调频功能，须参与一次调频；②发电机组均具备二次调频功能，视情况投入其中的机组台数，以消除一次调频的后的频差[2]。

3 孤网的黑启动

当自备电厂孤网运行后，由于没有外部电源，电厂的黑启动（原始启动）必须依靠柴油发电机才能启动。黑启动通常应用于以下三种情况：①由于没有外部电源，须通过系统中柴油发电机组带动1台发电机组的厂用电，以启动该发电机组，再通过已启动的发电机组启动其它的发电机组，从而实现自备电站运转。②氧化铝厂侧的负荷波动引起电网崩溃导致自备电站全停电，自备电站需要重新启动。③自备电厂自身运行或设备损坏造成发电机大范围跳闸，导致自备电站全停电引起电网崩溃，自备电站需要重新启动。

从技术经济角度考虑，通常认为黑启动时，煤仓内煤量和当前水量完全能满足黑启动要求，黑启动一段时间内不需要补充，因此柴油发电机选型时，可以不考虑输煤系统和化学水的用电负荷。一般来说一个年产能为100万吨的氧化铝厂，其配套黑启动柴油发电机装机容量应在8000kw~12000kw为宜，如果采用了软启动等其它技术措施，也可适当减少。下图为一个年产能为100万吨级的氧化铝厂的供电主系统，当孤网运行时，可以配置4到6台容量为2000kW柴油发电机作为黑启动电源使用。

图1 氧化铝厂的供电主系统

当需要黑启动时，首先让柴油发电机具备供电能力，再逐渐启动自备电厂的锅炉引风机、高压硫化风机、一次风机、二次风机、锅炉给水泵等主要设备，当上述设备达到正常运行状态时，锅炉开始供油、点火、启动，汽机具备发电能力，此时氧化铝厂可以按工艺要求启动相应的用电设备。当锅炉、发电机组达到正常运行发电时，可视具体情况退出柴油发电机，氧化铝厂按计划逐渐恢复正常生产。

4 结语

总的来说，孤网运行属于微电网范畴，属于智能电网，其优势是用较小型的电源系统，形成一个能够自动适应的、实现发电与用电平衡的电力系统，因此在设计建设孤网运行时，无论是电厂侧还是铝厂侧，均要求具有较高的自适应调节能力。为了保证氧化铝厂的安全稳定生产，需要对自备电厂和氧化铝厂内部的用电负荷进行分类，并以此制定相应的应急方案。在海外的氧化铝项目中，供配电系统的可靠性和可行性，更多的要基于在孤网条件下进行分析，这样才能够避免好的工程项目由于受基础设施和客观条件的制约无法实施的窘境，最终保证这些项目可以达到运行和效益的最佳平衡。

[1]周志平,孙新良,付晨鹏,刘恪.电力系统孤网运行动态特性试验[J].电网技术,2017年S2期:94.

[2]曾文清.马钢新区钢轧系统电网孤网运行研究与探讨[J].冶金动力,2013年04期:87.