电气系统专项治理创新与实践

郭孝丽，李步星，杨志刚

（首钢长治钢铁有限公司，山西长治 046021）

1 治理背景

1.1 电力系统优化的重要性

近年来首钢长治钢铁有限公司（以下简称公司）发电率大幅提升，给公司创造了可观的经济效益,但也给电力系统稳定运行带来了严峻挑战，必须进行系统优化。

公司长钢站建设于2003年、钢东站建设于2007年，建设初期没有考虑TRT发电机组之外的其他发电机组的建设、并网投运，2011—2018年先后投运了6 MW蒸汽发电机，两台15 MW热电发电机组,12 MW烧结环冷余热发电机组，30 MW干熄焦发电机组及35 MW富余煤气发电机组，日自发电量240万kW·h，日产生效益约120万元，年增效益约4亿元，经济效益可观。由于公司发电机组均在10 kV侧并网，当系统故障时短路电流会大幅增加，考验系统的开断能力。而变电站建设初期断路器及系统内其他设备均按31.5 kA的动稳定性、热稳定性配置，给电力系统安全运行带来严峻考验。2017—2018年公司电力系统先后发生多起故障（事故），典型故障（事故）如下：

（1）2018年4月8日，长钢站—青石山511线路B相接地，导致焦化干熄焦发电机定子A相异地短路而烧损，影响发电213.78 h，轧钢、水泥因电量不足而限产。

（2）2018年6月10日，轧钢高线停产期间，因H型钢、棒材生产产生的谐波过电压烧损加热炉2#变压器，影响棒材生产3.5 h，H型钢生产2.5 h。

（3）2018年7月13日，投合电容补偿时产生的过电压烧损长钢站1#站变压器，同步因短路电流超过高压断路器及系统额定最大开断电流，撕裂1#站变压器高压柜电流互感器，影响干熄焦发电解列2.87 h，炼钢全停产，9号高炉休风2.58 h、8号高炉减风作业2.92 h，高线压车停产4.42 h、棒材停产2.33 h。

针对每起故障（事故），公司电气专业人员联合首钢股份、中国电科院组建的专家团队对公司电力系统开展了分析诊断：由于公司的快速发展，尤其是新建自发电机组相继投运、并网等原因，电力系统运行现状与最初设计规划发生了较大变化，原供配电系统已经不能满足当前发展需要，消弧线圈接地方式弊端凸显，系统短路电流超标，谐波、电压闪变等电能质量指标恶化，给我公司供配电系统的安全稳定运行造成较大影响，电力系统故障（事故）时有发生。

1.2 电气系统设备治理的紧迫性

电气系统设备及线路老化带来的运行隐患，使电气故障（事故）率大幅上升，必须立即进行治理。

至2018年，公司新区两座高炉建成投运已分别达到10年、15年，电气系统设备尤其是关键控制设备均已超过正常使用寿命（8～10年），易发生故障（事故）。典型故障（事故）如下：

①2017年4月8日，5#烧结1#主抽同步电机因阻尼环断裂而烧损，导致5#烧结1#主抽停机366.5 h，5#烧结被迫全停产5 d，单主抽减产运行10 d；②2018年8月9日，8号高炉TRT发电机检修时发现绝缘下降，紧急保养而影响发电912 h；③2018年8月26日，8号高炉风机因PLC模块故障，申请紧急休风1.5 h处理。

1.3 电气系统基础设施同步治理的必要性

电气系统基础设施不规范，存在安全隐患，导致电气系统发生故障，必须同步进行治理。①2018年8月23日，动力厂钢北站窜入黄鼠狼引发三相短路事故；②2018年9月27日晚，老鼠从电缆沟沿电缆线进入炼铁厂8号高炉高压配电室的干式变压器柜内，并攀爬至变压器上导致变压器两相短路，造成8号高炉非计划休风2小时49分钟，同步3万中压氮透、氧透停机，轧钢棒材、高线各停产3.5 h。

