电解铝厂电网独立运行分析与实践_吴思波
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出现上述情 况时 , 任 一回电 铝线 和杨大 线上 的电 流都 不会超过 80A, 远 小于 它们 允许 长期 运行 的最 大电 流 ;大 封电厂和杨庄电厂 单台主 变上 的有功 功率 和无 功功率 分别 不 超 过 12.5MW 和 7.5Mvar, 即 视 在 功 率 不 超 过 14.58MVA, 负载率小于 75%, 线路和主变都不会过载 , 但 母线电压偏低 , 在 0.859p.u～ 0.972p.u, 不 能长时间 运行 。 如果出现上 述开断 , 应立即 调整 运行机 组的 无功 出力 , 提 高全系统的电压水平 。
3)在暂态安全 性方面 , 对铝电网独立供电系统 影响最 大的是电压 安全问 题 , 尤其 是电 压稳定 问题 。 电 压稳 定裕 度较小 , 其中 以 大封 电 厂主 变高 压 侧三 永故 障 最为 严 重 , 电压稳定性接近 临界 , 可 能危 及动力 变电 动机 负荷的 正常 运行 。
4)单台发电机 无故障解列时的暂态安全稳 定性 , 与发 电机 — 主变单元组 及其相 联线 路无故 障三 相开 断时的 暂态 安全稳定性相同 , 不是暂态安全 稳定裕度最小的故障 。
最近 , 由于 国家 产业政 策的 调整 , 国 家取消 了电 解铝 厂的优惠电 价 , 铝厂 原料氧 化铝 也大幅 涨价 , 造 成铝 厂亏 损比较严重 。 电解铝厂的建设 单位一般都拥 有自己的 电厂 , 建设自己 的 独立 电 网 , 解决 电 厂发 电 、 铝厂 用 电的 问 题 , 可以从根本 上摆脱 其它 行业 的限制 , 降 低用 电成 本 。 但独 立铝电网一般用电负 荷较集中 、 电源以小容 量机组群 为主 , 独立运行难度很 大 , 一旦 出现 故障将 会造 成巨 大的经 济损 失 , 所以必须在进行相关的分 析和改造后谨慎进行 。
社 , 1985. [ 5] 李光琦.电力系统暂态分 析 [ M] .北 京:北京水利 电力出
版 , 1985. [ 6] 黄家裕.同步电机基本方 程和短路分 析 [ M] .北京 :北京
水利电力出版社 , 1993. [ 7] 何仰赞, 等 .编电力系统 分析 [ M] .武汉 :武汉华 中理工
铝电网的独 立运行 具有 重要意 义 。 一是 铝厂 电网 的独 立运行 , 符合国家 《电 力法 》 的有关 规定 , 《电力 法 》 鼓 励国家 、 企业和 大的 发电企 业协 商供电 ;二是铝 厂电 网的 独立运行 , 是矿 业公 司发展 非煤 产业的 大事 , 是 拉长 产业 链的主要组 成部分 ;三是铝 厂电 网的独 立运 行 , 具有 很好 的经济效益 , 年 节约 费用 2.6 亿 ;四 是减 少环 境污 染 , 增 加在就业人员 , 给社会减轻负担 。
大 封铝 厂 110kV开关 站供 电系 统为 单母 线接 线方 式 , 原 主 供 电 源 由 泰 安 两 路 110kV电 源 分 别 送 至 大 封 铝 厂 110kV开关站 。 大封铝厂设有四台 ZHSFPTB-54340/110型 整 流变 压器 和二 台 S9 -12500/110/6.3型 动力 变压 器 , 并 有 TBB110 -33000-AQ型 110kV电容补偿 装置 , 设计补偿 量为 33000kVar。
电压 稳定 61.52 58.26 0.12 58.71
4 结 论
经 过分析论 证 , 肥矿 集团 110kV铝厂电 网能够 符合独 立运行的条件 , 可以孤网运行 。 该电网已经 脱网试验成 功 , 并已投运运 行 。 自投 运以 来 , 电网 运行状 况良 好 , 实 现了 电厂和铝厂 发 、 供电 负荷 自动 调节 , 电 压 、 频 率 、 功 率因 数等各项 参数 均 控制 在规 定 范围 内 , 完 全符 合 运行 要 求 , 达到了设计要求 。
管理工作 。
53
生产经验 煤 炭 工 程 2008年第 11期
大量电能而不产 铝 ;停电超 过 1h, 电 解铝生 产线需重 新启 动 , 恢复正常生产需要较长时 间 , 损失 更大 。
