TRT機組并網發電下總降變電站經濟運行的研究與實踐

呂 欣

引言

某400萬t產能冶金企業堅持精細化管理、精益化運營，以降本增效和技術創新為突破口，創新管理，推動企業可持續發展，利用煉鐵高爐爐頂煤氣的壓力能和熱能通過透平膨脹機做功轉化成機械能，機械能驅動發電機組轉化成電能，即煉鐵高爐配置TRT高爐煤氣余壓透平發電裝置（以下簡稱TRT）并網發電，沖減外購生產用電電量，降低生產用電成本，通過分析在運TRT發電并網工況和1#總降變電站供電運行方式，依據TRT發電負荷和生產用電負荷情況，調整1#總降變電站運行方式，停運一臺20000 kVA主變壓器，減少1#總降變電站主變壓器基本容量電費和有功功率損耗電度電費支出而獲得一定的經濟效益。

1　基本工況

1.1　供電網架

1#總降變電站66 kV順鐵一線和順鐵二線兩路地區供電電源可互為備用或一用一備運行，單回供電容量即可滿足全部用電負荷，通過66 kV母線橋分別帶1#主變及6 kVⅠ段母線、2#主變及6 kVⅡ段母線、3#主變及6 kVⅢ段母線運行，66 kV母線橋具備1#、2#和3#主變一次側（即66 kV順鐵一、二線）并列操作運行條件，6 kVⅠ段、Ⅱ段和Ⅲ段母線具備1#、2#和3#主變二次側分別并列操作運行條件，另6 kVⅠ段、Ⅱ段和Ⅲ段母線帶有公共旁路母線。

1#總降變電站1#、2#和3#主變均并有TRT發電機組，其中1#830 m3高爐配置1#TRT發電機組并網于1#主變6 kVⅠ段母線，2#580 m3高爐配置2#TRT發電機組、3#450 m3高爐配置3#TRT發電機組和4#580 m3高爐配置4#TRT發電機組均并網于2#主變6 kVⅡ段母線，5#830 m3高爐配置5#TRT發電機組并網于3#主變6 kVⅢ段母線，供電網架如圖1，TRT發電機組參數如表1，主變參數如表2。

圖1　供電網架

表1　TRT發電參數

表3　1#總降變電站主變負荷率

表2　主變參數

1.2　負荷情況

冶金企業為不間斷生產、連續用電的生產工藝，受冬季氣溫較低影響，電動風機、軋鋼產線等相應生產設備用電負荷同比夏春秋季略有增加，而TRT發電受冬季進口煤氣溫度影響，發電量同比夏春秋季略有減少，分析認為12月份1#總降變電站主變負荷率和TRT發電效率最具代表性，1#總降變電站主變負荷率如表3，TRT發電效率如表4，饋出線運行負荷情況如表5。

表4　TRT發電效率 %

2　經濟方式運行

2.1　運行方式

2.1.1TRT發電并網前

表5　饋出線運行負荷情況

常規下，1#總降變電站66 kV順鐵一線帶1#主變及6 kVⅠ段母線運行，順鐵二線通過66 kV母線橋同時帶2#主變及6 kVⅡ段母線和3#主變及6 kVⅢ段母線解列運行，66 kV母線橋備自投投入，6 kVⅠ段、Ⅱ段和Ⅲ段母線公共旁路母線冷備用。

2.1.2TRT發電并網后

經協商，地區供電部門同意1#和3#主變執行短時并列操作、相互倒運但不能同運，2#主變故障或檢修時可臨時安排1#和3#主變壓器同運，并利用各主變壓器一次計量裝置實時監控運行情況。

當選擇1#主變停運時，1#總降變電站66 kV順鐵一線通過66 kV母線橋帶2#主變運行，2#主變通過6 kVⅠ段與Ⅱ段母聯開關同時帶6 kVⅠ段和Ⅱ段母線運行，順鐵二線帶3#主變及6 kVⅢ段母線運行，66 kV母線橋備自投投入，6 kVⅠ段、Ⅱ段和Ⅲ段母線公共旁路母線冷備用。

當選擇3#主變停運時，1#總降變電站66 kV順鐵一線帶1#主變及6 kVⅠ段母線運行，順鐵二線通過66 kV母線橋帶2#主變運行，2#主變通過6 kVⅡ段與Ⅲ段母聯開關同時帶6 kVⅡ段和Ⅲ段母線運行，66 kV母線橋備自投投入，6 kVⅠ段、Ⅱ段和Ⅲ段母線公共旁路母線冷備用。

2.2　負荷平衡

當高爐順產時，TRT發電正常運行向電網送電；當高爐生產不順或短時休風時，視用電負荷情況，安排TRT發電機不解列作電動運行；當高爐定修休風或TRT發電機組檢修、故障時，TRT發電機解列停機。下面以選擇3#主變停運為例說明負荷平衡方案。

2.2.1單臺TRT發電停機或電動

當1#TRT發電停機或電動時，1#主變并網發電量減少4564 kVA左右，1#主變運行容量由10802 kVA增加到15388 kVA左右，負荷率由54.01%升至76.94%左右，即供電容量可滿足用電需求。

當 2#、3#、4#、5#TRT 發電中任意一臺停機或電動時，2#主變并網發電量減少2917～4596 kVA左右，2#主變運行容量由21631 kVA增加到24548～26227 kVA左右，負荷率由86.53%升至98.20%～104.91%左右，正常計劃時，生產調度提前安排將1#TRT發電通過6 kVⅠ段、Ⅱ段和Ⅲ段母線公共旁路母線倒閘轉運至2#主變并網發電，發電量相互沖抵，故障突發時，生產調度立即安排棒材軋鋼產線停止軋鋼以迅速減少12000 kVA左右用電負荷，防止2#主變滿載過載運行，然后再執行1#TRT發電轉運，即供電容量可滿足用電需求。

