劉春昊

（沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110001）

氧化鋁廠約15%的負(fù)荷為一級(jí)負(fù)荷,65%的負(fù)荷為二級(jí)負(fù)荷,其它為三級(jí)負(fù)荷。特點(diǎn)是生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)，一旦停電會(huì)發(fā)生冒料、沉降等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可造成生產(chǎn)設(shè)備的永久損壞，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)生產(chǎn)，帶來(lái)重大經(jīng)濟(jì)損失。因此氧化鋁生產(chǎn)系統(tǒng)的供電可靠性要求較高。對(duì)于氧化鋁廠來(lái)說(shuō)，其供電系統(tǒng)應(yīng)是支持氧化鋁整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程安全可靠的重點(diǎn)和基礎(chǔ)。一旦電力沒(méi)辦法做到長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定供應(yīng)或者說(shuō)經(jīng)常出現(xiàn)斷電、停電的情況，整個(gè)工藝系統(tǒng)中的生產(chǎn)設(shè)備就會(huì)停止運(yùn)作，所有的物料失去攪拌動(dòng)力，隨之而來(lái)的就是逐漸凝固沉淀，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)對(duì)氧化鋁的生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)是十分致命的打擊[1]。

1 自備電廠的作用

隨著國(guó)家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和技術(shù)水平的提升，我國(guó)一些有實(shí)力、有想法的氧化鋁制造商都不約而同的把視線轉(zhuǎn)向國(guó)際項(xiàng)目，海外投資建廠的步伐也越來(lái)越快，但是由于國(guó)際項(xiàng)目工程所在地的電力供應(yīng)系統(tǒng)與我國(guó)國(guó)內(nèi)的電力供應(yīng)系統(tǒng)大不相同，相對(duì)比我國(guó)國(guó)內(nèi)的電力供應(yīng)，國(guó)際項(xiàng)目的電力供應(yīng)往往存在著輸配電基礎(chǔ)薄弱、供電能力和供電質(zhì)量不夠、達(dá)不到氧化鋁廠正常生產(chǎn)用電需求的問(wèn)題，所以在海外投資建設(shè)的氧化鋁廠需要合理配置自備熱電站，這個(gè)配套的熱電站不僅需要滿足氧化鋁廠的熱負(fù)荷，還需要滿足整個(gè)工藝生產(chǎn)過(guò)程的用電負(fù)荷。在國(guó)內(nèi)諸多氧化鋁廠自備熱電站中，運(yùn)行模式一般采用和國(guó)家或地區(qū)電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，這樣的連接方式，能夠很好的保證整個(gè)氧化鋁廠的供電安全，但是在海外建設(shè)的氧化鋁廠，由于客觀條件限制，往往不具備和當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)連接的條件，這主要是由于很多國(guó)外氧化鋁項(xiàng)目選址靠近礦區(qū)而遠(yuǎn)離經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，周邊缺少工業(yè)基礎(chǔ)和供電設(shè)施，所以海外氧化鋁項(xiàng)目大多只能夠采用孤網(wǎng)運(yùn)行的模式，才能實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)的自給自足，確保鋁廠運(yùn)行安全和盈利需求。

2 對(duì)孤網(wǎng)運(yùn)行的系統(tǒng)性分析

孤網(wǎng)（局域網(wǎng)）是孤立電網(wǎng)的簡(jiǎn)稱，一般泛指脫離大電網(wǎng)的小容量電網(wǎng)。目前國(guó)內(nèi)氧化鋁廠在生產(chǎn)時(shí)，其供電電源均與外部電網(wǎng)相連，外部電網(wǎng)除為氧化鋁廠提供網(wǎng)上電能儲(chǔ)備（自備電廠發(fā)電機(jī)組退出供電能力不足時(shí)）外，同時(shí)為自備電廠供電系統(tǒng)的安全性、可靠性提供保障。而如果自備電廠孤網(wǎng)運(yùn)行，其發(fā)電能力與氧化鋁廠的用電需求緊密關(guān)聯(lián)且相互影響，生產(chǎn)系統(tǒng)用電負(fù)荷的波動(dòng)和沖擊都將對(duì)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定產(chǎn)生很大影響。

對(duì)于自備熱電站來(lái)說(shuō)，孤網(wǎng)運(yùn)行最突出的特點(diǎn)，是需要從負(fù)荷控制轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率控制。由于電網(wǎng)容量較小，其中旋轉(zhuǎn)慣量?jī)?chǔ)能和鍋爐所具備的能力勢(shì)能均較小，要求機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)具有更高的靈敏度，更小的遲緩和更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，要求調(diào)速系統(tǒng)具有負(fù)荷要求的靜態(tài)特性、良好的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。孤網(wǎng)控制實(shí)際上包含兩種情況：一種是發(fā)電機(jī)組在孤網(wǎng)中正常運(yùn)行，機(jī)組一次調(diào)頻必須滿足孤網(wǎng)中負(fù)荷變化的要求；另一種是發(fā)電機(jī)組由于用電負(fù)荷（電氣故障）突然甩掉，用電負(fù)荷減少，此時(shí)考核發(fā)電機(jī)組DEH（數(shù)字式電液控制系統(tǒng)）系統(tǒng)最大階躍負(fù)荷的快速性和穩(wěn)定性。因此發(fā)電機(jī)組原則上應(yīng)達(dá)到：①發(fā)電機(jī)組均具備一次調(diào)頻功能，須參與一次調(diào)頻；②發(fā)電機(jī)組均具備二次調(diào)頻功能，視情況投入其中的機(jī)組臺(tái)數(shù)，以消除一次調(diào)頻的后的頻差[2]。

