一起馬鋼電網(wǎng)孤網(wǎng)運行事件的分析和應(yīng)對措施

曾文清

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司能源總廠，安徽馬鞍山243000）

一起馬鋼電網(wǎng)孤網(wǎng)運行事件的分析和應(yīng)對措施

曾文清

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司能源總廠，安徽馬鞍山243000）

介紹了一起馬鋼電網(wǎng)發(fā)生孤網(wǎng)運行的狀況，分析了孤網(wǎng)運行期間電網(wǎng)頻率波動和沖擊性負荷變化的關(guān)系。從完善系統(tǒng)頻率監(jiān)視功能，梳理孤網(wǎng)運行應(yīng)對原則和預(yù)案，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等方面對孤網(wǎng)運行提出了建議。

孤網(wǎng)運行；分析；應(yīng)對措施

1 概述

2014年5月22日，安徽省國網(wǎng)公司一500 kV變電站在進行220 kVⅠB母線的檢修工作，ⅡB母線帶4833、4834、4835、4836線路供馬鞍山北區(qū)電網(wǎng)運行。11時13分，在倒閘操作過程中，由于隔離開關(guān)支柱斷裂，造成ⅡB母線短路，導(dǎo)致4條出線開關(guān)跳閘，馬鞍山北區(qū)電網(wǎng)與系統(tǒng)解列，呈孤網(wǎng)運行狀態(tài)。由于馬鋼負荷集中在馬鞍山北區(qū)電網(wǎng)，馬鋼電網(wǎng)孤網(wǎng)運行達7個多小時，孤網(wǎng)頻率在48.75～50.75 Hz間波動。

2 孤網(wǎng)運行對生產(chǎn)造成的主要影響

2.1 多個變電所發(fā)“電壓、頻率”等告警信號

5月22日11時13分，馬鋼新區(qū)220 kV鋼軋總降變電所發(fā)“220 kVⅠ母差電壓動作信號”、“220 kVⅡ母差電壓動作信號”、“110 kV母差電壓動作信號”，馬鋼老區(qū)220 kV高爐變電所發(fā)“220 kV I、II母，110 kV I、II、III段母線失壓信號”。

馬鋼老區(qū)多個110 kV變電所在孤網(wǎng)運行期間后臺機頻發(fā)“裝置告警”及“頻率異?！毙盘?，部分110 kV線路和主變等發(fā)差動保護啟動（隨后返回）信號。

2.2 部分110 kV線路低周減載保護動作，母線失電

11:50馬鋼熱電總廠一條110 kV線路低周減載保護動作跳閘，造成馬鋼棒材變電所110 kV I段母線失電，導(dǎo)致棒材、高線部分產(chǎn)線停產(chǎn)，3臺空壓機跳機。

2.3 部分大型同步電機拖動設(shè)備因頻率波動跳機或出力受影響

11:45一臺4萬制氧機因系統(tǒng)頻率低跳機，當(dāng)時系統(tǒng)頻率為48.9 Hz。

孤網(wǎng)運行期間，2500 m3、1000 m3高爐鼓風(fēng)機組相繼出現(xiàn)電壓、轉(zhuǎn)速及風(fēng)量波動現(xiàn)象。

2.4 部分生產(chǎn)線被迫減產(chǎn)或停產(chǎn)

受能源介質(zhì)供應(yīng)和電負荷控制等影響一鐵總廠、三鐵總廠減產(chǎn)，2250熱軋、LF爐、電爐等停產(chǎn)。

2.5 部分發(fā)電機組出力受限，聯(lián)絡(luò)線路負荷告警

熱電總廠老區(qū)60 MW機組由于受電網(wǎng)頻率波動的影響，機組一次、二次調(diào)頻動作，4臺機組出力最小被限控在20 MW左右，造成機組無法供熱，嚴重影響公司其他有關(guān)設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。受熱電機組出力影響，220 kV高爐變電所和系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線2869線路負荷從55 MW升至79 MW，2870線路負荷從58 MW升至78 MW；熱電總廠和220 kV高爐變電所110 kV聯(lián)絡(luò)線869線路負荷從-6 MW升至158 MW，869線路帶載能力受到挑戰(zhàn)。

