漣鋼II變電站6 kV系統(tǒng)優(yōu)化

王 波，李明和

（湖南華菱漣源鋼鐵有限公司能源中心，湖南婁底 417009）

引言

漣鋼Ⅱ站目前變壓器容量：220 kV系統(tǒng)1#、2#主變?nèi)萘糠謩e為40 MVA，向漣鋼Ⅱ站6 kV系統(tǒng)直接供電，3#、4#、5#主變?nèi)萘糠謩e為 150 MVA，向 35 kV系統(tǒng)和10 kV系統(tǒng)供電，全站總?cè)萘繛?30 MVA。漣鋼Ⅱ站6 kV系統(tǒng)是由漣鋼Ⅱ站1#主變和2#主變供電，由220 kV直接變成6 kV用戶使用，現(xiàn)隨著三供一業(yè)改造，生活類負荷逐漸轉(zhuǎn)移到地方電網(wǎng)供電，加上電氣設(shè)備的升壓升級改造，現(xiàn)今漣鋼Ⅱ站的6 kV負荷逐漸減少，使用2臺40 MVA的變壓器供電不夠經(jīng)濟，故考慮進行電網(wǎng)優(yōu)化。

1 調(diào)整Ⅱ站供電方式的目的

1.1 從經(jīng)濟性方面考慮

漣鋼Ⅱ站 1#、2#主變總的裝機容量為 40 MVA×2=80 MVA，基本電費按總的裝機容量的40%計算，30元/kW·h。2臺主變實際結(jié)算費用全年為8×0.4×30×12=1152萬元。

1.2 從安全性方面考慮

1.2.1 1#、2#主變至GIS開關(guān)之間采用的是220 kV橡塑單芯電纜連接，從2003年8月投運至今，一直未進行過任何試驗。由于各省電力公司與各制造廠要求不一致，且國家對220 kV電纜無統(tǒng)一的預(yù)試標準。若利用1#、2#主變系統(tǒng)年檢期間對220 kV電纜及附件進行預(yù)試，則在GIS端必須破氣（電纜主絕緣交流耐壓）。測試時間約需113 h/臺，并需廠家技術(shù)人員前來進行現(xiàn)場指導(dǎo)。如電纜試驗不合格或被擊穿，需重新訂做電纜、電頭、中間頭，制作周期約為1個月/臺，施工和試驗約為1星期/臺。無論在安全維護和檢修工作方面都存在諸多問題，目前已有安全隱患。

1.2.2 漣鋼II站自2003年投運以來，現(xiàn)已經(jīng)超過使用年限，經(jīng)常出現(xiàn)CPU出錯，閉鎖保護功能，導(dǎo)致無保護運行，且還有可能在保護裝置不正常時出現(xiàn)保護誤動作的問題，給生產(chǎn)運行帶來安全隱患，且CSC2000后臺系統(tǒng)幾近癱瘓，漣鋼Ⅱ站的6 kV、10 kV、35kV 的 CSC 系列及 1#、2#主變保護的WBH-800系列產(chǎn)品的通訊經(jīng)常中斷，出現(xiàn)故障時無法及時發(fā)現(xiàn)和處理。2010年已對3#、4#、5#主變保護進行了大修改造，但1#、2#主變保護沒有進行過改造。目前，必須對1#、2#主變保護進行改造，主變保護改造費用達120萬元，才能確保設(shè)備的安全運行。

因此，為節(jié)能降耗和提高系統(tǒng)安全性考慮，特對漣鋼Ⅱ站的電網(wǎng)進行優(yōu)化。

2 短路電流的計算

2.1 基本情況

退出1#、2#主變，把6 kV電源取點在發(fā)電二車間的10 kVI段和Ⅱ段母線上，通過現(xiàn)有的干熄焦2臺10 kV/6 kV的變壓器供電，同時根據(jù)負荷平衡，需要把發(fā)電二車間的4#發(fā)電機從發(fā)電二車間的10 kVⅢ段轉(zhuǎn)移到發(fā)電二車間的10 kVⅡ段上并網(wǎng)，通過這初步構(gòu)架對短路容量進行計算。

