低周减载技术在安化公司电网中的应用

康钰涛

(河南能源化工集团安化公司，河南 安阳 455133)

0 引 言

河南能源化工集团安化公司(简称安化公司，下属化肥公司、安阳九阳化工有限公司、安阳九天精细化工有限责任公司、安阳九龙化工有限公司、安阳永金化工有限公司等)始建于1969年，目前主要产品产能为合成氨310 kt/a、尿素460 kt/a、甲醇85 kt/a、甲胺/DMF 150 kt/a、复合肥200 kt/a、乙二醇200 kt/a、瓶级聚酯300 kt/a、保险粉100 kt/a、DMAC 20 kt/a、液体二氧化碳(食品级)30 kt/a、甲醇钠2 000 t/a、高纯度α-亚麻酸10 t/a、粉煤灰蒸汽加压砌块250 km3/a等；锅炉系统有5#～8#锅炉(单炉产汽量75 t/h)、9#～10#锅炉(单炉产汽量130 t/h)、11#锅炉(产汽量220 t/h)。

由于安化公司建厂较早，各生产装置建设时间跨度较大，导致各生产装置供电系统相互交叉，供电系统也随之变得越来越复杂。供电网络在外供电Ⅰ、Ⅱ茶化线发生故障跳闸或110 kV供电系统由于某种原因导致电网失压时，造成安化公司供电网络与外部电网脱离，即35 kV供电系统与110 kV供电系统脱离，此时安化公司供电系统为自发电系统支撑形成一个孤岛运行的小电网。而利用微机式综合保护装置低周减载功能按预定方案切除6 kV供电系统相应负荷，靠安化公司的自发电系统维持全厂锅炉系统和公用工程系统等的正常运行，可防止因外电网失电或者110 kV供电系统由于某种原因跳闸导致供电系统失压而造成全厂停车。简言之，安化公司在外电网失压的情况下，利用低频解列及低频减载使自发电系统最大限度地保住锅炉系统、公用工程系统、九阳化工制气系统、九天化工二甲胺系统、8 000 m3/h空分系统、4 000 m3/h空分系统，借助自发电系统的安全运行，通常各生产系统在24 h内会恢复正常运行，从而可使乙二醇系统、合成氨系统、尿素系统、九天化工甲胺系统快速恢复生产，大大降低外电网失压等事故造成的经济损失。

1 安化公司供电系统简介

安化公司供电系统主要由外购电和自发电两部分组成(如图1所示)。外部电源由茶棚变电站110 kV不同母线段引出2条110 kV线路(Ⅰ茶化线、Ⅱ茶化线)，接至安化公司110 kV总降站GIS高压室Ⅰ茶化2间隔和Ⅱ茶化2间隔。化111、化112分别为化1#主变、化2#主变间隔，化1#、2#主变压器为安化公司化肥公司负荷供电。从总降站110 kV GIS高压室引出2条联络线(Ⅰ化龙、Ⅱ化龙)至110 kV九龙站GIS高压室接入Ⅰ化龙2、Ⅱ化龙2间隔。龙111、龙112、龙113分别为龙1#主变、龙2#主变、龙3#主变间隔。龙1#主变、龙2#主变、龙3#主变低压侧分别接至九龙35 kV站高压室Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段母线上，为九龙35 kV站高压室三段母线电源进线。安化公司两外部线路自上而下正常分列运行，即110 kV、35 kV、6 kV及0.38 kV线路分列运行。所有母线设分段断路器，正常运行方式(基本运行方式)都是断开的。

自发电系统主要包括化肥1#发电机、化肥3#发电机、热电4#发电机、九龙1#发电机、九龙2#发电机。化肥1#、3#(3 MW和6 MW)发电机组安装在化肥公司自备电站，接入自备电站6 kV母线Ⅰ段并经联络线接入九龙302站6 kV母线Ⅱ段。热电4#(12 MW)发电机组安装在九龙热电站，接入热电站6 kV母线Ⅰ段并经联络线接入九龙302站6 kV母线Ⅰ段。九龙2台30 MW机组为发电机-变压器单元接线，九龙1#、2#发电机经升压变压器分别接入九龙35 kV母线Ⅰ段和Ⅱ段。正常情况下自发电系统与外购电系统并网运行。

图1 安化公司供电系统结构示意图

2 低周减载整定原则

安化公司供电系统发生低频振荡有两种情况：一是安化公司外电源全部“消失”，厂内运行的发电机容量不足，有功功率严重失衡，造成供电系统频率快速下降；二是非外部线路故障跳闸，而是供电系统中大型机组因故突然停机(跳停)，有功功率不足，造成供电系统频率下降，但此种情况频率下降速度较慢。