3 孤網(wǎng)運行期間系統(tǒng)頻率波動和負荷變化的關(guān)系分析

在孤網(wǎng)運行期間，由于小系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)電機組數(shù)量有限，且部分機組出力受一次、二次調(diào)頻裝置的作用導(dǎo)致出力受限，系統(tǒng)維持頻率穩(wěn)定的能力較差，任何較大沖擊負荷的頻繁升降都可能導(dǎo)致系統(tǒng)頻率產(chǎn)生較大波動，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

在這次馬鋼孤網(wǎng)運行事件的處理中，第一時間下令2250熱軋、LF爐、電爐等大型沖擊性負荷停止生產(chǎn)，由于生產(chǎn)和設(shè)備安全原因保留了1580熱軋產(chǎn)線繼續(xù)生產(chǎn)。由于1580熱軋主傳動為沖擊負荷，軋制時沖擊負荷達到6萬kW以上，對于一個脆弱的孤網(wǎng)系統(tǒng)，頻繁的6萬kW負荷變化對系統(tǒng)頻率的影響較大，嚴重影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全連續(xù)供電。

在1580軋機生產(chǎn)時，頻率下降到50 Hz以下，不生產(chǎn)時，系統(tǒng)頻率基本在50 Hz以上，頻率波動范圍在48.94 Hz到50.6 Hz。因此，如果保留部分沖擊負荷生產(chǎn)，調(diào)度人員應(yīng)密切關(guān)注系統(tǒng)頻率波動和沖擊負荷變化的關(guān)系，如果頻率波動過大，應(yīng)停止所有大容量沖擊性負荷的生產(chǎn)。12：30左右，安排1580熱軋停止生產(chǎn)，之后孤網(wǎng)頻率逐步趨于穩(wěn)定。

4 孤網(wǎng)運行的應(yīng)對原則

4.1 啟動相關(guān)預(yù)案，作好事故預(yù)想

（1）電力調(diào)度得到信息或發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)孤網(wǎng)運行時，應(yīng)及時通知本廠動力專業(yè)、水專業(yè)等用電較大的負荷單位啟動應(yīng)急方案，作好應(yīng)對準備。

（2）通知用戶系統(tǒng)電壓、頻率波動的信息；通知低周減載線路用戶，做好線路跳閘事故預(yù)想。

（3）啟動大面積停電事故預(yù)案，通知電力巡檢、電力點檢到關(guān)鍵的無人值守變電所現(xiàn)場值班。

4.2 密切關(guān)注系統(tǒng)信息，及時調(diào)整生產(chǎn)方式

（1）密切監(jiān)視系統(tǒng)頻率波動曲線和軋機、LF爐、電爐等沖擊性負荷曲線，根據(jù)頻率波動狀況盡快安排這些產(chǎn)線停產(chǎn)。

（2）要求穩(wěn)定負荷用戶盡量維持原有生產(chǎn)方式，不要隨意啟停大容量電機。

（3）密切關(guān)注發(fā)電機組的運行和出力情況，及時調(diào)整蒸汽的供應(yīng)方式。

（4）關(guān)注220 kV變電所和熱電廠以及變電所和外部系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線路的負荷變化狀況，及時調(diào)整生產(chǎn)方式，防止線路過負荷。

（5）和供電公司保持密切聯(lián)系，及時反映本企業(yè)電網(wǎng)運行情況，和供電公司共同制定合理的應(yīng)對措施。

5 孤網(wǎng)運行的系統(tǒng)完善

5.1 新老區(qū)能源中心完善系統(tǒng)頻率監(jiān)視功能

孤網(wǎng)運行發(fā)生時，了解和掌握系統(tǒng)的頻率變化情況是調(diào)度指揮和事故處理的關(guān)鍵所在。本次事故發(fā)生后發(fā)現(xiàn)，新區(qū)能源中心只有鐵前系統(tǒng)的2個110 kV變電站有頻率顯示信號和趨勢曲線，鋼軋系統(tǒng)的220 kV變電站無頻率顯示信號和趨勢曲線；老區(qū)能源中心缺少頻率顯示信號和趨勢曲線。事后，對這些存在的問題進行了逐步完善，將相關(guān)變電所頻率信號上傳至能源中心，并增加相應(yīng)趨勢曲線。做到能監(jiān)視、監(jiān)測整個系統(tǒng)的運行情況和變化態(tài)勢。