3 孤網(wǎng)的黑啟動(dòng)

當(dāng)自備電廠孤網(wǎng)運(yùn)行后，由于沒(méi)有外部電源，電廠的黑啟動(dòng)（原始啟動(dòng)）必須依靠柴油發(fā)電機(jī)才能啟動(dòng)。黑啟動(dòng)通常應(yīng)用于以下三種情況：①由于沒(méi)有外部電源，須通過(guò)系統(tǒng)中柴油發(fā)電機(jī)組帶動(dòng)1臺(tái)發(fā)電機(jī)組的廠用電，以啟動(dòng)該發(fā)電機(jī)組，再通過(guò)已啟動(dòng)的發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)其它的發(fā)電機(jī)組，從而實(shí)現(xiàn)自備電站運(yùn)轉(zhuǎn)。②氧化鋁廠側(cè)的負(fù)荷波動(dòng)引起電網(wǎng)崩潰導(dǎo)致自備電站全停電，自備電站需要重新啟動(dòng)。③自備電廠自身運(yùn)行或設(shè)備損壞造成發(fā)電機(jī)大范圍跳閘，導(dǎo)致自備電站全停電引起電網(wǎng)崩潰，自備電站需要重新啟動(dòng)。

從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮，通常認(rèn)為黑啟動(dòng)時(shí)，煤倉(cāng)內(nèi)煤量和當(dāng)前水量完全能滿足黑啟動(dòng)要求，黑啟動(dòng)一段時(shí)間內(nèi)不需要補(bǔ)充，因此柴油發(fā)電機(jī)選型時(shí)，可以不考慮輸煤系統(tǒng)和化學(xué)水的用電負(fù)荷。一般來(lái)說(shuō)一個(gè)年產(chǎn)能為100萬(wàn)噸的氧化鋁廠，其配套黑啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量應(yīng)在8000kw~12000kw為宜，如果采用了軟啟動(dòng)等其它技術(shù)措施，也可適當(dāng)減少。下圖為一個(gè)年產(chǎn)能為100萬(wàn)噸級(jí)的氧化鋁廠的供電主系統(tǒng)，當(dāng)孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，可以配置4到6臺(tái)容量為2000kW柴油發(fā)電機(jī)作為黑啟動(dòng)電源使用。

圖1 氧化鋁廠的供電主系統(tǒng)

當(dāng)需要黑啟動(dòng)時(shí)，首先讓柴油發(fā)電機(jī)具備供電能力，再逐漸啟動(dòng)自備電廠的鍋爐引風(fēng)機(jī)、高壓硫化風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、鍋爐給水泵等主要設(shè)備，當(dāng)上述設(shè)備達(dá)到正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，鍋爐開(kāi)始供油、點(diǎn)火、啟動(dòng)，汽機(jī)具備發(fā)電能力，此時(shí)氧化鋁廠可以按工藝要求啟動(dòng)相應(yīng)的用電設(shè)備。當(dāng)鍋爐、發(fā)電機(jī)組達(dá)到正常運(yùn)行發(fā)電時(shí)，可視具體情況退出柴油發(fā)電機(jī)，氧化鋁廠按計(jì)劃逐漸恢復(fù)正常生產(chǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，孤網(wǎng)運(yùn)行屬于微電網(wǎng)范疇，屬于智能電網(wǎng)，其優(yōu)勢(shì)是用較小型的電源系統(tǒng)，形成一個(gè)能夠自動(dòng)適應(yīng)的、實(shí)現(xiàn)發(fā)電與用電平衡的電力系統(tǒng)，因此在設(shè)計(jì)建設(shè)孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，無(wú)論是電廠側(cè)還是鋁廠側(cè)，均要求具有較高的自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力。為了保證氧化鋁廠的安全穩(wěn)定生產(chǎn)，需要對(duì)自備電廠和氧化鋁廠內(nèi)部的用電負(fù)荷進(jìn)行分類，并以此制定相應(yīng)的應(yīng)急方案。在海外的氧化鋁項(xiàng)目中，供配電系統(tǒng)的可靠性和可行性，更多的要基于在孤網(wǎng)條件下進(jìn)行分析，這樣才能夠避免好的工程項(xiàng)目由于受基礎(chǔ)設(shè)施和客觀條件的制約無(wú)法實(shí)施的窘境，最終保證這些項(xiàng)目可以達(dá)到運(yùn)行和效益的最佳平衡。

[1]周志平,孫新良,付晨鵬,劉恪.電力系統(tǒng)孤網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)[J].電網(wǎng)技術(shù),2017年S2期:94.

[2]曾文清.馬鋼新區(qū)鋼軋系統(tǒng)電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行研究與探討[J].冶金動(dòng)力,2013年04期:87.