云南受端电网工业负荷对电网安全防线设置的适应性研究

2019-11-23何烨杨扬陈义宣支刚

云南电力技术 2019年5期

何烨，杨扬，陈义宣，支刚

（1.云南电网有限责任公司，昆明 650011；2.中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司，昆明 650051）

0 前言

安全稳定控制是电网第二道安全防线的重要手段，结合不同的系统位置可分为稳控切机和稳控切负荷两种主要措施。云南电网定位南方电网电源送端，省内稳控系统一直以来以稳控切机措施为主，尚无稳控切负荷措施及相关应用经验[1]。

随着云南电网负荷的不断增长，在负荷相对集中的电网中部、东部及南部地区的受端电网，主变或线路发生N-2 故障后的热稳定问题越来越突出；同时，云南电源及网架结构发展迅猛，为防止短路电流超标、500 kV/220 kV 电磁环网故障下的功率转移，需对局部500 kV/220 kV电磁环网断环运行，断环后降低了事故情况下区域间的负荷支援能力，进一步加重了局部受端N-2 后的热稳定问题。因此，为满足稳控切负荷对象的组织，有必要对云南受端电网工业负荷进行深入研究。

1 受端主要工业类型

根据最新完成的安全稳定计算表明[2-4]，“十三五”期间云南受端电网主要位于昆明七甸片区、昭通永丰片区、保山永昌片区和文山片区。结合稳控系统切负荷需要和各电压等级负荷占比，选取上述片区内以110 kV 及以上电压等级接入系统的工业负荷进行统计分析。

1.1 电解铝

现代铝工业生产采用冰晶石-氧化铝融盐电解法。电解铝生产供电要求较高，停电时间不能超过30 min；停电时间过长，槽温降低甚至电解质凝固，经济损失严重（单台槽数十万元）。电解一级负荷约占全厂总负荷的95%，其他二、三级负荷约占全厂总负荷的5%。每个电解铝电气系统外部供电一般由两回220 kV 线路单独供电，两回线路实际运行一回备用一回，无备自投装置，投退采用人工操作。电解铝建设工艺简单技术含量低建设周期短，有充足资金投入，从开工到建成投产一般仅需要9 个月的时间。

电解铝生产停电时间不能超过30 min。停电时间过长，槽温降低，不能进行正常生产，甚至电解槽凝固，除缩短电解槽使用寿命外，严重时，槽内衬破损，经济损失严重（单台槽数十万元）；每个电解系列均有对应的最低保温电流。

一级负荷：电解直流用电、整流所用电、电解多功能天车、槽控箱电源、空压机等，一级负荷约占全厂总负荷的95%。

二级负荷：除一级负荷及辅修、生活办公用电之外的其它负荷

三级负荷：辅修、生活办公设备用电。二、三级负荷约占全厂总负荷的5%。

此外，每个电解铝电气系统外部供电一般由两回220 kV 线路单独供电，两回线路实际运行一回备用一回，无备自投装置，投退采用人工操作。云南受端电解铝项目主要分布在昆明、昭通、文山，全年用电量共233 亿kW.h，最大负荷共2879 MW。

1.2 工业硅

工业硅又称结晶硅或金属硅，生产使用硅石、碳质还原剂（木炭、木块、油焦、烟煤）进行电炉冶炼。工业硅对供电可靠性要求一般，如果遇到停电，需对电炉进行保温，防止硅水冷却，但保温时间不能超过24 小时；如果停电时间较长或因设备故障，则需要对电炉进行清理，清理时间需要一个月左右。云南受端工业硅项目主要分布在保山、怒江，全年用电量共22.69 亿kW.h，最大负荷共403 MW。

1.3 水泥

根据用电设备对供电可靠性的要求，回转窑厂的电力负荷大部分属二级负荷，少部分属三级负荷和一级负荷；湿法回转窑厂一级负荷一般占全厂负荷的2.5%左右，干法回转窑厂一级负荷一般占全厂负荷的1.5%左右；立窑厂的电力负荷属二级负荷。水泥厂总体供电要求一般。

云南受端水泥项目主要分布在昆明、昭通、保山、大理、怒江、文山，全年用电量共14.66亿kW.h，最大负荷共310 MW。

1.4 钛合金

铁合金一般指由一种或一种以上的金属和非金属元素与铁组成的合金，还包括有其它非铁质元素组成的合金。铁合金主要用电炉进行生产，生产方法有高炉法、电炉法、炉外法、真空电阻炉法、氧气转炉法等。在正常情况下，矿热炉冶炼硅铁是连续不断地进行，焦炭、硅石、钢屑的混合料不断地从炉口加入炉内，供电要求一般。云南受端铁合金项目主要分布在保山、文山，全年用电量共4.4 亿kW.h，最大负荷125 MW。