受上述3方面因素影响，近年来电气系统故障（事故）时有发生，经统计，2018年全年设备故障（事故）35起，影响时间468.0 h，故障停机率1.41‰，其中电气故障（事故）22起，占设备故障（事故）停机次数的62.86%，影响时间334.7 h，占设备故障（事故）影响时间的71.52%。这说明电气系统专业管理存在死角和薄弱环节，亟需下大力气整治。

经系统分析后，于2018年9月开始，公司开展了电力系统优化工作，为提高我公司电气系统专业管理水平，有效遏制电气故障尤其是电力系统故障（事故）的发生，确保电气系统稳定运行，必须同步进行电气系统的隐患治理、系统完善等专项工作，决定从2018年10月20日起在公司范围内开展电气系统专项治理行动，下发了《首钢长钢公司电气系统专项治理行动方案》，牵头成立了电气系统专项治理工作组，结合公司实际开展了一系列专项治理活动。

2 治理内涵

为了遏制电气故障（事故）的发生，经系统分析后，确定电气系统治理重点，专业隐患、基础隐患治理必须与电力系统优化同步进行。主要按以下6个思路开展治理工作。

2.1 拓宽管理思路

根据“隐患就是事故”的理念，在公司进行电力系统优化的同时，从消除隐患入手，结合专业实际，把隐患分为“专业隐患”和“基础隐患”，多管齐下，同步开展治理工作，坚持“咬定青山不放松”，逐个突破，将电力系统故障（事故）消灭在萌芽状态。

2.2 创新管理理念

隐患治理方面，坚持“自下而上、上下结合”的管理模式，重心下移，充分激发基层活力和创造力，将职能部门的专业管控与生产单位的具体生产实际有机融合，建立“二维”专业管控模式，进一步强化基层专业治理的主动性。

2.3 结合TPM夯实基础管理

与公司目前大力推行的TPM管理相结合，制定配电室（电控室）治理、验收标准，现场检查、辅导，更加注重挖掘职工智慧，展开现场治理，夯实基层专业管理水平。

2.4 编制电气故障预防及应急措施

编制电气故障预防及应急措施，明确点检、维护重点，使电气工作人员关注日常点检及检修的重点部位，管控故障（事故）的发生。

2.5 对大型电气设备开展检测工作

对10 kV以上电缆、大型电机、变压器、配电柜、GIS等设备，引进先进的谐波检测、局放检测等在线检测手段，在线了解、分析关键设备运行状态，有计划适时开展离线维护，减少突发事故。

2.6 以专题攻关方式开展隐患排查

电气故障（事故）遵循“木桶效应”，往往从最薄弱的环节显现出来，为了遏制故障（事故）的发生，治理活动开展了多个专题攻关项目，加强横向比较学习，以点带面，以强带弱，提升整体专业管控水平。

3 有的放矢，精准施策

结合电气专业运行实践，正确研判专业隐患，科学规划重点治理项目，充分发挥专业团队力量，以点带面，以强带弱，横向到边，纵向到底，以专题攻关方式持续推进电气专业隐患排查治理，下发了《首钢长钢公司电气系统专项治理行动工作方案》《关于成立电气专业课题攻关组的工作方案》和《首钢长钢公司关于下发TPM专项电气系统达标评比活动方案的通知》，主要从以下3个方面开展治理工作。

3.1 电力系统优化治理

2019年3月确定了电力系统优化治理分3步走，首先进行小电阻接地改造，之后进行电能质量治理，短路电流超标治理，是一个系统工程，按专业管理职能分阶段实施。

2019年6月—2020年10月完成了小电阻接地改造，对长钢站、钢东站、钢南站消弧线圈接地装置改造为小电阻接地装置，完善了657面配电柜的零序电流保护，避免了单相接地故障扩大化到两相或三相短路事故的发生。

2021年开始实施电能质量治理,对轧钢厂4条生产线优化配置SVG谐波治量装置，以降低谐波、电压闪变等对电能质量的影响，完成后根据实际运行效果，进一步优化方案，实施短路电流超标治理。

