康鈺濤

(河南能源化工集團(tuán)安化公司，河南 安陽 455133)

0 引 言

河南能源化工集團(tuán)安化公司(簡稱安化公司，下屬化肥公司、安陽九陽化工有限公司、安陽九天精細(xì)化工有限責(zé)任公司、安陽九龍化工有限公司、安陽永金化工有限公司等)始建于1969年，目前主要產(chǎn)品產(chǎn)能為合成氨310 kt/a、尿素460 kt/a、甲醇85 kt/a、甲胺/DMF 150 kt/a、復(fù)合肥200 kt/a、乙二醇200 kt/a、瓶級聚酯300 kt/a、保險粉100 kt/a、DMAC 20 kt/a、液體二氧化碳(食品級)30 kt/a、甲醇鈉2 000 t/a、高純度α-亞麻酸10 t/a、粉煤灰蒸汽加壓砌塊250 km3/a等；鍋爐系統(tǒng)有5#～8#鍋爐(單爐產(chǎn)汽量75 t/h)、9#～10#鍋爐(單爐產(chǎn)汽量130 t/h)、11#鍋爐(產(chǎn)汽量220 t/h)。

由于安化公司建廠較早，各生產(chǎn)裝置建設(shè)時間跨度較大，導(dǎo)致各生產(chǎn)裝置供電系統(tǒng)相互交叉，供電系統(tǒng)也隨之變得越來越復(fù)雜。供電網(wǎng)絡(luò)在外供電Ⅰ、Ⅱ茶化線發(fā)生故障跳閘或110 kV供電系統(tǒng)由于某種原因?qū)е码娋W(wǎng)失壓時，造成安化公司供電網(wǎng)絡(luò)與外部電網(wǎng)脫離，即35 kV供電系統(tǒng)與110 kV供電系統(tǒng)脫離，此時安化公司供電系統(tǒng)為自發(fā)電系統(tǒng)支撐形成一個孤島運(yùn)行的小電網(wǎng)。而利用微機(jī)式綜合保護(hù)裝置低周減載功能按預(yù)定方案切除6 kV供電系統(tǒng)相應(yīng)負(fù)荷，靠安化公司的自發(fā)電系統(tǒng)維持全廠鍋爐系統(tǒng)和公用工程系統(tǒng)等的正常運(yùn)行，可防止因外電網(wǎng)失電或者110 kV供電系統(tǒng)由于某種原因跳閘導(dǎo)致供電系統(tǒng)失壓而造成全廠停車。簡言之，安化公司在外電網(wǎng)失壓的情況下，利用低頻解列及低頻減載使自發(fā)電系統(tǒng)最大限度地保住鍋爐系統(tǒng)、公用工程系統(tǒng)、九陽化工制氣系統(tǒng)、九天化工二甲胺系統(tǒng)、8 000 m3/h空分系統(tǒng)、4 000 m3/h空分系統(tǒng)，借助自發(fā)電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，通常各生產(chǎn)系統(tǒng)在24 h內(nèi)會恢復(fù)正常運(yùn)行，從而可使乙二醇系統(tǒng)、合成氨系統(tǒng)、尿素系統(tǒng)、九天化工甲胺系統(tǒng)快速恢復(fù)生產(chǎn)，大大降低外電網(wǎng)失壓等事故造成的經(jīng)濟(jì)損失。

1 安化公司供電系統(tǒng)簡介

安化公司供電系統(tǒng)主要由外購電和自發(fā)電兩部分組成(如圖1所示)。外部電源由茶棚變電站110 kV不同母線段引出2條110 kV線路(Ⅰ茶化線、Ⅱ茶化線)，接至安化公司110 kV總降站GIS高壓室Ⅰ茶化2間隔和Ⅱ茶化2間隔?；?11、化112分別為化1#主變、化2#主變間隔，化1#、2#主變壓器為安化公司化肥公司負(fù)荷供電。從總降站110 kV GIS高壓室引出2條聯(lián)絡(luò)線(Ⅰ化龍、Ⅱ化龍)至110 kV九龍站GIS高壓室接入Ⅰ化龍2、Ⅱ化龍2間隔。龍111、龍112、龍113分別為龍1#主變、龍2#主變、龍3#主變間隔。龍1#主變、龍2#主變、龍3#主變低壓側(cè)分別接至九龍35 kV站高壓室Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段母線上，為九龍35 kV站高壓室三段母線電源進(jìn)線。安化公司兩外部線路自上而下正常分列運(yùn)行，即110 kV、35 kV、6 kV及0.38 kV線路分列運(yùn)行。所有母線設(shè)分段斷路器，正常運(yùn)行方式(基本運(yùn)行方式)都是斷開的。

