鞍钢炼焦环保改造电力系统增容方案的研讨

韩 帅，迟秀华，王林松，李 达，张文升，梁 菲

（1.鞍钢股份有限公司能源管控中心，辽宁鞍山 114003；2.鞍钢铸钢有限公司，辽宁鞍山 114031）

前言

近年来，鞍钢对炼焦、烧结、炼铁、炼钢等产线增设除尘环保设施，会造成局部电网容量不足的情况。从电力系统角度分析，炼焦环保项目集中在05变及21变系统，炼钢技改项目集中在107变及02变系统。对各变电所容量不足情况进行梳理，提出能够满足炼焦和炼钢项目电力系统改造方案。

1 环保技改项目新增电力负荷

对鞍钢近期实施及准备实施的涉及炼焦环保项目及炼钢二、三分厂技改项目进行梳理，并对各项目用电容量需求梳理(详见表1-2)，东区炼焦环保项目主要可以由05 变电所或21 变电所供电，西区炼焦环保项目单独取电源于151变电所，炼钢二、三分厂技改项目主要可以由02 变电所或107 变电所供电，对上述5座变电所供电容量进行分析，找出各个变电所容量短板，进而制定电力增容方案。

2 各变电所增容需求

因环保需求，鞍钢拟在化工炼焦区增建脱硫脱硝项目，其中7#焦炉脱硫脱硝项目已经建成，其他9座焦炉脱硫脱硝项目正在建设中。因此部分接入后，导致以05、21 和151 变电所为核心供电区域电网需相应的做调整，以满足负荷接入系统的要求。

由表3 分析可知，21 变电所可以为炼焦项目供电，电力缺口在变压器；同样05 变电所也可以为炼焦项目供电，电力缺口在其66 kV 电源电北线。02变电所可以为炼钢项目供电，电力缺口在变压器；同样107 变电所也可以为炼钢项目供电，电力缺口在其66kV 电源电北线。而西区炼焦环保项目单独由151变电所供电，电力缺口在变压器。

3 鞍钢新增炼焦脱硫脱硝负荷电网现状

3.1 05变电所66 kV电网现状

鞍钢新增的炼焦环保护负荷（东部）的供电电源来自鞍钢05、21 变电所的10 kV 配电网系统。新增的西区炼焦负荷的供电电源来自鞍钢151变电所的10 kV配电网系统。

表1 炼焦新增电力负荷表

表2 炼钢二、三分厂新增电力负荷表

表3 各变电所容量统计表

05 变电所的电压等级为66 kV、10 kV，其66kV电源取自上级“北区电厂”的66 kV 系统，两回66 kV电源分别是“北化1#、2#线”（单回导线截面为LGJ-240）。北区电站的两回66kV 电源取自“电北1#、2#”线，其中电北1#线电源取自二发电南变66 kV 系统，电北2#线电源取自二发电北变66 kV系统，电北线单回导线截面为LGJ-240，接线示意图见图1。

由图1 可知，66 kV 电北1#、2#线，是鞍钢本部220 kV 二发电南变和二发电北变的联络线，同时为107变电所和北区电站供电，北区电站66 kV 母线由π接送出05变电所，负荷概况见表4。

图1 05变电站66 kV电源接线示意图

表4 电北线现有电力负荷表

线路为同塔双回线结构，导线型号LGJ-240，线路总长8 km，主要用电负荷为107变供电的炼钢二、三分厂的电炉及连铸系统以及05 变供电的焦炉系统，现实际运行负荷50 MW。而电北线由LGJ-240钢芯铝绞线构成，其额定载流量610 A(即69 MW)是在环境温度20 ℃时的参数，然而电北线线路运行年限较长，存在多处发热隐患，通常在夏季运行电流达到445 A(即51 MW)时就会发热，且该线路负荷较重，线路停电需在炼钢二、三分厂转炉及电炉停产减负荷期间进行，线路检修极其困难。显然无法满足新增负荷的需求。

在北区电站系统中接有两台25 MW 的发电机组，其运行方式为夏季停发，冬季1 台机组发电，扣除厂用电后，实发约18 MW。

在05变电所接有1台25MW的余热蒸汽回收发电机组，扣除厂用电后实际发电约23 MW。

未来北区电站2 台发电机组由25 MW 增容至65 MW 时，考虑将29#变电站与108#变电站负荷接入北区电厂66 kV系统。

3.2 21变电所66 kV电网现状

21 变电所的电压等级为66 kV、10 kV，其66 kV电源共四回，两回电源取自“鞍钢二发电南变老东66 kV 系统”，分别是“电加1#、2#线”（单回导线截面为LGJ-300×2），双线并列运行。另两回电源取自鞍山地区“魏一变220kV变电站的66kV系统”，分别是“魏二中南北”线，目前，仅一回线“魏二中南线”运行，另一回线停运。接线示意图见图2。