为了遏制电力系统优化过程中电气故障（事故）对电力系统的影响，公司全体电气人员从以下2方面进行了专项整治，为电力系统优化提供基础保障。

3.1.1 综保装置升级改造

2018年对长钢站220 kV综保装置进行了升级改造；2019年对钢东站110 kV综保装置进行了升级改造；2020年初，焦化厂部分综保装置因有害气体腐蚀存在死机现象，联系厂家免费更换；2020年对钢西站110 kV综保装置进行了升级改造；2020年借小电阻接地改造之机对各生产单位所有超出使用寿命的384块高压柜综保装置进行了升级改造。提高了综保装置保护的可靠性，保证了大型电机、变压器发生故障时及时保护停机，避免造成电力系统事故扩大化。

3.1.2 在干熄焦发电机出口增加快开限制短路电流

针对干熄焦发电机定子因异地短路烧损时短路电流接近最大开断电流的事实，经充分调研、计算分析，订购一套ABB公司Is快速限流器，2018年11月18日安装于发电机出口，用于限制系统短路时的故障电流。

3.2 电气系统专业隐患治理

成立电气专业课题攻关组，优先对专业隐患开展预防性维护工作，每月组织一次专题会并形成会议纪要下发各单位，推进电气攻关课题的执行、落实，充分发挥电气专业人员集体智慧，带领全体电气从业人员完成隐患治理、系统完善、升级改造等专项工作，为遏制电气系统故障（事故）的发生发挥了重要作用。

根据隐患性质和影响程度，先后、持续开展了以下11个方面的主要工作。

3.2.1 大型电机维护保养

从2017年下半年开始着手研究、制定大型电机维护保养方案及保养周期，突破大型电机说明书中每两年保养一次的做法，根据大型电机运行实际，结合运行工况及环境开创性的确定，新电机5～8年、旧电机3～5年保养周期，组织开展了公司范围内高压大型电机的定期维护保养工作，截至2020年12月底，公司范围内130多台高压大型(10 kV 500 kW以上)电机已基本完成第一轮维保工作，其中包括4台烧结主抽同步电机、8#和9#TRT发电机、高炉备用风机电机、9#高炉风机电机、炼钢厂二次除尘风机电机、动力厂75 t锅炉2台发电机等关键电机的保养。有效预防了因大型电机烧损造成的电力系统短路事故，为电力系统短路电流超标治理创造了条件。

3.2.2 主变压器保养大修

2018年对长钢站1#和2#主变压器进行了预防性大修；2019年3月九高炉大修期间对钢东站1#主变压器进行了预防性大修，发现铁芯锈蚀，重新制作了铁芯；2020年对钢西站1#和2#主变进行了预防性大修。投运后效果良好，预防了主变故障导致的大面积停电事故。

3.2.3 10 kV电缆隐患处理

2019年11月初，炼铁厂水泵房高压电机电缆头磨损险肇故障后，立即组织各生产单位电气专业人员集中开展高压电机、变压器等大型电气设备电力电缆在进、出线管口处防护措施的排查治理，有效遏制因电缆在接线处绝缘破损引起的电力系统故障（事故）。

3.2.4 开展在线检测，对关键设备实施预知维护

2020年，引进了谐波检测、超声检测、电磁波检测等在线检测手段，对10 kV以上电缆、配电柜、大型电机、变压器、GIS间隔等设备进行在线检测，综合判断关键电器设备内部是否有局部放电现象，预判其安全运行时间，调整大型电机、变压器的保养周期，同步提出针对性保养维护项目，实现了预知维护，进一步优化保养周期、避免突发故障的发生，同步减少维护费用。

3.2.5 对大型变频器进行预防性维护保养

从2019年初开始，根据使用年限及环境逐步开展了炼铁厂出铁场除尘风机、炼钢厂一次除尘风机、轧钢厂精轧机、焦化厂干熄焦环境除尘风机等变频器的维护保养工作，有效降低了这些关键变频器的突发故障，降低了非计划停机影响。