自發(fā)電系統(tǒng)主要包括化肥1#發(fā)電機(jī)、化肥3#發(fā)電機(jī)、熱電4#發(fā)電機(jī)、九龍1#發(fā)電機(jī)、九龍2#發(fā)電機(jī)。化肥1#、3#(3 MW和6 MW)發(fā)電機(jī)組安裝在化肥公司自備電站，接入自備電站6 kV母線Ⅰ段并經(jīng)聯(lián)絡(luò)線接入九龍302站6 kV母線Ⅱ段。熱電4#(12 MW)發(fā)電機(jī)組安裝在九龍熱電站，接入熱電站6 kV母線Ⅰ段并經(jīng)聯(lián)絡(luò)線接入九龍302站6 kV母線Ⅰ段。九龍2臺30 MW機(jī)組為發(fā)電機(jī)-變壓器單元接線，九龍1#、2#發(fā)電機(jī)經(jīng)升壓變壓器分別接入九龍35 kV母線Ⅰ段和Ⅱ段。正常情況下自發(fā)電系統(tǒng)與外購電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行。

圖1 安化公司供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 低周減載整定原則

安化公司供電系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩有兩種情況：一是安化公司外電源全部“消失”，廠內(nèi)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)容量不足，有功功率嚴(yán)重失衡，造成供電系統(tǒng)頻率快速下降；二是非外部線路故障跳閘，而是供電系統(tǒng)中大型機(jī)組因故突然停機(jī)(跳停)，有功功率不足，造成供電系統(tǒng)頻率下降，但此種情況頻率下降速度較慢。

低周減載的目的是，通過核算發(fā)電機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，整定6 kV高壓電機(jī)低周減載頻率定值、滑差定值、電壓定值、電流定值、動作延時等。設(shè)定好低周減載6 kV高壓電機(jī)切除輪次，切除部分工藝生產(chǎn)用電負(fù)荷，防止供電系統(tǒng)頻率長期運(yùn)行在過低值或下降至系統(tǒng)崩潰值，使系統(tǒng)頻率快速恢復(fù)到額定頻率。在確定切除負(fù)荷量時，應(yīng)根據(jù)不同故障情況下的發(fā)電負(fù)荷來確定，使保留負(fù)荷與自發(fā)電負(fù)荷盡量匹配，盡可能保留較高的生產(chǎn)負(fù)荷，以便于后續(xù)整個生產(chǎn)系統(tǒng)快速恢復(fù)正常運(yùn)行。

合理選擇頻率級差、輪數(shù)和延時，是保證綜保低周減載裝置準(zhǔn)確動作的前提。為使供電系統(tǒng)頻率不致降低到過低值，低周減載裝置的最高一輪整定頻率不宜過低——由于九龍1#、2#發(fā)電機(jī)及熱電4#發(fā)電機(jī)可以長時間運(yùn)行在49.5 Hz以上，第一輪低周減載啟動值應(yīng)低于49.5 Hz，一般第一輪低周減載整定值以49.5～49.3 Hz為宜。低周減載裝置末輪頻率定值的選擇不能低于發(fā)電機(jī)組的低頻保護(hù)定值，而且應(yīng)留有0.3～0.5 Hz的余量。低周減載輪數(shù)一般選3～4輪，頻率級差可取為0.2～0.3 Hz。

3 低周減載切除負(fù)荷順序確定原則

(1)安化公司電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行時，在保證造氣系統(tǒng)、鍋爐供汽系統(tǒng)、工藝循環(huán)水系統(tǒng)安全運(yùn)行的前提下，電儀分公司結(jié)合機(jī)動部、安環(huán)部、生產(chǎn)部、工藝車間等單位按系統(tǒng)切除工藝負(fù)荷的重要性制定出低周減載切除電氣設(shè)備的輪次及各輪次切除電力設(shè)備的裝機(jī)容量。