低周减载的目的是，通过核算发电机孤网运行数据，整定6 kV高压电机低周减载频率定值、滑差定值、电压定值、电流定值、动作延时等。设定好低周减载6 kV高压电机切除轮次，切除部分工艺生产用电负荷，防止供电系统频率长期运行在过低值或下降至系统崩溃值，使系统频率快速恢复到额定频率。在确定切除负荷量时，应根据不同故障情况下的发电负荷来确定，使保留负荷与自发电负荷尽量匹配，尽可能保留较高的生产负荷，以便于后续整个生产系统快速恢复正常运行。

合理选择频率级差、轮数和延时，是保证综保低周减载装置准确动作的前提。为使供电系统频率不致降低到过低值，低周减载装置的最高一轮整定频率不宜过低——由于九龙1#、2#发电机及热电4#发电机可以长时间运行在49.5 Hz以上，第一轮低周减载启动值应低于49.5 Hz，一般第一轮低周减载整定值以49.5～49.3 Hz为宜。低周减载装置末轮频率定值的选择不能低于发电机组的低频保护定值，而且应留有0.3～0.5 Hz的余量。低周减载轮数一般选3～4轮，频率级差可取为0.2～0.3 Hz。

3 低周减载切除负荷顺序确定原则

(1)安化公司电网孤网运行时，在保证造气系统、锅炉供汽系统、工艺循环水系统安全运行的前提下，电仪分公司结合机动部、安环部、生产部、工艺车间等单位按系统切除工艺负荷的重要性制定出低周减载切除电气设备的轮次及各轮次切除电力设备的装机容量。

(2)先切除对生产系统影响不大或相对容易恢复至正常运行状态的次要负荷，尽量保留对生产系统相对重要或不易开车正常运行的负荷，切除的负荷以电动机为主。

(3)不能切除停电后易引起人身伤亡、设备损坏等事故的负荷，保留维护系统安全运行所必须的负荷。

师：好，那这首诗朦胧的特色是怎么样把整首诗都涵盖进去的呢？作者又是通过哪几个意象来创设这种朦胧的环境呢？

(4)不能切除维持自发电系统运行所需的热电锅炉设备的负荷，如热电高压室、九龙热电高压室、220 t/h锅炉高压室等所接的所有锅炉电气设备。

(5)不能彻底切除维持工艺系统生产的造气系统、供水系统、压缩空气等公用工程系统的转动设备。

(6)不能切除6 kV/0.4 kV变压器，防止生产照明失电或其他原因造成的不必要人身伤害事故，保留现场照明和检修电源，便于现场检修和生产系统重启。

4 低周减载技术实施方案

安化公司供电系统运行时，当外部电源部分失去或全部失去后，将利用自动低频解列装置将内部电网与外部系统解列，在安化公司内部形成一个或两个孤网系统。为保住关键性负荷的持续供电，采用低周减载装置按频率切除部分非重要负荷，依靠自备发电机保持部分重要负荷不间断供电。本着节约成本、减少投资并能满足安化公司供电系统低周减载保护要求的情况下，依托许继WGB-250系列微机电动机保护测控装置保护逻辑，与许继集团协作进行改进，并结合安化公司实际情况进行保护逻辑编程、版本升级、保护逻辑刷新，以实现低周减载功能。

九龙站全部用电负荷，正常情况下由龙1#、龙2#、龙3#3台110 kV/35 kV主变和5台发电机共同供电。由于系统解列点设在35 kV进线开关龙351、龙352和龙353，且正常运行时各分段开关断开、分列运行(安化公司供电系统解列点位置如图2所示)，以及正常运行时两条外部线路从上到下都是分列运行的，外电源突然失压后，安化公司内部电网系统仍保持分列运行。当其中一条外部线路故障停电，如Ⅰ茶化断电，安化公司内部出现1个孤网系统，即35 kV Ⅰ段及以下配电系统形成1个孤网系统；当2条外部线路同时出现故障停电，但九龙2#主变接在110 kV西母线上，安化公司内部就出现2个孤网系统，即35 kV Ⅰ段(包括热电4#发电机、九龙1#发电机，合计功率为12+30=42 MW)和35 kV Ⅱ段及以下系统(包括化肥1#发电机、化肥3#发电机和九龙2#发电机，合计功率为3+6+30=39 MW)；35 kV Ⅲ段由于没有发电机，因此不能形成孤网。在低周减载方案中，用电负荷、发电量平衡要按2个孤网系统分别进行计算。

图2 安化公司供电系统解列点位置示意图

4.1 35 kV Ⅰ段孤网系统

35 kV Ⅰ段系统有发电机2台，分别为热电4#发电机和九龙1#发电机，总装机容量为12+30=42 MW，九龙1#发电机可发电功率约为16 MW，热电4#发电机可发电功率约为6 MW，合计可发电功率约16+6=22 MW。35 kV Ⅰ段正常运行负荷约为48.2 MW，孤网运行时缺额约48.2-22=26.2 MW。