5.2 提高新老區(qū)電網(wǎng)互保能力

馬鋼電網(wǎng)由老區(qū)電網(wǎng)和新區(qū)電網(wǎng)兩個部分組成，老區(qū)電網(wǎng)主要由2個220 kV變電所（其中一個為專供熱軋主傳動負荷的單一功能變電所）、14個110 kV變電所、1個熱電總廠升壓站組成；新區(qū)電網(wǎng)主要由1個220 kV變電所、7個110 kV變電所、1個新區(qū)自備電廠升壓站組成。新老區(qū)電網(wǎng)之間通過110 kV線路相互聯(lián)絡(luò)，但目前老區(qū)220 kV樞紐變電所（高爐變電所）和新區(qū)電網(wǎng)關(guān)聯(lián)的72#變電所之間只有1條110 kV 863線路相連接，兩部分電網(wǎng)之間的聯(lián)系過于薄弱，不利于負荷調(diào)節(jié)和局部電網(wǎng)崩潰等極端情況下的相互保供或保安。因此，針對這種情況，提出以下應(yīng)對措施：

從圖3a可以看出，運行期間礦化床對于COD、氨氮、總氮的去除效果呈下降趨勢，各污染物濃度有明顯上升趨勢，推測由于礦化床靠微生物和吸附作用，受外界影響變化大，且易堵塞孔隙，極大影響礦化床的處理效果，這也是目前礦化床在實際工程運用中較難解決的問題。出水的COD、氨氮和總氮并沒有維持在達標(biāo)水平，需增加深度處理工段保證出水達標(biāo)排放。

（1）恢復(fù)老區(qū)220 kV樞紐變電所和新區(qū)電網(wǎng)關(guān)聯(lián)的72#變電所之間的另一條110 kV 864線路的聯(lián)絡(luò)線功能，使新老區(qū)之間的聯(lián)絡(luò)線增加到2條110 kV線路。這條864線路在近年作為燒結(jié)余熱發(fā)電機組的并網(wǎng)線路后失去了聯(lián)絡(luò)線功能，目前，正在對該線路進行改造，發(fā)電機組重新選擇從變電所10 kV母線并網(wǎng)。

（2）正在考慮在其他的變電所之間增設(shè)新老區(qū)之間的聯(lián)絡(luò)線，構(gòu)建新老區(qū)110 kV環(huán)網(wǎng)，進一步增強新老區(qū)互保能力。

5.3 完善系統(tǒng)預(yù)案，提高應(yīng)急能力

組織專業(yè)人員對地區(qū)電網(wǎng)孤網(wǎng)運行、新區(qū)220 kV鋼軋變電所帶新區(qū)塘岔熱電廠孤網(wǎng)運行、老區(qū)220 kV高爐變電所帶老區(qū)熱電廠孤網(wǎng)運行、大面積停電事故、新老區(qū)電網(wǎng)黑啟動等各類事故預(yù)案進行梳理和完善。

由于在設(shè)計時新區(qū)220 kV鋼軋變電所、老區(qū)220 kV高爐變電所這兩個新老區(qū)樞紐變電所的220 kV進線開關(guān)都未設(shè)置同期并網(wǎng)裝置，如果出現(xiàn)主變或220 kV線路跳閘成帶相應(yīng)電廠孤網(wǎng)運行的狀態(tài)，就必須考慮孤網(wǎng)系統(tǒng)重新并入電網(wǎng)的問題。在事故預(yù)案中進一步明確了利用變電所和電廠110 kV聯(lián)絡(luò)線的電廠側(cè)開關(guān)（電廠設(shè)有同期裝置）和系統(tǒng)并網(wǎng)的措施。