3 独立运行安全分析
3.1 静态安全分析
针对铝厂 电网 独立 供电 系统 在发 电出 力 60MW、 厂用 电和线 路 损 耗 11.47 MW、 大 封铝 厂 的 总 负 荷 48.53MW, 其中对电解铝负荷 40.5MW的运行方式进行 静态安全 分析 。 110kV线路的额定电流按其允许 长期运 行的最大 电流考 核 , 对应导线型号为 LGJ-120和 LGJ-240。 110kV母线的电压 越限 的 高 限 和低 限 分 别 用 1.10p.u.和 0.85p.u.来 考 核 , 6.3kV母线的 电 压 越 限的 高 限 和 低 限 分 别用 1.07p.u.和 0.85p.u.来考核 , 主变按其容量考核 。
大学出版社 , 2003. (责任编辑 赵巧芝 )
图 1 10kV电解铝厂电网组成图
功率 1000kW。 电解铝直流负荷 由 110kV开关站 4台 有载 调压整 流变
压器 提 供 。 目 前 在 110kV开 关 站 母 线 侧 的 负 荷 最 大 为 66MW, 平均负荷 55MW, 功率因数实际为 0.70, 经 电容补 偿后 110kV系统 功率 因 数 0.93。 负 荷特 性 表现 为恒 功 率 , 对交流电压和频 率的 变化很 不敏 感 , 但在 电解 生产中 出现 电解效 应时 , 经 整 流变 压 器的 饱和 电 抗器 稳 流后 , 110kV 系统将瞬间增大负荷 5 ～ 15MW。 正常 运行时 电解铝 直流负 荷在短时间内不可能快 速分批退出 。 在电解 槽计划检修 时 , 需要开槽和 停槽 。 开 、 停槽时 , 需逐 步降 低电 解电 流 , 当 电流降至 40kA(负荷 约为 4MW)时 , 即可 进行 开 、 停 槽操 作 , 时间约为 5 ～ 20min。 然 后将 电流提 升至 正常值 , 提升 电流对时间没有特别的 限制 。
1)暂态安全性能满足要求 , 功角稳定性 、 暂 态频率安 全性 、 电压跌落可 接受性 和电 压稳定 的安 全稳 定裕度 都大 于 0。
2)功角稳定 裕度和暂态频率安全裕度较大 , 暂态过程
54
中频率变化范围在 49.55 ～ 50.48Hz, 呈衰减振荡变化趋 势 , 仿真计算结束时频率不 低于 49.71Hz。
3.2 暂态安全分析
暂态安全稳 定分析 中考 核暂态 功角 稳定 性 、 暂态 电压 安全性和暂 态频率 安全 性 。 在分 析计算 中 , 安全 稳定 裕度 大于零 , 表示电 网能 安全稳 定运 行 , 此时 安全稳 定裕 度越 大 , 安全稳定性越高 。
根据 《电力系统安全稳定导则 》 , 结合电网的具体情况 和负荷特点 , 在 暂态 安全稳 定分 析中考 虑以 下故 障 :发电 机 — 主变单元组 及其相 联线 路无故 障三 相开 断 , 线路 三相 永久性短路故障 , 主变三相永 久性短路故 障 , 发电机 失磁 。 得出如下结论 :
1 肥矿集团 110kV电解铝厂电网系统介绍
肥城矿业 集团 公司 现 阶段 110kV铝 电网 如 图 1 所 示 , 电源由集团公司 大封 和杨庄 两个 电厂组 成 。 发 电厂有 多台 小容量机组 群组成 的 。 发动 机组 容量较 小 , 自动 调峰 能力 较差 , 位置分布 较分 散 。 杨 庄电 厂安 装二 台 QFW -15 -2 型汽轮发电 机组 , 大 封电 厂安 装三 台 QFW— 15— 2型 汽轮 发电机组 , 通过发电机 — 变压 器单元组 由 6kV升 至 110kV, 经 110kV架空线路分别 送至 大封铝 厂 110kV开关 站 , 主变 压器总容量 100MVA。
表 2 线路三相永 久短路故障暂态 安全计算结果 (裕度 %)
故障名称
电铝线电厂侧 电铝线铝厂侧 杨大线杨庄侧 杨大线铝厂侧
功角 稳定 100.0 100.0 100.0 100.0
暂态频率 电压跌落
安全 可接受性
100.0 100.0 100.0 100.0
65.00 16.72 80.94 14.70
2008年第 11期 煤 炭 工 程 生产经验
电解铝厂电网独立运行分析与实践
吴思波 1, 2 , 丁恩杰 1
(1.中国矿业大学信电学 院 , 江苏 徐州 221008;2.肥城矿业集团公司 , 山东 肥城 271608)