(2)先切除對生產(chǎn)系統(tǒng)影響不大或相對容易恢復(fù)至正常運(yùn)行狀態(tài)的次要負(fù)荷，盡量保留對生產(chǎn)系統(tǒng)相對重要或不易開車正常運(yùn)行的負(fù)荷，切除的負(fù)荷以電動機(jī)為主。

(3)不能切除停電后易引起人身傷亡、設(shè)備損壞等事故的負(fù)荷，保留維護(hù)系統(tǒng)安全運(yùn)行所必須的負(fù)荷。

師：好，那這首詩朦朧的特色是怎么樣把整首詩都涵蓋進(jìn)去的呢？作者又是通過哪幾個意象來創(chuàng)設(shè)這種朦朧的環(huán)境呢？

(4)不能切除維持自發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行所需的熱電鍋爐設(shè)備的負(fù)荷，如熱電高壓室、九龍熱電高壓室、220 t/h鍋爐高壓室等所接的所有鍋爐電氣設(shè)備。

(5)不能徹底切除維持工藝系統(tǒng)生產(chǎn)的造氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、壓縮空氣等公用工程系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動設(shè)備。

(6)不能切除6 kV/0.4 kV變壓器，防止生產(chǎn)照明失電或其他原因造成的不必要人身傷害事故，保留現(xiàn)場照明和檢修電源，便于現(xiàn)場檢修和生產(chǎn)系統(tǒng)重啟。

4 低周減載技術(shù)實施方案

安化公司供電系統(tǒng)運(yùn)行時，當(dāng)外部電源部分失去或全部失去后，將利用自動低頻解列裝置將內(nèi)部電網(wǎng)與外部系統(tǒng)解列，在安化公司內(nèi)部形成一個或兩個孤網(wǎng)系統(tǒng)。為保住關(guān)鍵性負(fù)荷的持續(xù)供電，采用低周減載裝置按頻率切除部分非重要負(fù)荷，依靠自備發(fā)電機(jī)保持部分重要負(fù)荷不間斷供電。本著節(jié)約成本、減少投資并能滿足安化公司供電系統(tǒng)低周減載保護(hù)要求的情況下，依托許繼WGB-250系列微機(jī)電動機(jī)保護(hù)測控裝置保護(hù)邏輯，與許繼集團(tuán)協(xié)作進(jìn)行改進(jìn)，并結(jié)合安化公司實際情況進(jìn)行保護(hù)邏輯編程、版本升級、保護(hù)邏輯刷新，以實現(xiàn)低周減載功能。

九龍站全部用電負(fù)荷，正常情況下由龍1#、龍2#、龍3#3臺110 kV/35 kV主變和5臺發(fā)電機(jī)共同供電。由于系統(tǒng)解列點設(shè)在35 kV進(jìn)線開關(guān)龍351、龍352和龍353，且正常運(yùn)行時各分段開關(guān)斷開、分列運(yùn)行(安化公司供電系統(tǒng)解列點位置如圖2所示)，以及正常運(yùn)行時兩條外部線路從上到下都是分列運(yùn)行的，外電源突然失壓后，安化公司內(nèi)部電網(wǎng)系統(tǒng)仍保持分列運(yùn)行。當(dāng)其中一條外部線路故障停電，如Ⅰ茶化斷電，安化公司內(nèi)部出現(xiàn)1個孤網(wǎng)系統(tǒng)，即35 kV Ⅰ段及以下配電系統(tǒng)形成1個孤網(wǎng)系統(tǒng)；當(dāng)2條外部線路同時出現(xiàn)故障停電，但九龍2#主變接在110 kV西母線上，安化公司內(nèi)部就出現(xiàn)2個孤網(wǎng)系統(tǒng)，即35 kV Ⅰ段(包括熱電4#發(fā)電機(jī)、九龍1#發(fā)電機(jī)，合計功率為12+30=42 MW)和35 kV Ⅱ段及以下系統(tǒng)(包括化肥1#發(fā)電機(jī)、化肥3#發(fā)電機(jī)和九龍2#發(fā)電機(jī)，合計功率為3+6+30=39 MW)；35 kV Ⅲ段由于沒有發(fā)電機(jī)，因此不能形成孤網(wǎng)。在低周減載方案中，用電負(fù)荷、發(fā)電量平衡要按2個孤網(wǎng)系統(tǒng)分別進(jìn)行計算。