3.2.6 关键控制部位变频器升级改造

2019年底开始组织各单位对关键控制部位变频器进行升级改造，彻底解决了原型号停产造成的备件采购困难等问题：①对炼铁厂高炉溜槽、探尺等在线西门子变频器进行了升级改造；②对轧钢厂棒材S120变频器CU控制单元及接口板进行了升级改造；③对轧钢厂型钢主轧机6RA70传动系统升级，同步解决烧损脉冲板、快熔和可控硅等问题；④对轧钢厂型钢TCS工程师站硬件、软件进行升级改造。

3.2.7 普通控制部位变频器国产化改造

2019年开始组织各单位对普通控制部位变频器进行国产化改造，保证了电气设备的稳定运行，同时降低了运行费用：①对烧结配料、轧钢高线水泵房西门子变频器进行了国产化改造；②将炼钢125 t以上铸造行车ABB调压调速装置改为大连美恒产品。

3.2.8 对关键PLC模块进行寿命管理

从2018年8月底开始，要求各生产单位对PLC模块进行排查，并整理出超过8年以上关键部位的PLC模块1206块需要更换，各单位申报计划后，利用检修时间进行更换。有效控制了关键控制系统的突发故障，减少了非计划停机影响。

3.2.9 对关键设备控制电源进行改造

2017年11月15日，给公司提供气体能源的长治川空公司UPS内部故障无输出导致空压机轴瓦烧损后，公司立即召开专题会，借鉴长治川空公司故障原因及影响范围，分析我公司内部关键设备控制电源存在的问题，组织攻关小组，于2018年6月底，对11套关键设备控制电源进行了供电模式改造，全部改为双路供电无扰切换，为关键设备的稳定运行奠定了基础。

3.2.10 制定电气专业标准、电气故障预防及应急措施

2020年5—8月组织各单位对电气设备点检、检修标准按类别进行了编制、修订。

从2020年9月开始组织开展电气故障预防及应急措施的制定工作，由轧钢厂先行编制，工建公司、焦化厂、瑞昌水泥、动力厂在借鉴轧钢厂预防及应急措施的基础上对本单位部分电气设备完成了编制工作，并在实际生产中试行。

进一步明确点检、检修维护重点，使电气从业人员关注日常点检及检修工作中的重点部位，管控故障（事故）的发生。

3.2.11 点检检修盲区专项治理

2020年6月开始开展因电器元件位置、结构、PLC内部程序缺陷导致的点检、检修盲区治理，并结合实际进展情况进行现场辅导，为减少电气故障奠定了坚实的基础。其中典型案例有：①电力系统接地时烧结主抽变频器因报警而发生停机现象，经多次排查，找到PLC程序在收到变频器接地报警时发出的停止励磁信号导致变频器停止运行；②动力架空线路的点检改用无人机巡检；③钢南站878青石山线路在每个用户点增设分界断路器，使各用户自身故障时从电网分离出来，从而减少对整条线路的影响；④对高压配电室真空断路器动静触头安装无线测温进行在线监测，避免接触不良引起的放电短路故障（事故）。

3.3 电气系统基础隐患治理

从2018年10月20日到2019年底的集中治理，原则上每月召开一次专项治理专题会，对各单位本月隐患排查情况进行点评，对下月重点工作进行安排部署，有序推进电气基础隐患的排查治理，提升现场管理水平，减少电气故障的发生。