摘 要 :文章对肥城矿区 110kV铝电网独立运行进行了专项研究 , 分析了铝电网电源和负 荷的特点 , 针对现在的运行方式 , 进行了静态安全分析和暂态安全稳定性分析 , 对可能出现的故 障进行了计算 , 结果表明 110kV铝电网独立运行是可行的 , 试验结果验证了文章结论的正确性 。 关键词 :电解铝厂电网 ;独立运行 ;稳态分析 ;暂态分析 中图分类号 :TM727.3 文献标识码 :B 文章编号 :1671 -0959(2008)11-0053-02
电解铝负荷 为一级 重要 负荷 , 对 供电的 可靠 性要 求极 高 , 突然停电半 小时 虽不致 损坏 设备 , 但 恢复送 电将 消耗
收稿日期 : 2008 -06 -20 作者简介 :吴思波 (1956 -), 男 , 山东肥城人 , 高级工程师 , 现任肥 城矿 业集团 副总 工程师 , 从事 煤矿机 电方 面的
参考文献 :
[ 1] SDJ-161 -85, 中华人民共和国电力行业标准 [ S] . [ 2] wenku.baidu.comL755 -2001, 中华人民共和国电力 行业标准电力系 统安全
稳定导则 [ S] . [ 3] SD-131 -84, 中华人民共和国电力 行业标准电力系 统技术
导则 [ S] . [ 4] 陈衍 .电力系统稳定分析 [ M] .北京 :北 京水利电 力出版
2 电解铝厂电网负荷特性
铝厂负荷 由动 力 负荷 和电 解 铝直 流 负荷 两 部分 组 成 。 电解铝直流负荷 启动 前必须 先启 动动力 负荷 , 只有在 电解 铝直流负荷退出后才 能停动力负荷 。
动力负 荷有 功为 8.032MW, 无 功为 6.475MVar, 以感 应电动机和 电炉 为主 , 最 大电动 机功 率 550kW, 最大 电炉
表 1 发电出力为 60MW 时电厂的出力和 向系统提供的电力
出力 电厂名称
有功 /MW 无功 /MVar
大封电厂 36.0
19.2
杨庄电厂 24.0
12.0
全系统合计 60.0
31.2
向系统输送电力
有功 /MW 无功 /MVar
29.2
16.8
19.4
10.6
48.6
27.4
静态安全分析中 , 考虑线路和电厂主 变的开断。 根据电 网一次接线的特点 , 元件开断的具体情况是 :大封电厂的 2# 发电机 、 2#主变及其相连的线路电铝 II同 时开断;杨庄电厂 的 2#发电机 、 2#主变及其相连的杨大 I线路同时开断 。
3)在暂态安全 性方面 , 对铝电网独立供电系统 影响最 大的是电压 安全问 题 , 尤其 是电 压稳定 问题 。 电 压稳 定裕 度较小 , 其中 以 大封 电 厂主 变高 压 侧三 永故 障 最为 严 重 , 电压稳定性接近 临界 , 可 能危 及动力 变电 动机 负荷的 正常 运行 。
4)单台发电机 无故障解列时的暂态安全稳 定性 , 与发 电机 — 主变单元组 及其相 联线 路无故 障三 相开 断时的 暂态 安全稳定性相同 , 不是暂态安全 稳定裕度最小的故障 。
最近 , 由于 国家 产业政 策的 调整 , 国 家取消 了电 解铝 厂的优惠电 价 , 铝厂 原料氧 化铝 也大幅 涨价 , 造 成铝 厂亏 损比较严重 。 电解铝厂的建设 单位一般都拥 有自己的 电厂 , 建设自己 的 独立 电 网 , 解决 电 厂发 电 、 铝厂 用 电的 问 题 , 可以从根本 上摆脱 其它 行业 的限制 , 降 低用 电成 本 。 但独 立铝电网一般用电负 荷较集中 、 电源以小容 量机组群 为主 , 独立运行难度很 大 , 一旦 出现 故障将 会造 成巨 大的经 济损 失 , 所以必须在进行相关的分 析和改造后谨慎进行 。
社 , 1985. [ 5] 李光琦.电力系统暂态分 析 [ M] .北 京:北京水利 电力出
版 , 1985. [ 6] 黄家裕.同步电机基本方 程和短路分 析 [ M] .北京 :北京
水利电力出版社 , 1993. [ 7] 何仰赞, 等 .编电力系统 分析 [ M] .武汉 :武汉华 中理工