圖2 安化公司供電系統(tǒng)解列點位置示意圖

4.1 35 kV Ⅰ段孤網(wǎng)系統(tǒng)

35 kV Ⅰ段系統(tǒng)有發(fā)電機(jī)2臺，分別為熱電4#發(fā)電機(jī)和九龍1#發(fā)電機(jī)，總裝機(jī)容量為12+30=42 MW，九龍1#發(fā)電機(jī)可發(fā)電功率約為16 MW，熱電4#發(fā)電機(jī)可發(fā)電功率約為6 MW，合計可發(fā)電功率約16+6=22 MW。35 kV Ⅰ段正常運(yùn)行負(fù)荷約為48.2 MW，孤網(wǎng)運(yùn)行時缺額約48.2-22=26.2 MW。

35 kV Ⅰ段系統(tǒng)全部中壓電動機(jī)投入低頻保護(hù)，系統(tǒng)解列后，按保護(hù)定值分批切除不重要負(fù)荷、較重要負(fù)荷、重要負(fù)荷、需保留負(fù)荷，切除的負(fù)荷約為26.2 MW，并使最后一輪“保留負(fù)荷”近似等于或小于22 MW。

4.2 35 kV Ⅱ段孤網(wǎng)系統(tǒng)

35 kV Ⅱ段系統(tǒng)有發(fā)電機(jī)3臺，分別為化肥1#發(fā)電機(jī)、化肥3#發(fā)電機(jī)和九龍2#發(fā)電機(jī)，總裝機(jī)容量為3+6+30=39 MW。系統(tǒng)解列后，化肥1#發(fā)電機(jī)(3 MW)和3#發(fā)電機(jī)(6 MW)將自動停機(jī)，只有九龍2#發(fā)電機(jī)運(yùn)行，九龍2#發(fā)電機(jī)可發(fā)電功率約為16 MW，即合計可發(fā)電16 MW，化肥系統(tǒng)廠用負(fù)荷不能得到保證。35 kV Ⅱ段正常運(yùn)行負(fù)荷約為31.42 MW，孤網(wǎng)運(yùn)行時缺額約31.42-16=15.42 MW。

4.3 35 kV Ⅲ段系統(tǒng)

35 kV Ⅲ段系統(tǒng)沒有發(fā)電機(jī)，系統(tǒng)解列后，原有負(fù)荷全部停電，需保留的負(fù)荷約2 319 kW也無法保證供電。

4.4 低周減載保護(hù)裝置整定值

利用電動機(jī)保護(hù)裝置WGB-251A、WGB-252A的頻率保護(hù)功能，低頻保護(hù)定值內(nèi)容應(yīng)按頻率保護(hù)模塊要求的項目整定，運(yùn)行時可投退。動作頻率如下：第一輪不重要負(fù)荷電動機(jī)，按低于49.5 Hz整定，取保護(hù)裝置頻率保護(hù)設(shè)定值fop=49.3 Hz；第二輪較重要負(fù)荷電動機(jī)，與第一輪定值配合，取第一輪與第二輪之間的頻率差△f=0.3 Hz；第三輪重要負(fù)荷電動機(jī)，與第二輪定值配合，取第二輪與第三輪之間的頻率差△f′=0.3 Hz；第四輪必須保留的負(fù)荷，按發(fā)電機(jī)最低允許頻率48.5 Hz整定。

4.5 外部電源正常后的恢復(fù)供電

當(dāng)外部電源故障消除后，外部供電系統(tǒng)電壓、頻率恢復(fù)正常，安化公司2個(或1個)孤網(wǎng)系統(tǒng)需要重新接入電網(wǎng)，即利用解列點龍351和龍352裝設(shè)的自動/手動同期裝置將發(fā)電機(jī)接入系統(tǒng)。

