盧朝暉

（河北鋼鐵邯鋼集團(tuán)能源中心，河北邯鄲 056015）

前言

邯鋼鐵前110 kV 總降變電站，是集發(fā)電、變配電于一體的總降變電站，其區(qū)域供電是整個(gè)西區(qū)生產(chǎn)負(fù)荷用電的50%，包括一鋼、大型、線棒、燒結(jié)、焦化和邯寶能中煤氣柜等各公輔的重要生產(chǎn)負(fù)荷；在此站并網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組有綜合利用電廠3#發(fā)電機(jī)組（60 MW）,1#、2#干熄焦發(fā)電機(jī)組（15 MW），1#TRT（18 MW）和燒結(jié)余熱發(fā)電（30 MW）等5臺(tái)共138 MW裝機(jī)容量。

在多發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)和大區(qū)域密集負(fù)荷供電的情況下，其系統(tǒng)的短路電流較大，發(fā)電、用電負(fù)荷過于集中，發(fā)用電負(fù)荷平衡、檢修安排、運(yùn)行方式調(diào)節(jié)及功率因數(shù)控制等工作難度都相應(yīng)增加，供電可靠性降低，威脅整個(gè)電力網(wǎng)安全。如何保證安全可靠供電、高效合理利用發(fā)電及整個(gè)變電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高發(fā)供電系統(tǒng)綜合經(jīng)濟(jì)效益，成為電力系統(tǒng)維護(hù)中的一大難題。

1 存在的主要問題

區(qū)域性電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性問題，涉及發(fā)電、用電、變電等多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的環(huán)節(jié)，有的是結(jié)構(gòu)性缺陷原因，隱蔽性和固有性難以消除；有的是運(yùn)行方式問題，優(yōu)化配置需要同時(shí)考慮發(fā)電和用電兩個(gè)方面，相互配合又難以取舍；有的是高壓變配電主設(shè)備和其二次保護(hù)問題，需要理論計(jì)算和系統(tǒng)調(diào)整。此類問題的出現(xiàn)，是鋼鐵企業(yè)在節(jié)能發(fā)電規(guī)模效益下的必然趨勢，也形成了制約電力生產(chǎn)穩(wěn)定的固有性難題，解決不好，就會(huì)造成設(shè)備故障率居高不下，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定因素增加，形成發(fā)電調(diào)節(jié)效率低下和用電穩(wěn)定性差的雙重困局。

存在的主要問題如下。

（1）多發(fā)電機(jī)組集中并網(wǎng)后，系統(tǒng)容量擴(kuò)大，短路電流大幅度增加，系統(tǒng)內(nèi)各運(yùn)行參數(shù)已接近安全警界線，現(xiàn)有系統(tǒng)內(nèi)一次開關(guān)設(shè)備的遮斷容量設(shè)計(jì)偏小。

（2）鐵前配電網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大、配出電纜線路過于集中、供電半徑過長、沖擊性負(fù)荷和變頻軟啟設(shè)備較多，導(dǎo)致系統(tǒng)的接地電容電流過大、諧波電流已接近臨界值，運(yùn)行方式調(diào)整和檢修安排困難，電能質(zhì)量和設(shè)備性能下降，系統(tǒng)內(nèi)任何設(shè)備故障都可能引起系統(tǒng)性故障，波及面擴(kuò)大，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

（3）經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式下，總降站內(nèi)的安全運(yùn)行容量緊張，裕度偏小，發(fā)電機(jī)組突發(fā)性停機(jī)甩負(fù)荷時(shí)，易造成系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)線開關(guān)、變壓器等局部設(shè)備的過負(fù)荷，嚴(yán)重威脅整個(gè)變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 解決問題的主要思路

（1）盡量縮小發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)區(qū)域，合理調(diào)整幾臺(tái)發(fā)電機(jī)組在不同的母線并網(wǎng)，讓每段母線的用電負(fù)荷盡量大于其并網(wǎng)的發(fā)電負(fù)荷，使發(fā)電負(fù)荷在其并網(wǎng)母線段就近消耗，以減少發(fā)電機(jī)組突然停機(jī)時(shí)對進(jìn)線開關(guān)和變壓器的影響。