铝电网的独 立运行 具有 重要意 义 。 一是 铝厂 电网 的独 立运行 , 符合国家 《电 力法 》 的有关 规定 , 《电力 法 》 鼓 励国家 、 企业和 大的 发电企 业协 商供电 ;二是铝 厂电 网的 独立运行 , 是矿 业公 司发展 非煤 产业的 大事 , 是 拉长 产业 链的主要组 成部分 ;三是铝 厂电 网的独 立运 行 , 具有 很好 的经济效益 , 年 节约 费用 2.6 亿 ;四 是减 少环 境污 染 , 增 加在就业人员 , 给社会减轻负担 。
大 封铝 厂 110kV开关 站供 电系 统为 单母 线接 线方 式 , 原 主 供 电 源 由 泰 安 两 路 110kV电 源 分 别 送 至 大 封 铝 厂 110kV开关站 。 大封铝厂设有四台 ZHSFPTB-54340/110型 整 流变 压器 和二 台 S9 -12500/110/6.3型 动力 变压 器 , 并 有 TBB110 -33000-AQ型 110kV电容补偿 装置 , 设计补偿 量为 33000kVar。
电压 稳定 61.52 58.26 0.12 58.71
4 结 论
经 过分析论 证 , 肥矿 集团 110kV铝厂电 网能够 符合独 立运行的条件 , 可以孤网运行 。 该电网已经 脱网试验成 功 , 并已投运运 行 。 自投 运以 来 , 电网 运行状 况良 好 , 实 现了 电厂和铝厂 发 、 供电 负荷 自动 调节 , 电 压 、 频 率 、 功 率因 数等各项 参数 均 控制 在规 定 范围 内 , 完 全符 合 运行 要 求 , 达到了设计要求 。
管理工作 。
53
生产经验 煤 炭 工 程 2008年第 11期
大量电能而不产 铝 ;停电超 过 1h, 电 解铝生 产线需重 新启 动 , 恢复正常生产需要较长时 间 , 损失 更大 。
3 独立运行安全分析
3.1 静态安全分析
针对铝厂 电网 独立 供电 系统 在发 电出 力 60MW、 厂用 电和线 路 损 耗 11.47 MW、 大 封铝 厂 的 总 负 荷 48.53MW, 其中对电解铝负荷 40.5MW的运行方式进行 静态安全 分析 。 110kV线路的额定电流按其允许 长期运 行的最大 电流考 核 , 对应导线型号为 LGJ-120和 LGJ-240。 110kV母线的电压 越限 的 高 限 和低 限 分 别 用 1.10p.u.和 0.85p.u.来 考 核 , 6.3kV母线的 电 压 越 限的 高 限 和 低 限 分 别用 1.07p.u.和 0.85p.u.来考核 , 主变按其容量考核 。
大学出版社 , 2003. (责任编辑 赵巧芝 )
图 1 10kV电解铝厂电网组成图
功率 1000kW。 电解铝直流负荷 由 110kV开关站 4台 有载 调压整 流变
压器 提 供 。 目 前 在 110kV开 关 站 母 线 侧 的 负 荷 最 大 为 66MW, 平均负荷 55MW, 功率因数实际为 0.70, 经 电容补 偿后 110kV系统 功率 因 数 0.93。 负 荷特 性 表现 为恒 功 率 , 对交流电压和频 率的 变化很 不敏 感 , 但在 电解 生产中 出现 电解效 应时 , 经 整 流变 压 器的 饱和 电 抗器 稳 流后 , 110kV 系统将瞬间增大负荷 5 ～ 15MW。 正常 运行时 电解铝 直流负 荷在短时间内不可能快 速分批退出 。 在电解 槽计划检修 时 , 需要开槽和 停槽 。 开 、 停槽时 , 需逐 步降 低电 解电 流 , 当 电流降至 40kA(负荷 约为 4MW)时 , 即可 进行 开 、 停 槽操 作 , 时间约为 5 ～ 20min。 然 后将 电流提 升至 正常值 , 提升 电流对时间没有特别的 限制 。
1)暂态安全性能满足要求 , 功角稳定性 、 暂 态频率安 全性 、 电压跌落可 接受性 和电 压稳定 的安 全稳 定裕度 都大 于 0。
2)功角稳定 裕度和暂态频率安全裕度较大 , 暂态过程
54
中频率变化范围在 49.55 ～ 50.48Hz, 呈衰减振荡变化趋 势 , 仿真计算结束时频率不 低于 49.71Hz。
3.2 暂态安全分析
暂态安全稳 定分析 中考 核暂态 功角 稳定 性 、 暂态 电压 安全性和暂 态频率 安全 性 。 在分 析计算 中 , 安全 稳定 裕度 大于零 , 表示电 网能 安全稳 定运 行 , 此时 安全稳 定裕 度越 大 , 安全稳定性越高 。
