大型鋼廠并網的調度運行管理

安重霖，匡紅軍

（1.華北電力大學，北京 102206；2.日照供電公司，山東 日照 276826）

0 引言

鋼廠屬高危企業，對供電可靠性要求非常高，同時大型鋼廠并網給電網的安全穩定帶來了巨大影響，供電部門應在保證鋼廠可靠供電的前提下，深入分析鋼廠并網對電網的影響，并采取相應的解決措施。

1 大型鋼廠的供電規模及對供電可靠性要求

1.1 鋼廠的供電規模及接線方式

日照鋼廠年產鋼材1 200萬t，年用電量48億kW·h，變電總容量131.8萬kVA，自備發電機8臺，單機容量5萬kW，發電總容量為40萬kW，網供最高負荷50多萬千瓦，占了整個電網負荷的近二分之一。其內部的供電網絡非常復雜，有鋼廠 1、2、3、4站4個主供 110 kV變電站，通過四回110 kV線路即鋼廠Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ Ⅳ線分別與系統的220 kV甲站和220 kV乙站并網，8臺自備發電機全部接進110 kV開關站，再經110 kV電廠Ⅰ、Ⅱ線接入鋼廠2站，經電廠Ⅲ、Ⅳ線接入鋼廠3站，鋼廠4個110 kV變電站之間的連接線路既有T接，也有串接，從而使每個變電站都能由220 kV甲站和乙站雙電源供電。電氣聯絡圖如圖1所示。

圖1 鋼廠電氣聯絡圖

1.2 鋼廠對供電可靠性的要求

鋼廠內部燒結、煉鐵、煉鋼、軋鋼四大生產工序，關聯性強，任何一個環節的供電出現問題，將造成巨大的經濟損失。生產工藝設備如高爐、轉爐、加熱爐、鋼包爐、LF爐等運行在高溫、高壓狀況下，對電力供應的依賴性和敏感性非常強，電力供應異常、不連續、中斷很容易引發設備易燃、易爆以及人身傷亡等重大事故［1］。如高爐冷卻系統的水泵電機一旦停止工作，將會造成高爐爆炸。

2 大型鋼廠并網對電網的影響分析

2.1 容易形成電磁環網

從圖1可以看出，此種接線方式，如果運行方式安排不當，極易形成網中網，其中任一條110 kV線路或主變檢修，都需要調整運行方式，造成220kV甲站和220 kV乙站的主變110 kV側合環運行，形成高低壓電磁環網，而長時間的電磁環網對電網的安全穩定運行是不利的，容易引發大面積停電事故。

2.2 引發暫態穩定問題

鋼廠的8臺自備發電機同時并網，且只有4回110 kV并網線，由于發電機組容量大，在某些特殊方式下，容易發生暫態穩定問題，引起局部電網的失穩。

2.3 引起電網短路容量增大

鋼廠8臺自備發電機中，并入220 kV甲站和乙站的發電機各有4臺，在特殊方式下，如220 kV甲站或乙站的兩條并網線同時停電，8臺發電機將同時并入一個220 kV變電站，40萬千瓦的發電容量勢必給甲站和乙站的110 kV側和35 kV側短路容量帶來很大影響，使開關遮斷容量不滿足要求，在電網發生短路時，燒壞設備甚至危及人員安全［2］。

2.4 造成主變重載運行

220 kV甲站和乙站的主變各為2×180 MVA，總容量為720 MVA，由于鋼廠網供負荷最高為50多萬千瓦，甲站和乙站所帶其余負荷為10萬千瓦，兩站最高負荷將達到60多萬千瓦，容載比僅為1.12，在1臺主變跳閘時，將造成另一臺主變過載50%以上，如果不快速進行切負荷，將造成主變壓器燒壞。

2.5 影響電網的負荷預測

鋼廠多為沖擊性負荷，軋鋼時負荷波動經常在十幾萬千瓦，每天根據產品、產量以及煤氣量隨時調整生產線，負荷變化不定，給電網的負荷預測造成了很大影響，同時由于鋼廠的自備發電機是采用高爐煤氣發電，其發電量的多少受煤氣量的制約，而煤氣量又受產品結構、生產線開停影響比較大，從而使網供負荷變化較大，難以預測，影響了全網發電計劃的制定和電壓質量。