2.2.2兩臺TRT發電同時停機或電動

當 1#TRT 與 2#、3#、4#、5#TRT 中任意一臺同時停機或電動時，1#主變并網發電量減少4564 kVA左右，1#主變運行容量由10802 kVA增加到15388 kVA左右，負荷率由54.01%升至76.94%左右，2#主變并網發電量減少2917～4596 kVA左右，2#主變運行容量由21631 kVA增加到24548～26227 kVA左右，負荷率由86.53%升至98.20%～104.91%左右，正常計劃時，生產調度盡量同時安排棒材軋鋼產線同時停產檢修，減少12000 kVA左右用電負荷，由2#和3#總降變電站供電的高線軋鋼產線、全連軋軋鋼及半連軋軋鋼產線保障生產順暢，否則需提前安排將棒材四線3000 kVA左右用電負荷通過6 kVⅠ段、Ⅱ段和Ⅲ段母線公共旁路母線倒閘轉運至1#主變供電，故障突發時，生產調度立即安排棒材軋鋼產線停止軋鋼以迅速減少12000 kVA左右用電負荷，防止2#主變滿載過載運行，然后再執行棒材四線3000 kVA左右用電負荷轉運，屆時1#主變負荷率升至91.94%左右以下、2#主變負荷率降至92.91%左右以下，即供電容量可滿足用電需求。

當 2#、3#、4#、5#TRT 中任意 2 臺同時停機或電動時，2#主變并網發電量減少6160～7847 kVA左右，2#主變運行容量由21631 kVA增加到27791～29478 kVA左右，負荷率由86.53%上升為111.16%～117.91%左右，正常計劃時，生產調度盡量同時安排棒材軋鋼產線同時停產檢修，減少12000 kVA左右用電負荷，由2#和3#總降變電站供電的高線軋鋼產線、全連軋軋鋼及半連軋軋鋼產線保障生產順暢，否則需提前安排將棒材三線5000 kVA左右用電負荷通過6 kVⅠ段、Ⅱ段和Ⅲ段母線公共旁路母線倒閘轉運至1#主變供電，將除塵二線1800 kVA左右用電負荷在除塵配電室并列倒閘至除塵一線帶全段運行，故障突發時，生產調度立即安排棒材軋鋼產線停止軋鋼以迅速減少12000 kVA左右用電負荷，防止2#主變過載運行，然后再執行棒材三線5000 kVA左右和除塵二線1800 kVA左右用電負荷轉運，屆時1#主變負荷率升至88.01%左右以下、2#主變負荷率降至90.71%左右以下，即供電容量可滿足用電需求。

2.2.33臺及以上TRT發電同時停機或電動

當 1#、2#、3#、4#和 5#TRT任意 3 臺同時停機或電動時，生產調度安排棒材軋鋼產線同時停產檢修，減少12000 kVA左右用電負荷，由2#和3#總降變電站供電的高線軋鋼產線、全連軋軋鋼及半連軋軋鋼產線保障生產順暢為有效的最佳方案。

當 1#、2#、3#、4#和 5#TRT任意 3 臺以上同時停機或電動時，說明生產節奏已經放慢或遇極端情況，所有生產工序的用電負荷均會大幅下降，特別是軋鋼產線幾乎停產，可不做考慮。

分析綜上負荷平衡，生產調度應合理編制生產計劃，煉鐵高爐錯時定修休風，優化4條軋鋼產線的生產節奏，盡量避免 1#、2#、3#、4#和 5#TRT任意 2 臺同時停機或電動，選擇高爐定修休風與棒材軋鋼產線檢修聯動，減少負荷平衡調整供電運行方式的次數，保障安全經濟運行。

3　經濟效益

3.1　基本容量電費

地區供電部門大型工業用電實行兩部制電價收費，除電度電費按“峰、谷、平”時段電價收取外，基本容量電費按1#總降變電站主變壓器額定容量22元/kVA收取，停運1#或3#20000 kVA主變壓器，可減少基本容量電費支出528萬元/年。

3.2　有功變損電費

主變壓器的有功功率損耗采用理論法計算，有功功率損耗ΔΡT如下：

式中，Sc——變壓器運行負荷，kVA；

Sr——變壓器額定容量，kVA；

ΔΡ0——變壓器空載有功損耗，kW；

ΔΡk——變壓器滿載有功損耗，kW。

電度電費除“峰、谷、平”綜合差價外含城市建設附加費、農網還貸資金和可再生能源發展基金等綜合電價約為0.52元/kW·h，按8760 h/年計算，1#或3#主變壓器停運可減少有功功率損耗如表6。

表6　主變有功功率損耗

綜上，合計減少1#總降變電站主變壓器基本容量電費和有功功率損耗電度電費支出可達550萬元/年。

4　結語

通過TRT發電負荷和生產用電負荷平衡分析，合理調整1#總降變電站運行方式，66 kV順鐵一、二線分帶，主變壓器解列運行，滿足生產用電供給側環并操作、互為備用的安全靈活性要求，停運1#或3#20000 kVA主變壓器，滿足生產用電需求側用電容量要求，成功實現減少1#總降變電站主變壓器基本容量電費和有功功率損耗電度電費支出而獲得一定的經濟效益。

[參考文獻]

[1]黎林.變電站供電經濟運行方式研究與實踐[J].冶金動力，2015（9）：11-14.

[2]劉介才.工廠供電（第4版）[M].北京：機械工業出版社，2004.