根据 《电力系统安全稳定导则 》 , 结合电网的具体情况 和负荷特点 , 在 暂态 安全稳 定分 析中考 虑以 下故 障 :发电 机 — 主变单元组 及其相 联线 路无故 障三 相开 断 , 线路 三相 永久性短路故障 , 主变三相永 久性短路故 障 , 发电机 失磁 。 得出如下结论 :
1 肥矿集团 110kV电解铝厂电网系统介绍
肥城矿业 集团 公司 现 阶段 110kV铝 电网 如 图 1 所 示 , 电源由集团公司 大封 和杨庄 两个 电厂组 成 。 发 电厂有 多台 小容量机组 群组成 的 。 发动 机组 容量较 小 , 自动 调峰 能力 较差 , 位置分布 较分 散 。 杨 庄电 厂安 装二 台 QFW -15 -2 型汽轮发电 机组 , 大 封电 厂安 装三 台 QFW— 15— 2型 汽轮 发电机组 , 通过发电机 — 变压 器单元组 由 6kV升 至 110kV, 经 110kV架空线路分别 送至 大封铝 厂 110kV开关 站 , 主变 压器总容量 100MVA。
表 2 线路三相永 久短路故障暂态 安全计算结果 (裕度 %)
故障名称
电铝线电厂侧 电铝线铝厂侧 杨大线杨庄侧 杨大线铝厂侧
功角 稳定 100.0 100.0 100.0 100.0
暂态频率 电压跌落
安全 可接受性
100.0 100.0 100.0 100.0
65.00 16.72 80.94 14.70
2008年第 11期 煤 炭 工 程 生产经验
电解铝厂电网独立运行分析与实践
吴思波 1, 2 , 丁恩杰 1
(1.中国矿业大学信电学 院 , 江苏 徐州 221008;2.肥城矿业集团公司 , 山东 肥城 271608)
摘 要 :文章对肥城矿区 110kV铝电网独立运行进行了专项研究 , 分析了铝电网电源和负 荷的特点 , 针对现在的运行方式 , 进行了静态安全分析和暂态安全稳定性分析 , 对可能出现的故 障进行了计算 , 结果表明 110kV铝电网独立运行是可行的 , 试验结果验证了文章结论的正确性 。 关键词 :电解铝厂电网 ;独立运行 ;稳态分析 ;暂态分析 中图分类号 :TM727.3 文献标识码 :B 文章编号 :1671 -0959(2008)11-0053-02
电解铝负荷 为一级 重要 负荷 , 对 供电的 可靠 性要 求极 高 , 突然停电半 小时 虽不致 损坏 设备 , 但 恢复送 电将 消耗
收稿日期 : 2008 -06 -20 作者简介 :吴思波 (1956 -), 男 , 山东肥城人 , 高级工程师 , 现任肥 城矿 业集团 副总 工程师 , 从事 煤矿机 电方 面的
参考文献 :
[ 1] SDJ-161 -85, 中华人民共和国电力行业标准 [ S] . [ 2] wenku.baidu.comL755 -2001, 中华人民共和国电力 行业标准电力系 统安全
稳定导则 [ S] . [ 3] SD-131 -84, 中华人民共和国电力 行业标准电力系 统技术
导则 [ S] . [ 4] 陈衍 .电力系统稳定分析 [ M] .北京 :北 京水利电 力出版
2 电解铝厂电网负荷特性
铝厂负荷 由动 力 负荷 和电 解 铝直 流 负荷 两 部分 组 成 。 电解铝直流负荷 启动 前必须 先启 动动力 负荷 , 只有在 电解 铝直流负荷退出后才 能停动力负荷 。
动力负 荷有 功为 8.032MW, 无 功为 6.475MVar, 以感 应电动机和 电炉 为主 , 最 大电动 机功 率 550kW, 最大 电炉
表 1 发电出力为 60MW 时电厂的出力和 向系统提供的电力
出力 电厂名称
有功 /MW 无功 /MVar
大封电厂 36.0
19.2
杨庄电厂 24.0
12.0
全系统合计 60.0
31.2
向系统输送电力
有功 /MW 无功 /MVar
29.2
16.8
19.4
10.6
48.6
27.4
静态安全分析中 , 考虑线路和电厂主 变的开断。 根据电 网一次接线的特点 , 元件开断的具体情况是 :大封电厂的 2# 发电机 、 2#主变及其相连的线路电铝 II同 时开断;杨庄电厂 的 2#发电机 、 2#主变及其相连的杨大 I线路同时开断 。