（2）對并網(wǎng)開關(guān)、進(jìn)線開關(guān)、進(jìn)線隔離等進(jìn)行梯級擴(kuò)容。

（3）對變壓器增加風(fēng)冷裝置，以提高一次設(shè)備的帶負(fù)荷能力，減少因負(fù)荷增加而造成的設(shè)備發(fā)熱現(xiàn)象。

（4）對接地變、消弧線圈進(jìn)行擴(kuò)容，提高系統(tǒng)的滅弧能力，以避免電纜接地時(shí)而造成的弧光過電壓或弧光短路事故的發(fā)生。

（5）優(yōu)化長距離單芯電纜的接地方式，減少電纜的外護(hù)套感應(yīng)電流，降低線損和網(wǎng)內(nèi)無功損耗。

（6）對整個(gè)總降站的發(fā)電、用電、變電各個(gè)相互關(guān)聯(lián)的設(shè)備進(jìn)行梳理，從現(xiàn)有系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、電力設(shè)備的性能參數(shù)、保護(hù)及自動(dòng)控制裝置的設(shè)置、運(yùn)行方式調(diào)整等多個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)性分析，找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，加以控制和解決。

（7）兼顧發(fā)電效益和變電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，創(chuàng)新思路，進(jìn)行系統(tǒng)性改進(jìn)和完善，以保證整個(gè)變電站的安全可靠供電和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3 主要控制策略及安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)措施

3.1 控制策略

解決總降變電站的安全穩(wěn)定性問題固然重要，但也要兼顧發(fā)電效益和變電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)。在現(xiàn)有成型的系統(tǒng)基礎(chǔ)上，創(chuàng)新思路，尋找適當(dāng)?shù)那腥朦c(diǎn)，綜合施策，進(jìn)行系統(tǒng)性改善，方能適應(yīng)目前的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，達(dá)成既定目標(biāo)。

（1）為保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，采取有效措施減輕短路造成的危害，考慮采取積極措施限制短路電流增長，調(diào)整系統(tǒng)電氣主接線，改變區(qū)域運(yùn)行方式，以增大系統(tǒng)阻抗，減少短路電流值；在系統(tǒng)參數(shù)匹配性方面，結(jié)合電纜故障問題，進(jìn)行參數(shù)檢測，消除電網(wǎng)擴(kuò)張?jiān)斐呻娎|線路多發(fā)的根源。

（2）對于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式下，總降站內(nèi)安全運(yùn)行容量緊張，裕度偏小的問題，重點(diǎn)是考慮在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上，改進(jìn)設(shè)備的性能參數(shù)，提高系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)結(jié)點(diǎn)在非正常情況下的抗沖擊能力，消除設(shè)備的各個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，筑牢應(yīng)對系統(tǒng)故障的籬笆。同時(shí)，校正系統(tǒng)保護(hù)，采用快速動(dòng)作的繼電保護(hù)和斷路器，以及發(fā)電機(jī)自動(dòng)并網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)故障時(shí)能夠快速、準(zhǔn)確隔離故障設(shè)備，確?，F(xiàn)有系統(tǒng)迅速恢復(fù)正常狀態(tài)，減少故障影響。

3.2 技術(shù)措施

3.2.1 優(yōu)化發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)、并網(wǎng)路徑和發(fā)用電負(fù)荷的分配方案，將系統(tǒng)內(nèi)的較大網(wǎng)絡(luò)拆解為相對獨(dú)立的多個(gè)小區(qū)域發(fā)供電系統(tǒng)，限制系統(tǒng)規(guī)模，減少單一系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)數(shù)量，限制系統(tǒng)短路容量在合理范圍內(nèi)。

（1）優(yōu)化鐵前——原料系統(tǒng)的主接線，鐵原一線上原料站一母線，鐵原二線上原料站二母線，鐵原三線接線由原料站二母線倒至三母線，與鐵前站三母線相對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)接線方式上的調(diào)整優(yōu)化。

（2）在原料站新增燒結(jié)大負(fù)荷供電后，對原料站三路進(jìn)線進(jìn)行擴(kuò)容，電纜線路由3 根擴(kuò)至4 根3×240 mm 電纜，斷路器擴(kuò)容改造為3 150 A，實(shí)現(xiàn)三路進(jìn)線容量均衡配置，為運(yùn)行方式轉(zhuǎn)化提供設(shè)備保障。

（3）調(diào)整燒結(jié)余熱發(fā)電并網(wǎng)母線，通過原料站10 kV 三母線并網(wǎng)至鐵前站10 kV 三母線，減少鐵前站10 kV二母線發(fā)電機(jī)組數(shù)量。

（4）在原料站四母線并網(wǎng)的燒結(jié)余熱發(fā)電與處在三母線的燒結(jié)余熱保安電源進(jìn)行調(diào)整，保安電源倒至原料站10 kV 一母線運(yùn)行，保證燒結(jié)余熱發(fā)電配電室雙電源。

（5）鐵前——原料站方式進(jìn)行調(diào)整，采取三段式獨(dú)立運(yùn)行方式，對比原來的兩段式運(yùn)行方式，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)縮小，短路阻抗增加，鐵前站四段母線發(fā)電機(jī)組數(shù)量少1個(gè)。