表1 設(shè)備基本情況

2.2 發(fā)電二車間10 kV和漣鋼Ⅱ站6 kV斷路器情況

漣鋼Ⅱ站220 kV變電站電網(wǎng)系統(tǒng)接線方式的調(diào)整，干熄焦發(fā)電機的接入，將導(dǎo)致發(fā)電二車間10 kV母線段短路電流超標，而本系統(tǒng)中10 kV及6 kV側(cè)最小的饋出線斷路器的遮斷容量僅為31.5 kA。

故從系統(tǒng)穩(wěn)定性考慮預(yù)加裝必要的限流措施，但如果單純投入串聯(lián)限流電抗器，系統(tǒng)短路故障時，短路電流將被限制住，但也帶來了電能損耗及系統(tǒng)壓降的問題。而深度限流器卻是在系統(tǒng)中運行幾乎無任何損耗，又能滿足系統(tǒng)需要的限流效果，確?，F(xiàn)有的各支路開關(guān)可靠開斷，同時減小短路電流對主變及系統(tǒng)的沖擊。

2.3 負荷調(diào)整簡化后的接線圖

圖1為退出漣鋼Ⅱ站1#、2#主變后，同時對內(nèi)部負荷進行調(diào)整，把發(fā)電二車間的4#發(fā)電機調(diào)整到10 kVⅡ段上并網(wǎng)，發(fā)二10 kV三段母線分裂運行的簡化接線圖。

2.4 調(diào)整方式后發(fā)電二車間短路電流計算

取基準容量Sj=100 MVA，基準電壓：Uj10=10.5 kV，Uj6=6.3 kV，為便于計算發(fā)電二車間35 kVⅣ段、35 kVⅤ段及35 kVⅢ段短路電流按無窮大考慮，10 kV母線及6 kV母線段均按分列運行。

從圖2可以看出發(fā)二10 kVⅠ段、Ⅱ段的短路電流均超出 31.5 kA，短路電流已超支路開關(guān)遮斷容量極限，將無法開斷，必須加裝限流措施；減低了短路電流也必然同時降低了短路電流對系統(tǒng)和主變的沖擊水平，延長主變壽命，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2.5 加裝限流器的措施及分析

目標限流值：根據(jù)冗余設(shè)計開關(guān)遮斷容量的80%考慮，將短路電流超標的各短路點的短路電流限制在 25 kA左右。根據(jù)限流目標需加裝限流電抗器。在發(fā)電二車間 1#升壓變、2#升壓變加裝

0.4124 Ω限流電抗器，按3500 A折算電抗率湖南華菱漣源鋼鐵能源中心漣鋼Ⅱ站1#、2#主變退出項目限流工程25%；在4#發(fā)電機出口側(cè)加裝0.6235 Ω限流電抗器，按2500 A折算電抗率為27%。

加裝限流電抗器后短路等值阻抗圖如圖3。

根據(jù)圖3，10 kV側(cè)的d2、d4和d5點短路時，短路電流均已經(jīng)控制在最小支路開關(guān)31.5 kA遮斷容量之內(nèi)，滿足開斷要求，提高了系統(tǒng)運行的靈活性和安全性。

2.6 限流電抗器技術(shù)參數(shù)

限流電抗器技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 電抗器技術(shù)參數(shù)表

圖1 一次系統(tǒng)簡化接線圖

圖2 短路等效阻抗圖

圖3 加裝限流器后的等效阻抗圖

2.7 特殊運行方式

當煤氣發(fā)電一、二期10 kV母聯(lián)合閘，假定煤氣發(fā)電G1發(fā)電機檢修，核算等值阻抗圖如圖4。

如圖4中顯示10 kVⅡ段母線d4短路電流超標，故當母聯(lián)合閘，1#發(fā)電機檢修工況時，可以采取將4#發(fā)電機倒入10 kVⅢ段臨時運行，這樣可確保10 kVⅡ段短路電流不至于超標。