因为人多，卷子发了二十多分钟还没发完，老师说：“看完卷子，觉得分数没有问题的同学可以走了，临走前，把卷子交回来，倒扣着放到讲台上。对分数有疑问的同学可以私下里来找我。”

1.5 黄磷

黄磷生产使用磷矿石、焦炭（白煤）、硅石在电炉法内烧制。黄磷生产为三级负荷，对电力供电可靠性要求一般，可以根据需要随时调整生产规模，设备每年检修安排在枯期进行。云南受端黄磷项目主要分布在文山，全年用电量0.9 亿kW.h，最大负荷30 MW。

1.6 电石

电石主要用于电石法PVC 生产，由电石制取的乙炔广泛应用于金属焊接和切割，电石行业是一个高耗能、高污染的行业。电石生产采用电热法工艺，利用生石灰和焦炭在埋弧式电炉（电石炉）内，通过电阻电弧产生的高温反应制得，同时生成副产品一氧化碳。电石对供电可靠性要求较高，一旦电炉开始生产就不能长时间中断供电；如果生产中遇到停电，电炉温度逐渐减低，当停电时间超过20 分钟后不仅原料损失，还存在爆炸危险。云南受端电石项目主要分布在昭通、保山、文山，全年用电量共6.51 亿kW.h，最大负荷共159 MW。

1.7 氧化铝

氧化铝也就是三氧化二铝，拜耳法一直是生产氧化铝的主要方法。氧化铝生产供电要求较高，停电不能超过20 分钟，若停电时间过长需将槽、罐内的浆料排放掉，会对厂区外围造成污染和经济损失。大型氧化铝厂的分解槽、空压站、生产用水系统及赤泥泵房等一般为一级负荷，生活设施，辅修及仓库等为三级负荷，其余皆为二级重要负荷。云南受端氧化铝及配套项目主要分布在文山，全年用电量共5.54 亿kW.h，最大负荷共93 MW。

1.8 钢铁

钢铁冶炼是钢、铁冶金工艺过程的总称。炼铁是利用一氧化碳将铁矿石中的铁还原出来；炼钢是降低生铁里的含碳量，并除去大部分硫、磷等有害杂质，调整钢里合金元素的含量到规定范围之内。钢铁工业生产设备基本为一级或二级负荷，供电要求较高，对一级负荷突然停电，会造成人身伤亡的危险，或重大设备损坏且难以修复；对二级负荷突然停电，将产生大量废品和减产，损坏生产设备，在经济上造成较大损失。炼钢、轧钢厂如果必须停电需至少提前1小时通知。

云南受端钢铁项目主要分布在保山，全年用电量1.78 亿kW.h，最大负荷45 MW。

1.9 输油泵站

输油泵站为管道提供输油压力，主要用电设备为6 kV 输油泵电机和6 kV 电驱动压缩机。输油泵站的供电连续性较高，全年利用小时在8 000 h 以上，用电负荷等级一般为二级，供电可靠性要求非常高。如果中断供电将引起管道压力降低，造成重大经济损失；为保证正常生产，工作电源要求由两个独立电源供电或同一电源的不同母线供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。

云南受端输油泵站项目主要分布在保山、文山，全年用电量共3.08 亿kW.h，最大负荷共39 MW。

图1 云南受端电网主要工业类型负荷占比

图2 云南受端电网主要工业类型电量占比

1.10 电铁牵引变

云南受端电铁牵引变项目主要分布在昆明、昭通、文山，全年用电量共15.37 亿kW.h，最大负荷共377 MW。

2 可切工业负荷分析

云南受端电网主要工业以电解铝、氧化铝、黄磷、钢铁、水泥、工业硅、铁合金、电石、输油泵站、电铁牵引变为主。

从负荷量占比来看，电解铝负荷占比最高，约占全部用电类型总负荷的65%；其次为工业硅、电气化铁路、水泥，分别约占全部用电类型总负荷的9%、8%、7%；其余工业用电类型占比较小。

表1 云南受端电网主要工业负荷可切除建议

从供电可靠性要求来看，输油泵站、电铁牵引变任何时刻不允许停电，供电要求最高；其次为电解铝、氧化铝、钢铁、电石；工业硅、水泥、铁合金、黄磷相较其他工业用电类型供电可靠性要求稍低。

稳控系统可切负荷的组织一方面需要考虑工业用户的负荷大小，负荷量越大越容易达到稳控需切负荷总量的控制目标；另一方面需考虑负荷的供电可靠性要求，部分负荷供电要求非常高且任何时刻都不允许被切除。综合云南受端电网实际情况，电解铝负荷由于负荷占比较大，较易达到稳控切负荷控制目标，建议作为优先切除对象；工业硅、水泥负荷有一定占比，供电可靠性一般，建议局部地区根据需要可考虑作为切负荷对象；其余工业负荷占比较小且部分负荷不允许停电，建议不作为切负荷对象。