3.2.2 在不投運(yùn)鐵前站2#變、不增加變壓器容量費(fèi)的前提下，優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)發(fā)用電負(fù)荷分配，實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，保證發(fā)用電負(fù)荷的動(dòng)態(tài)平衡，減少?zèng)_擊性負(fù)荷對發(fā)電機(jī)組的影響，從運(yùn)行方式中提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定性。

（1）將鐵前站內(nèi)負(fù)荷調(diào)整分配至兩個(gè)系列段，重點(diǎn)是10 kV 二、三母線的負(fù)荷調(diào)整優(yōu)化，在確保各二級配電室都有兩路可靠的電源點(diǎn)的基礎(chǔ)上，兼顧方式變化和檢修便捷。

（2）對系統(tǒng)內(nèi)用電負(fù)荷和發(fā)電情況進(jìn)行綜合布置，將穩(wěn)定負(fù)荷和發(fā)電機(jī)組出力均勻的進(jìn)行組合，重型沖擊負(fù)荷和系統(tǒng)容量余量大的主變相組合，母線負(fù)荷按照發(fā)電機(jī)組N-1 模式進(jìn)行調(diào)節(jié)，保留系統(tǒng)具有適度的余量可以進(jìn)行調(diào)整，可以最大限度提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

（3）根據(jù)發(fā)電負(fù)荷就近消耗的原則，調(diào)整鐵前站1#干熄焦配電柜在物理聯(lián)結(jié)上的位置，使得發(fā)電和用電負(fù)荷在流經(jīng)母線橋結(jié)點(diǎn)的前一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行自動(dòng)分配，大幅度消減母線橋?qū)嶋H流過電流，較好地解決了母線橋負(fù)荷偏大，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)大的難題。

（4）在事故或緊急狀態(tài)下，以2#備用變壓器為中心來化解系統(tǒng)較大風(fēng)險(xiǎn)，鐵前變電站現(xiàn)有方式保證能夠經(jīng)過簡單調(diào)整后，隨時(shí)投入系統(tǒng)當(dāng)中。

（5）將大型、高線等沖擊負(fù)荷與燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組出力波動(dòng)大的母線段分離，避免波動(dòng)的疊加效應(yīng)帶來主變負(fù)荷的劇烈波動(dòng)。

（6）系統(tǒng)規(guī)劃新增脫硫脫硝負(fù)荷后的鐵前站系統(tǒng)供電方式，積極穩(wěn)妥進(jìn)行負(fù)荷倒換，涉及一鋼、大型、焦化和線棒、原料場和燒結(jié)等負(fù)荷，倒換電纜14路。

3.2.3 對各母線段進(jìn)行電容電流和諧波電流的測試和監(jiān)控，對站內(nèi)接地變、消弧線圈進(jìn)行擴(kuò)容，增加電容電流的補(bǔ)償量，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，解決系統(tǒng)內(nèi)因電纜接地引發(fā)的故障高發(fā)問題。

3.2.4 對主變壓器加裝風(fēng)冷控制裝置，對10 kV 主進(jìn)斷路器和隔離刀閘進(jìn)線梯級擴(kuò)容、將原來小車式斷路器改造成母排固定搭接式接線，以整體提高一次設(shè)備的帶負(fù)荷能力，消除主體設(shè)備的薄弱點(diǎn)，提高整個(gè)系統(tǒng)的保障能力，穩(wěn)定系統(tǒng)抵御負(fù)荷沖擊和抵抗風(fēng)險(xiǎn)的能力。

3.2.5 優(yōu)化鐵前系統(tǒng)內(nèi)發(fā)變電設(shè)備的各級保護(hù)及綜合自動(dòng)控制裝置的配置，杜絕開關(guān)誤動(dòng)作和越級跳閘事故，避免發(fā)電機(jī)組高低周、失步或故障時(shí)對系統(tǒng)的影響，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，縮小事故影響面，降低事故損失。

3.2.6 對1#TRT 加裝短路限流裝置，燒結(jié)發(fā)電和TRT發(fā)電并網(wǎng)開關(guān)采用快速大容量開關(guān)，以限制系統(tǒng)內(nèi)的短路電流，保證并網(wǎng)開關(guān)、進(jìn)線開關(guān)的可靠動(dòng)作，避免系統(tǒng)性事故。

4 實(shí)施效果

（1）經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式下，變電站綜合調(diào)節(jié)系統(tǒng)有功、無功負(fù)荷，各發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)用電，轉(zhuǎn)化率達(dá)到100%，實(shí)現(xiàn)了零返送的目標(biāo)。站內(nèi)總體功率因數(shù)持續(xù)保持在0.9 以上，在創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，無功補(bǔ)償?shù)墓收下室矞p少40%，并且增加發(fā)電效益、降低站內(nèi)運(yùn)行成本上效果顯著。