3 供電公司采取的安全措施

3.1 協助鋼廠合理安排運行方式

按照 《3-110 kV電網繼電保護裝置運行整定規程》規定：110 kV電網宜采用環網布置，開環運行的方式；宜采用雙回線布置，單回線－變壓器組運行的終端供電方式；平行雙回線上的雙T接變壓器不允許并列運行。因此，供電公司要求鋼廠的所有110 kV變電站采用母線分列運行，投入110 kV母聯備自投方式。并以公司文件形式下發《鋼廠運行方式的有關規定》，要求鋼廠嚴格執行規定，避免發生大的電網事故。

3.2 進行潮流穩定校核

由于鋼廠的供電網絡比較復雜，有引發電網暫態穩定的可能性［3］，因此供電公司調度專業人員建立了鋼廠內部供電網絡的數據庫，按照《電力系統安全穩定導則》三級標準的要求，進行了潮流穩定計算分析。根據計算結果，指出鋼廠應該避免的運行方式，如不允許1臺機或多臺機同時通過兩回110 kV并網線（圖1中的電廠Ⅰ、Ⅱ線）合環運行，造成在一回線跳閘時，功率發生轉移，發電機組失穩。不允許3臺及以上機組同時通過一條聯絡線并網。計算結論最后形成《鋼廠潮流穩定分析報告》，作為日常檢修運行方式安排的依據。

3.3 計算校核短路容量

選取鋼廠最大運行方式，即8臺發電機通過聯絡線全部并入220 kV甲站或乙站，發現甲站低壓側的短路容量達到32.27 kA，乙站低壓側短路容量達到35.83 kA，均超過了低壓側開關最大遮斷容量25 kA，低壓側必須采取分列運行方式，供電公司及時將220 kV甲站和乙站的主變低壓側分列運行，同時要求鋼廠避免出現8臺發電機同時并入同一個220 kV變電站的運行方式。

3.4 制定合理的低頻、低壓解列和減負荷方案

低頻、低壓切負荷裝置是保證電網安全穩定運行的第三道防線。從鋼廠的安全角度考慮，在電網發生頻率降低的時候，合理的低頻、低壓解列方案能保證鋼廠發電機組及時可靠解列，合理的低頻、低壓切負荷方案能保證鋼廠切除一部分非重要負荷，保證發電機出力和剩余重要負荷平衡，使發電機能帶一部分重要負荷孤網運行［4］。制定低頻、低壓切負荷方案的關鍵是切除的負荷不能為連續生產線負荷，制定低頻、低壓解列方案的關鍵是選擇合適的解列點。經過綜合方案論證，供電公司選取220 kV甲站和乙站日鋼Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ線出線開關作為解列點。解列定值取48.25 Hz，時限0.2 s，df/dt=8 Hz/s；低壓解列定值取 78%Un，0.2 s。低頻切負荷定值取:低頻一輪定值48 Hz，時限 0.2 s，df/dt=5 Hz/s；低頻二輪定值 47.75 Hz，時限0.2 s，df/dt=5 Hz/s，低壓定值取 75%Un，0.2 s。

3.5 保證鋼廠繼電保護定值與電網相配合

供電公司加強了對鋼廠繼電保護定值的管理，鋼廠內部變電站的所有保護定值都由公司調度整定計算人員統一計算。這樣可以保證其繼電保護定值與電網的定值相配合［5］，以免發生由鋼廠設備拒動引起220 kV甲站和乙站設備跳閘，引發大面積停電事故。

3.6 規范鋼廠檢修和無功管理

供電公司加大對鋼廠負荷特性的研究力度，跟蹤其生產運行信息，并了解其生產設備、工藝流程、產品結構以及負荷特點等，探索有效的負荷管理辦法。要求鋼廠每天定時報送第二天的負荷情況和檢修計劃，并及時投退電容器，不能向網上倒送無功。

3.7 在220 kV甲站和乙站加裝主變過載聯切裝置

按照山東電網《安全自動裝置配置要求》規定：一臺主變跳閘，如果另一臺主變過負荷50%以上，必須加裝主變過載聯切裝置。經和鋼廠技術人員進行討論，供電公司制定了220 kV甲站和乙站的主變過載聯切方案，方案規定在主變110 kV側額定電流達到 945 A時，0.5 s發信號；電流1 200 A，10 s切掉110 kV線路共35 MW負荷；電流1 200 A，15 s切掉日照鋼廠 30 MW 負荷；電流1 150 A，900 s切掉日照鋼廠20 MW負荷。

4 結語

供電公司采取了有效的安全措施，保證鋼廠的可靠供電，解決鋼廠并網帶來的問題，鋼廠并網8年來，未發生大的電網事故。