鋼鐵企業(yè)電網安全可靠性研究與優(yōu)化

王樹樑

【摘 要】本文通過對鋼鐵企業(yè)電網安全可靠性的研究，提出了針對性優(yōu)化方案，并在實施中較好地解決了技術難題，有效提高了電網的安全可靠性。

【關鍵詞】電網；安全可靠性；優(yōu)化

1 項目背景

重鋼2007年啟動自主城環(huán)保搬遷至重慶市長壽區(qū)江南鎮(zhèn)工程，按生產規(guī)模，需設計、建設重鋼220kV電網。

重鋼220kV電網建成后，由220kV電站一座，110kV電站五座，若干35kV、10kV電站及380V低壓系統構成。兩回220kV電源來自附近的一座500kV電站。

2012年后，重鋼220kV電站發(fā)生了5次停電事故。其中兩次是GIS設備本體的質量和結構缺陷所致，甚至導致雙母線失效，造成了巨大的經濟損失，對公司的生產經營構成極大的安全威脅。

2 對電網安全可靠性問題的研究和分析

通過對幾次事故原因進行了深入的研究分析，我們總結出問題主要集中在電網前期建成固化下來缺陷的結論。包括規(guī)劃與實施差異、對GIS產品可靠性預期過高和電網內部結構缺陷問題，下面分別簡述。

2.1 電網建設規(guī)劃與實施結果的差異及問題

2.1.1 220kV電站

原規(guī)劃建設兩座220kV電站。但因投資巨大和場地規(guī)劃，實際只建成了一座電站。

2.1.2 220kV電源

原規(guī)劃三回電源，至少兩個不同的電源點。但當時地理位置偏僻，外部條件不具備，實際結果只建成了兩回同一電源點的線路。

上述兩點與其他鋼鐵企業(yè)的差距較大。

2.1.3 220kV母線

原規(guī)劃為雙母線雙分段結構。因無第三回電源，電站設計時，只考慮了雙母線結構。

2.1.4 110kV保安電源

原規(guī)劃建設一條110kV保安電源。但當時的外部條件不具備，實際結果未建。

可見，220kV電站建設時，因外部條件較差，規(guī)劃與實際結果相差較大。使得220kV電站電源單一，無保安電源，負荷調度困難，安全可靠性不高，事故應急處置手段極差。

2.2 對GIS設備高可靠性的要求與現狀的巨大差距

GIS產品是國內110kV及以上供電系統普遍采用的技術和設備，覆蓋率超過93%，是支撐電網安全、可靠運行的基本保障。為其高可靠性和免維護的特點，重鋼220kV、110kV電站全部采用了GIS設備。

但是，2012年底至2013年初約4個月時間，重鋼220kV電站的GIS設備發(fā)生了兩次因設備本體質量和結構缺陷所致的重大事故并事故擴大，造成的影響和經濟損失巨大。GIS設備的安全可靠性預期與現實存在巨大的差距。

2.3 電網內部結構問題

重鋼220kV電站，成放射狀結構向下級各電站供電。各110kV電站之間、35kV電站之間，甚至10kV電站之間，沒有檢修保安、保產的聯絡線。這使得網絡上的任一個電站發(fā)生較大以上的事故，無法采取應急保安、保產措施。

綜上，我們歸納電網存在的突出缺陷和問題是：

（1）一座220kV電站，單一電源點，雙母線結構，形成220kV系統“獨木橋”架構。一旦發(fā)生重大事故，必將對生產造成巨大的影響和損失。

（2）無110kV保安電源。在極端的全停電事故時，無基本的保安電源。

（3）電網結構呈現放射狀，110kV、35kV和10kV系統未形成環(huán)形聯絡互保架構，在極端事故狀態(tài)下，無法對重要設備實現基本保安或保產。

（4）GIS設備本體的質量和結構缺陷，不僅不能實現高可靠性的要求，而且顛覆了雙母線的功能和作用，造成事故擴大和巨大的損失，GIS設備的可靠性問題異常嚴峻。

3 制定整改方案

在對電網安全可靠性進行了研究和分析后，結合現有的條件和冶金企業(yè)負荷特點，針對性制定了整改優(yōu)化方案。

（1）由于外圍電力部門已建有一座大片區(qū)220kV電站，建設一條110kV保安電源接入重要負荷中心成為整改方案的核心，保證在極端事故狀態(tài)下能快速啟動保安電源對生產重要設備和系統保安。