（2）通過對現(xiàn)有鐵前站——原料站10 kV 電網(wǎng)的主接線和運(yùn)行方式的優(yōu)化調(diào)整，使得鐵前站供電網(wǎng)絡(luò)分離為相對獨(dú)立的3 個(gè)小網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)短路故障時(shí)，影響面被限制在各個(gè)單一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，減少了低電壓的波及面，由50%變?yōu)?4%，這樣對于系統(tǒng)穩(wěn)定起到了很好的作用；再者有效限制了系統(tǒng)的規(guī)模，系統(tǒng)內(nèi)短路阻抗增加，發(fā)電電源點(diǎn)的疊加效應(yīng)減弱，鐵前站3#主變所帶單一網(wǎng)路短路電流能夠限制在24 kA以內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備得到有效保護(hù)。

（3）對TRT 并網(wǎng)開關(guān)采用并聯(lián)大容量高速開關(guān)裝置（FSR），既滿足了電力系統(tǒng)對短路保護(hù)的需求又可以降低線損電抗器損耗，同時(shí)它可在短路電流上升的初始階段，將短路電流開斷(少于1 ms)，使其不能以短路電流的峰值流向短路點(diǎn)，從而達(dá)到保護(hù)發(fā)配電設(shè)備及供電線路的目的。這不僅對系統(tǒng)安全、可靠的運(yùn)行顯得十分重要，同時(shí)可降低線損和電抗器損耗20%以上，有效提高發(fā)電機(jī)組效力，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)運(yùn)行效益最大化。

（4）對變電站四段母線的消弧線圈進(jìn)行增加或擴(kuò)容、合理布置消弧線圈的分布、制定10 kV 母線并列操作時(shí)消弧線圈控制器的控制方式，使鐵前變電站10 kV 系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)得到優(yōu)化，在任何運(yùn)行方式下都能及時(shí)補(bǔ)償電容電流，改造后系統(tǒng)內(nèi)單相接地故障都能夠得到較好的處置，電纜接地故障導(dǎo)致的放炮事故為零，有效提高了鐵前變電站10 kV 系統(tǒng)的供電可靠性，保證邯鋼新區(qū)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（5）按照新的系統(tǒng)運(yùn)行方式及負(fù)荷優(yōu)化平衡思路，進(jìn)行了一系列的組合調(diào)整，鐵前站系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式下，基本實(shí)現(xiàn)了母線新的分列運(yùn)行，各配電室獨(dú)立的雙電源點(diǎn)得到保證；發(fā)電和用電兩類負(fù)荷合理搭配，各子系統(tǒng)主體設(shè)備負(fù)荷波動(dòng)幅度大、設(shè)備長期頻繁過載問題，都得到了有效緩解；在系統(tǒng)出故障時(shí)，備用主變能夠隨時(shí)投入，可以抵御較大的系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)。

（6）系統(tǒng)的均衡化配置，減輕了主變和母線段的沖擊性，有利于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定；在反送電控制、功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)日{(diào)節(jié)上，以及應(yīng)對發(fā)電機(jī)突發(fā)停機(jī)故障時(shí)，系統(tǒng)調(diào)節(jié)手段靈活，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性的同時(shí)，增加了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化。系統(tǒng)的運(yùn)行方式更加靈活，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備故障率進(jìn)一步降低。

（7）使鐵前系統(tǒng)的總體運(yùn)行方式靈活性加強(qiáng)，系統(tǒng)平衡度變好。主變總體負(fù)荷有效波動(dòng)范圍限制在35%以內(nèi)，約2 萬kW。

（8）在正常運(yùn)行方式下，系統(tǒng)通過機(jī)組均勻配置，控制同母線段的并網(wǎng)機(jī)組數(shù)量，減少系統(tǒng)內(nèi)短路電流容量約8 000 A（1.8 萬kW機(jī)組的短路電流），可以確保系統(tǒng)短路電流遠(yuǎn)離限值。

（9）系統(tǒng)內(nèi)不發(fā)生故障時(shí)，能夠避免多臺(tái)機(jī)組聯(lián)鎖跳機(jī)性故障，同時(shí)消除了原料站內(nèi)越級跳閘問題，縮小了故障影響范圍，保證了系統(tǒng)的供電平穩(wěn)。

5 結(jié)束語

以上各項(xiàng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行措施科學(xué)有序?qū)嵺`應(yīng)用后，電氣事故率降低了80%以上，全面提高了鋼鐵企業(yè)的供電質(zhì)量控制和供電經(jīng)濟(jì)可靠性，保障了企業(yè)“電力大動(dòng)脈”的暢通無阻和發(fā)供用電電力系統(tǒng)的綜合效益最大化。