图2 21变电站66 kV电源接线示意图

3.3 02变电所66 kV电网现状

02 变电所的电压等级为66 kV、10 kV，其66 kV电源共六回，两回电源取自“鞍钢二发电北变北I 母66 kV 系统”，分别是“新二中1#、2#线”（单回导线截面为LGJ-300×2），双线并列运行。另两回电源取自鞍山地区“魏一变220 kV 变电站的66 kV 系统”，分别是“魏二中南北”线（单回导线截面为LGJ-240），目前，仅一回线“魏二中南线”明备用，另一回线停运。再两回电源取自鞍山地区“红一变220 kV 变电站的南段西母66 kV 系统”，分别是“鞍二中甲乙”线（单回导线截面为LGJ-240）。示意图见图3。

图3 02变电站66 kV电源接线示意图

4 负荷预测及电力平衡

4.1 各变电所负荷预测

05 变电所和21 变电所都可以为炼焦环保项目提供电源，由于地理位置原因，05 变电所可以为绝大部分炼焦负荷供电，还有少量负荷需要由更近的14变电所供应；而21变电所可以为全部炼焦负荷供电，因此05变电所和21变电所增加负荷略有不同。

4.1.1 05变电所预荷预测

(1)05变电所的现有计算负荷如下：

Pjs=30 MW，Qjs=14.5 MVAR，Sjs=33.3 MVA

(2)新增脱硫负荷后05总降的预期负荷如下：

Pjs=38 MW，Qjs=18.4 MVAR，Sjs=42.2 MVA

可以预计脱硫脱硝装置建成后，负荷会增加约8.9 MVA。

4.1.2 21变电所负荷预测

(1)21变电所的现有计算负荷如下：

Pjs=52 MW，Qjs=31.9 MVAR，Sjs=61 MVA

(2)新增脱硫负荷后21总降的预期负荷如下：

Pjs=60 MW，Qjs=39.1 MVAR，Sjs=71.6 MVA

可以预计脱硫脱硝装置建成后，负荷会增加约10.6 MVA。

4.1.3 107变电所负荷预测

(1)107变电所的现有计算负荷如下：

Pjs=60 MW，Qjs=45 MVAR，Sjs=75 MVA

(2)新增炼钢项目负荷后107 总降的预期负荷如下：

Pjs=71.7 MW，Qjs=54.1 MVAR，Sjs=89.3 MVA

(3)107变电所10kV系统的现有计算负荷如下：

Pjs=25 MW，Qjs=18.75 MVAR，Sjs=31.25 MVA

(4)107 变电所10kV 系统的的现有计算负荷如下：

Pjs=30MW，Qjs=22.5MVAR，Sjs=37.5MVA

可以预计炼钢项目建成后，负荷会增加约5 MVA。

4.1.4 02变电所负荷预测

(1)02变电所的现有计算负荷如下：

Pjs=90 MW，Qjs=67.5 MVAR，Sjs=112.5 MVA

(2)新增炼钢项目负荷后02 总降的预期负荷如下：

Pjs=103 MW，Qjs=76.6 MVAR，Sjs=128.4 MVA

可以预计炼钢项目建成后，负荷会增加约15.9 MVA。

4.2 电力平衡

4.2.1 东区脱硫脱硝及炼钢工程负荷接入电网系统电北线容量评估

电力平衡结果详见表5。

表5 电北线66 kV电力负荷平衡表

从平衡结果看，05 变电所在新增炼焦脱硫生产线后，最大负荷时05变电所在正常情况下是可以满足运行要求的。在主变N-1 的情况下，一台主变提供全部一、二级负荷的用电电源。

107变电所在新增炼钢车间10 kV 负荷后，最大负荷时107变电所在正常情况下是可以满足运行要求的。在主变N-1 的情况下，三台主变提供全部一、二级负荷的用电电源。

电北线在正常情况下的经济运行负荷约为49 MVA，事故情况下单回线路可提供的极限运行负荷为65.5 MVA，从平衡结果看，电北线正常运行时已经不能在经济运行负荷范围内，供电能力已不能满足N-1 情况下的运行要求，2018 年时供电缺口将进一步扩大，故电北线需要增容。

4.2.2 东区脱硫脱硝接入21 变所在电网系统电力平衡

电力平衡结果详见表6。

从平衡结果看，21 变电所在新增炼焦脱硫生产线后，最大负荷时21变电所在正常情况下是可以满足运行要求的。在主变N-1 的情况下，一台主变不能为全部的一、二级负荷提供电源，故21 变电所的每台主变需要增容至63 MVA。

上级66 kV 电源线路在正常以及N-1 运行方式下都可以满足运行要求。

4.2.3 炼钢工程负荷接入02 变所在电网系统电力平衡

电力平衡结果详见表7。从平衡结果看，02 变电所在新增炼钢工程负荷后，最大负荷下02变电所在正常情况下是可以满足运行要求的。在主变N-1的情况下，现有2台主变不能满足全部一、二级负荷的供电要求，故02 变电所现有2 台45 MVA 的主变需增容至63 MVA。上级66 kV 电源线路在正常以及N-1运行方式下都可以满足运行要求。