35 kV Ⅰ段系统全部中压电动机投入低频保护，系统解列后，按保护定值分批切除不重要负荷、较重要负荷、重要负荷、需保留负荷，切除的负荷约为26.2 MW，并使最后一轮“保留负荷”近似等于或小于22 MW。

4.2 35 kV Ⅱ段孤网系统

35 kV Ⅱ段系统有发电机3台，分别为化肥1#发电机、化肥3#发电机和九龙2#发电机，总装机容量为3+6+30=39 MW。系统解列后，化肥1#发电机(3 MW)和3#发电机(6 MW)将自动停机，只有九龙2#发电机运行，九龙2#发电机可发电功率约为16 MW，即合计可发电16 MW，化肥系统厂用负荷不能得到保证。35 kV Ⅱ段正常运行负荷约为31.42 MW，孤网运行时缺额约31.42-16=15.42 MW。

4.3 35 kV Ⅲ段系统

35 kV Ⅲ段系统没有发电机，系统解列后，原有负荷全部停电，需保留的负荷约2 319 kW也无法保证供电。

4.4 低周减载保护装置整定值

利用电动机保护装置WGB-251A、WGB-252A的频率保护功能，低频保护定值内容应按频率保护模块要求的项目整定，运行时可投退。动作频率如下：第一轮不重要负荷电动机，按低于49.5 Hz整定，取保护装置频率保护设定值fop=49.3 Hz；第二轮较重要负荷电动机，与第一轮定值配合，取第一轮与第二轮之间的频率差△f=0.3 Hz；第三轮重要负荷电动机，与第二轮定值配合，取第二轮与第三轮之间的频率差△f′=0.3 Hz；第四轮必须保留的负荷，按发电机最低允许频率48.5 Hz整定。

4.5 外部电源正常后的恢复供电

当外部电源故障消除后，外部供电系统电压、频率恢复正常，安化公司2个(或1个)孤网系统需要重新接入电网，即利用解列点龙351和龙352装设的自动/手动同期装置将发电机接入系统。

5 低周减载技术应用后供电系统故障处理实例

某日，安化公司供电系统运行方式和运行负荷为：Ⅰ茶化线、Ⅱ茶化线分列运行，化110母联热备；Ⅰ茶化线负荷6.7 MW、Ⅱ茶化线负荷54 MW；Ⅰ、Ⅱ化龙联络线分列运行，龙110 kV母联热备；Ⅰ化龙联络线负荷6.7 MW、Ⅱ化龙联络线负荷26.3 MW；龙1#主变在龙110 kV西母线运行负荷5.9 MW、龙2#主变在龙110 kV东母线运行负荷15 MW、龙3#主变在龙110 kV东母线运行负荷11.3 MW，龙3501、3502、3503母联在分位；当时九龙1#发电机负荷20.5 MW、九龙2#发电机负荷25.6 MW，热电4#发电机负荷11.8 MW，化肥1#发电机负荷2.3 MW，化肥3#发电机负荷2 MW。

当日07:41，Ⅰ茶化线报距离保护Ⅰ段动作，同时Ⅰ化龙线报距离保护Ⅰ段动作(跳Ⅰ化龙2断路器)，Ⅰ化龙2跳闸后九龙1#发电机和热电4#发电机孤网运行。在这次供电事故中，供电系统低周减载装置起到了很大的挽救作用：低周减载装置第一轮切除了Ⅰ茶化和Ⅰ化龙供电系统中的醇烃化系统1#循环机、造气系统13#/15#/17#鼓风机、9#真空泵、11#4 800 kW合成氨压缩机、3#/5#3 300 kW水煤气压缩机、2#罗茨风机等设备，九龙1#、热电4#发电机孤网运行，达到发电、用电平衡，保住了220 t/h锅炉系统、乙二醇界外系统、二甲胺系统、造气系统、九龙9#锅炉、热电5#/6#锅炉、九天甲胺制气系统、空分系统，靠安化公司自发电系统维持运行，各生产系统在短时间内很快恢复正常运行。

6 结束语

低周减载技术在安化公司自备电厂+外部电源供电系统中的应用，是企业自主实施的优化技改项目。低周减载状态下，虽然不能维持整个生产系统的连续运行，但可以通过低周减载装置减去部分或全部高压电动机负载，保留变压器及少量特别重要的负荷，不仅有助于快速恢复生产，还可为事故状态下的紧急处理(尤其是夜间发生供电事故时)创造条件。此举可有效遏制在供电系统出现故障(外电网失压)的情况下发电机不能孤网运行的现象，有效避免外部电源故障造成的生产系统大范围停车事故的发生，从全局出发，避免设备的严重损坏、减少系统物料排放、缩短系统重启时间，最大限度地减少供电系统故障带来的经济损失，既可减少生产损失，又可确保生产安全。