5 低周減載技術(shù)應(yīng)用后供電系統(tǒng)故障處理實例

某日，安化公司供電系統(tǒng)運(yùn)行方式和運(yùn)行負(fù)荷為：Ⅰ茶化線、Ⅱ茶化線分列運(yùn)行，化110母聯(lián)熱備；Ⅰ茶化線負(fù)荷6.7 MW、Ⅱ茶化線負(fù)荷54 MW；Ⅰ、Ⅱ化龍聯(lián)絡(luò)線分列運(yùn)行，龍110 kV母聯(lián)熱備；Ⅰ化龍聯(lián)絡(luò)線負(fù)荷6.7 MW、Ⅱ化龍聯(lián)絡(luò)線負(fù)荷26.3 MW；龍1#主變在龍110 kV西母線運(yùn)行負(fù)荷5.9 MW、龍2#主變在龍110 kV東母線運(yùn)行負(fù)荷15 MW、龍3#主變在龍110 kV東母線運(yùn)行負(fù)荷11.3 MW，龍3501、3502、3503母聯(lián)在分位；當(dāng)時九龍1#發(fā)電機(jī)負(fù)荷20.5 MW、九龍2#發(fā)電機(jī)負(fù)荷25.6 MW，熱電4#發(fā)電機(jī)負(fù)荷11.8 MW，化肥1#發(fā)電機(jī)負(fù)荷2.3 MW，化肥3#發(fā)電機(jī)負(fù)荷2 MW。

當(dāng)日07:41，Ⅰ茶化線報距離保護(hù)Ⅰ段動作，同時Ⅰ化龍線報距離保護(hù)Ⅰ段動作(跳Ⅰ化龍2斷路器)，Ⅰ化龍2跳閘后九龍1#發(fā)電機(jī)和熱電4#發(fā)電機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行。在這次供電事故中，供電系統(tǒng)低周減載裝置起到了很大的挽救作用：低周減載裝置第一輪切除了Ⅰ茶化和Ⅰ化龍供電系統(tǒng)中的醇烴化系統(tǒng)1#循環(huán)機(jī)、造氣系統(tǒng)13#/15#/17#鼓風(fēng)機(jī)、9#真空泵、11#4 800 kW合成氨壓縮機(jī)、3#/5#3 300 kW水煤氣壓縮機(jī)、2#羅茨風(fēng)機(jī)等設(shè)備，九龍1#、熱電4#發(fā)電機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行，達(dá)到發(fā)電、用電平衡，保住了220 t/h鍋爐系統(tǒng)、乙二醇界外系統(tǒng)、二甲胺系統(tǒng)、造氣系統(tǒng)、九龍9#鍋爐、熱電5#/6#鍋爐、九天甲胺制氣系統(tǒng)、空分系統(tǒng)，靠安化公司自發(fā)電系統(tǒng)維持運(yùn)行，各生產(chǎn)系統(tǒng)在短時間內(nèi)很快恢復(fù)正常運(yùn)行。

6 結(jié)束語

低周減載技術(shù)在安化公司自備電廠+外部電源供電系統(tǒng)中的應(yīng)用，是企業(yè)自主實施的優(yōu)化技改項目。低周減載狀態(tài)下，雖然不能維持整個生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行，但可以通過低周減載裝置減去部分或全部高壓電動機(jī)負(fù)載，保留變壓器及少量特別重要的負(fù)荷，不僅有助于快速恢復(fù)生產(chǎn)，還可為事故狀態(tài)下的緊急處理(尤其是夜間發(fā)生供電事故時)創(chuàng)造條件。此舉可有效遏制在供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障(外電網(wǎng)失壓)的情況下發(fā)電機(jī)不能孤網(wǎng)運(yùn)行的現(xiàn)象，有效避免外部電源故障造成的生產(chǎn)系統(tǒng)大范圍停車事故的發(fā)生，從全局出發(fā)，避免設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞、減少系統(tǒng)物料排放、縮短系統(tǒng)重啟時間，最大限度地減少供電系統(tǒng)故障帶來的經(jīng)濟(jì)損失，既可減少生產(chǎn)損失，又可確保生產(chǎn)安全。