发配电系统运行经济性提升的研究

王新娣，李传纪，贺继鑫，王春芹，鞠福道

前言

山东钢铁莱芜分公司能源动力厂电气车间管辖老区、银前区域发配电系统，主要担负着股份炼铁生产线及老区、银前区厂内供电任务，同时承担5台汽轮发电机和6台TRT发电机组并网发电任务，在日常生产过程中除了保证安全稳定的电力供应外，还要保证发配电系统运行的经济性，因此需要针对提高发配电安全性、经济性两方面开展技术攻关。

1　存在问题及分析

1.1　传统的运行方式调整理念影响经济性提升

传统的发配电系统运行以安全供电为主，主要是更侧重运行的安全性，频繁地调整运行方式容易造成停电事故，发配电系统经济性的提升是靠牺牲供电安全性为代价，运行方式调整主动性不强。

1.2　老系统厂变运行未达到最优配置

随着老系统小容量落后设备的逐步淘汰，低压设备用电运行2台厂变即可满足安全生产需要，但是选择运行哪2台厂变的过程中存在一定的随意性。通过对老系统1#～6#厂变运行经济性进行详细的理论计算，发现各台厂变运行过程中自身综合功率损耗存在较大差异，因此选择哪2台厂变运行必须要有所侧重。

1.3　母线电压波动频繁

由于各台发电机组负荷频繁调整，特别是1#、2#12 MW发电机作为调整机组，机组起停随机性较大，当发电机组大幅减负荷或者停机时，对应的母线电压大幅降低，最低时降到5.7 kV以下，而在机组负荷大幅增加的情况下，母线电压随之大幅升高，最高升高到6.5 kV以上。由设备功率损耗计算公式：可以看出，母线电压对功率损耗有直接影响：

（1）当母线电压过低，导致式中分母减小，设备运行功率损耗增加；

（2）当母线电压升高，设备运行功率损耗随之减小，但是，过高的母线电压会加速在运设备绝缘裂化。

由此可见，母线电压控制水平直接关系发配电系统安全性、经济性。

2　技术优化措施

2.1　建立不同风险等级下运行方式调整模型

按照银电进线、发电机运行情况将各变电站运行方式进行风险等级划分，在不同风险等级下，本着最大限度就地消耗发电负荷，降低转供电过程中电能损耗的原则，共计提出22种生产组织模型，提高辖区发配电系统运行安全经济性，表1为1#35 kV变电站12种生产组织模型。

表1　1#35 kV变电站不同运行方式下精益生产组织模型

2.2　建立“厂变两两配对”经济运行模型

2.2.1厂变运行经济性分析

（1）计算过程：1#、2#、3#、6#厂变参数：

容量SN=1600 kVA

空载损耗P0=2.4 kW

负载损耗 PK=14.48 kW、I0%=0.5%、UK%=4.39%。

有功损耗：ΔP=P0＋KT×β2×PK=11 kW

无功损耗：ΔQ=Q0＋KT×β2×QK=49.48 kvar

单台厂变运行每小时综合功率损耗：

ΔPZ＝ΔP＋KQΔQ=11+0.1×49.48=15.95 kW

单台厂变每年运行自身损耗电费支出：

15.95kW×8760 h×0.6元/kW·h=83833元

（2）4#、5#厂变参数：

容量SN=2000 kVA

空载损耗P0=3.73 kW

负载损耗PK=15.3 kW、I0%=1.2%、UK%=6%。

有功损耗：ΔP＝P0＋KT×β2×PK=12.77 kW

无功损耗：ΔQ＝Q0＋KT×β2×QK==94.9 kvar

单台厂变运行每小时综合功率损耗：ΔPZ＝ΔP＋KQΔQ=12.77+0.1×94.9=22.26 kW

单台厂变每年运行自身损耗电费支出：22.26 kW×8760 h×0.6元/kW·h=116998元

（3）计算结果：通过上述计算得出以下结论：单台运行 1#、2#、3#、6#厂变可比单台运行 4#、5#厂变自身电能消耗费用减少39.6%，由此可见1#、2#、3#、6#厂变运行经济性高，需要有限选择 1#、2#、3#、6#厂变运行，见图1。

图1　厂变运行方式费用比例图

2.2.2厂变运行模式确定依据

根据1#～6#厂变400 V电源归属6 kV电源，6 kV电源归属35 kV电源情况，制定出4种厂变两两配对运行模型，1#、2#厂变配对运行；2#、3#厂变配对运行；3#、6#厂变配对运行；1#、6#厂变配对运行，4#、5#厂变长期处于热备用状态。

2.2.3厂变两两配对经济运行模型（见图2）试验，确保设备完好性。

图2　厂变两两配对经济运行模型图

2.3　建立三段母线电压精准控制模型

确定出母线电压最优区间为6～6.3 kV（10～10.5 kV）之间，将母线电压水平分三阶段进行精准控制，具体如表2、表3，通过调整主变分接开关位置、发电机无功功率的措施，精准控制母线电压。

2.2.4厂变配对运行模型调整规定

（1）正常运行情况下，4种厂变配对运行方式每季度调整一次。

（2）4#、5#厂变在每年春、秋两季电气清扫过程中进行短期投运，待其他厂变清扫完毕后及时退出运行。

（3）定期对处于备用状态的厂变进行相关电气

表2　10 kV母线电压精准控制模型要求

3　效果分析

通过分析发配电系统安全性、经济性提升要求实施了一系列技术优化措施达到了预期目标：

（1）厂变运行运行方式达到最优配置

1#35 kV变电站按照4种厂变配对方式运行，年厂变运行节约电能损耗带来的经济效益6万余元。

表3　6 kV母线电压精准控制模型要求

（2）推行不同风险等级下运行方式调整模型，使岗位人员事故应急处理有据可依，达到又快又准指导生产目标。

（3）在保证设备安全运行前提下，有效降低设备运行损耗。