3.3.1 集中整治的12个方面

（1）所有电气设备的金属外壳和支架必须有良好的接地线。

（2）设备裸露带电部分有防护，电气设备绝缘无破损，配电盘柜、检修电源箱等无裸露明线头。

（3）现场电气设备外壳、保护罩应齐全。

（4）明确漏电保护开关的使用规范并从检修活动中加以检查整治。

（5）涉爆区域电气设施规范化整治。

（6）高低压变配电室(控制室)整治，规范配电盘(柜、箱）电气标识。

（7）电缆沟、配电盘（柜）电缆进线孔洞使用防火材料封堵，以防止电气设备发生火灾时火势蔓延及防止蛇、鼠类小动物进入。

（8）规范临时线路架设要求。

（9）动力电缆、仪表控制线路、照明线路等按规范配置保护线（槽）管、(防爆）挠性软管等。

（10）各种仪表工作正常，按期校验。

（11）配电室漏雨、电缆沟积水专项治理。

（12）其他不符合电气设备安全规范的情况。

截至2019年底，通过专项集中治理，各单位共排查发现问题9077项，整改完成9077项，整改完成率达100%，基本消除了基础层面的隐患，为电气设施稳定运行奠定了基础。

3.3.2 基础隐患综合整治典型案例

3.3.2.1 配电室孔洞封堵

从2018年8月开始，重点对各单位高低压配电室、电控室孔洞进行封堵，共计328个配电室及电控室（含辅助单位25个配电室）。对于整个配电柜无底板不易封堵的情况，经过讨论根据实际情况有些利用切割耐火板封堵柜底，有些对进出配电室的电缆沟孔洞进行封堵完成。由于高压柜停电机会少，大部分高压柜底部孔洞利用春防时间进行了封堵。同步完善了挡鼠板、驱鼠器等相关设施，有效预防了小动物进入配电柜引起的突发故障。

3.3.2.2 创建TPM电气专业活动小组，开展隐患排查治理

将电气专业基层排查治理有效融入到TPM活动中，将电气系统专项治理引向纵深，全方位提升公司电气专业管理水平。小组活动成效典型事例见图1、图2。

图1 控制柜清理油污、整理线路前后

图2 行车保护柜线路整改前后

3.3.2.3 开展配电室、电控室专项评比验收

2020年初下发了《首钢长钢公司关于下发TPM专项电气系统达标评比活动方案的通知》，开展了配电室、电控室专项评比验收工作，各单位按照下发的验收标准，利用检修时机对配电室进一步整治，全年共验收配电室303个，验收不合格的21个配电室，均重新整改后验收合格，配电设施较2020年未整改前有了较大改观，为减少小故障的发生奠定了坚实基础。部分整改效果展示见图3、图4。

图3 配电设施功能标识前后

图4 热风炉线路整改前后

通过开展电气系统专项治理行动，督促公司各单位全面细致排查，认真及时整改电气系统存在的各类隐患问题，提升公司电气系统专业管理水平，最大限度消除和减少电气系统运行隐患，有效遏制各类电气故障（事故）的发生。2020年全年设备故障（事故）25起，故障（事故）停机率1.01‰，其中电气故障10起，占设备故障（事故）的40%，影响时间37.44 h，未发生电气事故，取得了显著成效（表1）。

表1 开展电气专项治理以来电气故障（事故）统计表

4 实施效果

4.1 经济效益

开展电气系统专项治理活动以来的电气故障（事故）统计表见表1。通过2年零3个月的电气系统专项治理，公司电气系统管控水平显著提升，电气故障影响时间由2018年的334.7 h减少到2020年的37.44 h，减少电气故障时间产生直接经济效益534.272万元，增加发电效益505.941万元，减少工艺备件消耗及废品损失130.576万元，为公司的经营发展积累了专业管理经验，为生产经营提供了有力保障。

4.2 管理效益

结合电气专业运行实践，正确研判专业隐患，科学规划重点治理项目，充分发挥专业团队力量，开展针对性培训,以点带面，经强带弱，坚持“自下而上、上下结合”的管理模式，重心下移，充分激发基层活力和创造力，将职能部门的专业管控与生产单位的具体生产实际有机融合，建立“二维”专业管控模式，进一步强化基层专业治理的主动性。

以专题攻关方式持续开展电气专业隐患排查治理，系统完善，坚持以横向到边、纵向到底的方式推进，为公司生产经营提供了强有力的专业保障，为冶金企业及大型企业电气专业专项治理提供了可行方案。