圖4 發(fā)電二車間母聯(lián)合環(huán)時的等下阻抗圖

3 實施方案

3.1 退出漣鋼Ⅱ站1#、2#主變220 kV側(cè)電源，從發(fā)電二車間一、二期高壓室直接敷設(shè)兩個回路的電纜送至漣鋼Ⅱ站干熄焦1#、2#變10 kV側(cè)見圖5，新增兩套主變保護控制屏；在發(fā)二4#發(fā)電機出口側(cè)增加限流器1臺，發(fā)電二車間1#、2#升壓變低壓側(cè)各增加限流器1臺，共增加3臺限流器。

3.2 項目實施后發(fā)電二車間1#發(fā)電機由漣鋼Ⅱ站的35 kVⅣ上網(wǎng);發(fā)二的2#發(fā)電機、4#發(fā)電機由發(fā)二的2#升壓變從漣鋼Ⅱ站35 kVⅤ段上網(wǎng)（通過對4#發(fā)電機的開關(guān)采用梯接方式，既可以在發(fā)電二車間的10 kVⅡ段母線上網(wǎng)，又可以在發(fā)電二車間的10 kVⅢ段母線上網(wǎng)來解決負荷平衡問題，對4#機的保護做相關(guān)的改造，實現(xiàn)4#機可以倒換在兩段母線并網(wǎng)，3#燃機發(fā)電機在漣鋼Ⅱ站的35 kVⅢ段上網(wǎng)。

圖5 發(fā)電二車間4#發(fā)電機T接一次圖

4#發(fā)電機采用T接方式供電如圖5所示，正常時發(fā)電二車間4#機（25 MW機組）通過396柜并網(wǎng)，通過2#升壓變（380），送入漣鋼Ⅱ站的442間隔。特殊情況下，通過356間隔并網(wǎng)，4#發(fā)電機在運行中，4#發(fā)電機的2個并網(wǎng)柜（發(fā)電Ⅲ期的356間隔和發(fā)電Ⅱ期的396間隔）同時帶電，嚴禁打開其中任一間隔柜門。

4 保護配置

4.1 發(fā)二10 kVⅠ段上發(fā)二間隔301、漣鋼Ⅱ站干熄焦10 kV間隔301、焦化干熄焦301三個回路之間主保護形成三差保護，同時配置其他線路后備保護。發(fā)二10 kVⅡ段上發(fā)二間隔381、漣鋼Ⅱ站干熄焦10 kV間隔381、焦化干熄焦發(fā)電間隔381三個之間主保護形成三差保護，同時配置其他線路后備保護。線路保護采用三差動的原因：因干熄焦變壓器有發(fā)電二車間和焦化干熄焦兩個電源供電，且還是采取的電纜T接方式，兩側(cè)差動方式無法實現(xiàn)差流平衡檢查，只有用三差動模式，才能全方位實現(xiàn)對線路的保護和檢測正常的差流，不會導(dǎo)致差動保護誤動作，跳開線路。

4.2 漣鋼Ⅱ站2#主變退出高壓側(cè)后作為備用變壓器，發(fā)電二車間10 kVⅡ段取電源，負荷能力15000 kW左右，漣鋼Ⅱ站的210、220開關(guān)均設(shè)普通的饋出線路保護。

5 限流器的應(yīng)用

5.1 經(jīng)過多方論證，最后采用了深度限流器（簡稱ZLB）來實施對短路電流的限制。

5.2 ZLB工作原理描述

正常運行時：系統(tǒng)正常運行時，高速渦流驅(qū)動開關(guān)處于合閘狀態(tài)，本裝置深度限流電抗器，無電流通過，表現(xiàn)為無損耗，無壓降。

當系統(tǒng)發(fā)生短路故障：高速渦流驅(qū)動開關(guān)快速開斷，本裝置可在16 ms內(nèi)投入限流電抗器，使系統(tǒng)所受的短路沖擊大大降低，保護系統(tǒng)內(nèi)變壓器等電氣設(shè)備，同時提高了短路點進線真空斷路器使用壽命，保證系統(tǒng)安全。