（2）建設以冶煉為中心的110kV及以下的電壓等級各變電站環(huán)狀聯絡線，形成和提高各變電站之間的有效互保、支撐能力。

（3）對220kV電站GIS設備進行檢修和局部改造，提高設備本體的可靠性。

該方案具體擬出了20個措施項目。

4 方案實施及技術難點

重鋼舉全公司之力，成立了領導組織機構和工作機構，快速實施整改方案。

整個方案，經過約10個月時間的艱苦努力，全部建成投入運行。

在實施過程中，遇到很多技術難題，主要有：

（1）110kV保安電源接入的預留點，在軋鋼區(qū)域電站。通過技術分析，該接入點存在不在重要負荷中心、路徑較遠、建立內部聯絡線復雜、綜合建設費用高的缺陷。

通過優(yōu)化，修改的方案是圍繞高爐等冶煉一類負荷為核心，以110kV保安電源線路為紐帶，用最低的成本，建成各區(qū)域性電站之間的110kV、35kV、10kV環(huán)狀聯絡線路，建構電網類似“蛛網狀”結構，靈活方便實現電網的負荷調整、檢修保產，以及緊急情況下重要生產設備的應急處置和保安。

（2）在高爐風機電站GIS設備安裝時的現實保產難題。

為了保證高爐風機電站GIS設備安裝時的現實安全生產，我們制定了專門的施工方案和技術措施：

①施工期間，保證高爐風機有雙電源分別供一座高爐的風機為準則。

②施工時間我們選擇在一座高爐檢修，另兩座高爐生產的時間段。這樣最大限度地降低可能的事故風險。

③采取特殊的技術措施。即，利用先敷設的110kV聯絡線電纜，臨時連接到風機電站3#主變，將3#主變由電站變壓器方式改接為線路變壓器單元供電方式的技術措施。施工時，風機電站母線分別停電安裝對接設備，2臺風機的生產由另一段母線和3#主變的線路變壓器單元提供保障。

該措施方案具有創(chuàng)新、巧妙、靈活、成本低、效果好的特點，使得風機電站的GIS設備安裝工作按計劃順利完成，做到了設備安裝、調試和現實生產兩不誤。

（3）通過事故深入的分析，我們認識到220kV電站GIS設備原結構設計上存在三個間隔的母線氣室相通的缺陷，這也是造成事故擴大的直接原因。為此，對GIS設備全部進行了加氣隔的整改。

（4）110kV保安電源投用后，我們就不能與現有220kV系統合環(huán)運行問題專題攻關。經多次與當地電力分公司技術咨詢和交流，得到大力支持，完成了系統參數和保護定值重新核算、調整工作，滿足了合環(huán)技術要求，并確定了雙方認同的合環(huán)方案，實現了保安電源與正式電源之間不停電切換功能。為公司電網負荷調整、檢修、事故應急等，包括220kV電站GIS設備隱患整改和局部改造的實施，創(chuàng)造了非常好的條件。

5 方案實施后的效果

公司電網結構，特別是冶煉負荷中心的網絡結構得到優(yōu)化，GIS設備本體的主要隱患得到消除，系統安全可靠性大為提高，事故風險降低，在電網設備檢修及事故下的調度、負荷平衡、應急處置、保安保產能力極大增強。特別是在極端事故下，保安電源能保證全公司的基本保安用電和一座高爐的基本生產。

[責任編輯：薛俊歌]