5.4 考慮發(fā)電機維持孤網(wǎng)運行優(yōu)化措施

6 結(jié)語

電網(wǎng)孤網(wǎng)運行會對鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)構(gòu)成極大威脅，造成很大的經(jīng)濟損失，如果應(yīng)對措施不力，很可能使電網(wǎng)發(fā)生崩潰和孤網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的解列，導(dǎo)致災(zāi)難性后果。因此，應(yīng)總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，合理安排運行方式，完善系統(tǒng)頻率監(jiān)視功能，梳理孤網(wǎng)運行的應(yīng)對原則，研究和優(yōu)化公司內(nèi)外部電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，編制并修訂極端情況下的事故處理程序和預(yù)案，確保人身和設(shè)備安全。

圖6 GIS母線結(jié)構(gòu)

該220 kV電站所供下及的110 kV電站為雙母線結(jié)構(gòu)。兩條110 kV進線的調(diào)度編號分別為154#、155#，母聯(lián)調(diào)度編號為110。在改造的過程中，該電站的運行方式為單條進線（155#線路）帶110 kVⅠ段母線，帶全站的負荷，110 kVⅡ段母線為備用。該站的核相方法為：

第一步：110 kV電站合上110母聯(lián)開關(guān)，用電壓表測量兩段母線PT二次側(cè)對應(yīng)相序電壓的差值，為零則表示母線PT二次側(cè)接線正確，并將運行的110 kVⅠ段母線電壓做為參考量，然后斷開110母聯(lián)開關(guān)。

第二步：154#線路在該110 kV電站上110 kVⅡ段母線，而在線路的電源側(cè)即220 kV電站154#線路上110 kVⅠ段母線，110 kV電站母線充電正常后，用電壓表測量兩段母線PT上對應(yīng)相序二次電壓的差值，為零則表示線路相序正確。

第三步：154#線路在該110 kV電站上110 kVⅡ段母線，而在線路的電源側(cè)即220 kV電站154#線路上110 kVⅡ段母線，110 kV電站母線充電正常后，用電壓表測量兩段母線PT上對應(yīng)相序二次電壓的差值，為零則表示線路相序正確。

通過以上步驟核對了220 kV電站154#出線間隔相序的正確性，其他出線間隔依次實施，確認改造后全部出線間隔相序的正確性。

7 結(jié)論

目前針對該電站的GIS設(shè)備改造已完成，經(jīng)過改造，新增母線氣室28個。根據(jù)以往運行經(jīng)驗來判斷，本次改造是十分有必要的，同時設(shè)備改造也為今后同類型GIS設(shè)備的選型及運行提供了有力的技術(shù)支撐。

[1]DL/T 617—2010，氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備技術(shù)條件[S].

[2]陳亮.220 kV GIS斷路器氣室結(jié)構(gòu)改造[J].農(nóng)村電氣化，2013（10）.

[3]何連兵.實用的電力系統(tǒng)核相方法[J].農(nóng)村電氣化，1998（8）.

收稿日期：2015-04-09

作者簡介：劉繼坤（1989-），男，2012年畢業(yè)于重慶理工大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)主要從事工廠供配電工作。

Analysis of an Isolated Power Grid Accident in M aSteel Power Grid and Countermeasures

ZENG Wenqing
(The General Power Plant of Maanshan Iron and Steel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243000,China)

An isolated power grid operation accident in MaSteel power grid is introduced and the relation between frequency fluctuation and impact load variety is analyzed.Advices on isolated power grid operation are put forward from the aspects of improving frequency monitoring,countermeasures and pre-planning against isolated power grid and optimizing power gird structure.

isolated power grid operation;analysis;countermeasure

TM 7

B

1006-6764(2015)08-0006-03

2015-03-12

2015-04-10

曾文清（1969-），男，1991年畢業(yè)于西安交通大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，高級工程師，現(xiàn)從事供用電技術(shù)管理工作。