系統(tǒng)短路故障切除后：當短路故障切除后，測控單元根據(jù)設(shè)定程序立即給高速渦流開關(guān)發(fā)出合閘命令，限流電抗器退出，系統(tǒng)即可恢復(fù)正常運行。

5.3 漣鋼電網(wǎng)的限流器動作邏輯

當系統(tǒng)某支路出現(xiàn)短路故障時，ZLB測控單元檢測到短路電流后，立刻驅(qū)動快速開關(guān)動作，投入高阻抗限流電抗器，系統(tǒng)短路故障解除后，快速開關(guān)自動合閘，退出限流電抗器。

如果短路故障持續(xù)達到3 s或3 s時間內(nèi)限流電抗器并未成功退出系統(tǒng)，則ZLB測控單元將發(fā)信號連跳發(fā)電機出口斷路器。

5.4 ZLB優(yōu)勢

ZLB一體式結(jié)構(gòu)設(shè)計，單相直徑僅為常規(guī)電抗器的70%～80%，高度與常規(guī)電抗器近似；整體結(jié)構(gòu)采用法蘭式連接，戶內(nèi)、戶外、污穢等級Ⅲ級或更高均可以適用；ZLB為一次性投資，免維護，動作一次不會花費任何費用，無需另配限流電抗器；ZLB動作后可自行恢復(fù)正常運行，電抗器僅在短路故障時投入系統(tǒng)，電抗率可以做的很大，故可以深度限流，將原電流幅值限制在50%以下。

5.5 深度限流器的安裝

選擇在發(fā)電二車間1#、2#升壓變的低壓側(cè)，采用戶外式深度限流器，在發(fā)電二車間4#發(fā)電機側(cè)采用戶內(nèi)式深度限流器。

6 經(jīng)濟效益測算

6.1 漣鋼Ⅱ站退出1#、2#主變節(jié)省基本電費測算

2臺主變實際結(jié)算費用全年為8×0.4×30×12=1152萬元，退出1#、2#2臺主變運行后，測算1年可以節(jié)約基本電費1152萬元。

6.2 深度限流器與串聯(lián)電抗器的損耗計算

6.2.1 串聯(lián)常規(guī)串聯(lián)電抗器損耗計算：長期在線路中串聯(lián)電抗器雖可起到限制短路電流的作用，但存在幾大缺陷，第一電抗器長期投運，電能損耗很嚴重，第二電抗器兩端口間會有一定的壓降，影響供電質(zhì)量。

6.2.2 使用深度限流器正常運行時限流器未串入電網(wǎng)，只有在出現(xiàn)故障，且短路電流超過規(guī)定時，深度限流器才會短時間串入，漣鋼使用的是出現(xiàn)故障短路電流超標時深度限流器串入3 s，損耗可以忽略。

6.2.3 一年可以節(jié)省串入電抗器的損耗

（1）2臺變壓器低壓側(cè)10 kV串入Ie=3500 A，20%電抗器損耗，核算成1年電能損耗237.44萬元，2臺共損耗237.44×2=474.88萬元。

（2）發(fā)電二車間4#發(fā)電機串聯(lián)電抗器DK2，Ie=2500 A，27%的電能損耗，可以算出1年損耗電能133.56萬元。

6.3 1年創(chuàng)造的經(jīng)濟效益

1152+133.56+474.88=1760.44萬元。

7 結(jié)論

通過為期6個月的改造，從限流器選型、設(shè)備招投標、自主設(shè)計、自主改造，該項目于2017年10月23日正常投運，采用了深度限流器技術(shù)，相比串聯(lián)電抗器的限流方式，節(jié)省將近500萬元每年的電能損耗。

漣鋼近年不斷提高能源利用水平，自發(fā)電比例提高后，從系統(tǒng)外購電負荷不斷減少，主變處于低負荷運行狀態(tài)，在這種情況下，退出主變運行是節(jié)約基本電費，減少能源成本的一個有效舉措。通過對6 kV公司主力電網(wǎng)進行優(yōu)化，退出2臺220 kV/6 kV的主變，年節(jié)省基本電費1000萬元以上。