表6 21变电力平衡表

表7 02变电力平衡表

5 电力系统增容方案

由上部变电站电力系统分析，可以有以下2 个方案来满足新增炼焦和炼钢项目的电力需求。

5.1 方案一(02变、21变分别增容)

将21 变电 所2 台50MVA 主 变和02 变电所2 台45MVA 主变全部增容至2 台63MVA 主变是相对简单的方案。仅对02 和21 变两个局部变电所进行改造后，炼焦环保改造项目新增负荷可以由21 变解决，炼钢技改项目新增负荷可以由02 变解决(负荷分配详见表8)。

表8 方案一容量解决表

5.2 方案二(电北线增容)

66 kV 电北1#、2#线为鞍钢220 kV 二发电南变和北变的联络线，带107变及北区电站负荷，北区电站送出北化1#、2#线带05 变，同时送出前镀1#、2#线给29 变电所、108 变电所作备用。各所具体负荷详见图1。对66 kV 电北1#、2#线进行增容后，05 变电所和107 变电所电力容量瓶颈问题解决，05 变电所、02变电所和107变电所无需改造，同时解决炼焦及炼钢两地改造容量问题；05 变电所系统可以解决炼焦10座焦炉环保项目全部电力需求；炼钢新增负荷分别从107 变电所和02 变电所系统取电源(负荷分配详见表9)。

表9 方案二容量解决表

对电北线线路进行扩容改造，导线采用LGJ-240∕30×2，达到容量翻倍的效果。由于该线路所带负荷重要，无法同停作业，无法利用原路由更换杆塔作业。该线路横跨鞍钢南北厂区，线路跨越13条66 kV 线路、15 条10 kV 线路及28 条铁路，地理条件十分复杂，很难形成新的线路路由。新建线路运行容量翻倍，铁塔投资较大、工期较长，因此，决定采用只更换导线、不更换杆塔的方式进行改造。

该线路除部分近期改造的钢管塔外，其余结构塔运行30 年后，各项安全系数大大下降，导线对地安全距离仅为7 m。因此改造时，一是要满足容量的需要，即满足LGJ-240∕30×2 的载流量；二是导线重量不能大于原LGJ-240∕30 的重量；三是要减小弧垂，提高导线对地距离；四是尽量缩短停电时间。经过慎密研究，计划在对原线路不改变杆塔和基础的情况下，采用同等截面的JRLX∕T 碳纤维导线(碳纤维复合芯导线，JLRX∕T-310∕40)。

6 经济性分析

6.1 方案一(02变、21变分别增容)

新增炼焦负荷(9 MW)与炼钢负荷(13 MW)分别固定在南、北变运行，不具备调负荷能力；如果南变出现2 台以上发电机停机或检修时(2017 年2 次)，鞍红线新增最大需量9 MW；如果北变CCPP 出现停机或检修时(2017 年5 次)，电城线新增最大需量13 MW。超需量部分按66 元∕kWh 计费。电北线增容将避免产生需量电费548 万元。见表10。

表10 最大需量计算表

4台变压器增容费用：270×4=1080万元

新增基本电费费用420万元，具体计算如下：

21变电所和02变电所均为双母线运行方式，分别运行于电业局及鞍钢二发电系统，其增容将直接引起基本电费升高，该项目竣工与2018 年秋季，此时电业局收费标准按实际最大需量收取，可以低于主变装机容量的40%，然而该系统运行负荷高于40%，根据第3 章02 变电所及21 变电所得负荷预测，02 变电所增容15.9 MVA，21 变电所增容10.6 MVA，考虑其增容部分中50%运行于电业局系统，另外，两变电所按80%同时系数考虑。

6.2 方案二(电北线增容)

新增炼焦和炼钢负荷在联络线电北线运行，提高控制电城线及鞍红线最大需量及上网电量能力。避免二发电南北变发电机组出现事故停机时将产生需量548 万元。

电北线增容费用：100×8=800 万元避免02变和21变变压器增容基本电费420 万元。

6.3 方案对比

方案一与方案二详细优缺点对比详见表11。

表11 方案对比表

方案二与方案一比较，除建设投资费用少280万无以外，每年还减少基本电费及需量电费运行成本968 万元，总计节省费用1248 万元。同时方案二还增加了二发电南北变间负荷调整能力，对鞍钢控制电网最大需量和上网电量都会起到积极作用。新增炼钢负荷(13 MW)及热轧1700 线(22 MW)，在新二中线(北变)运行，未来新二中线负荷加重，检修困难。

综上，鞍钢炼焦脱硫脱硝和炼钢新增项目的电源方案，推荐采用“方案二”作为工程的接入系统方案。

7 结束语

对于多个项目的能源管理要从系统角度思考问题，统一考虑电力系统增容方案，避免单独项目分别增容造成总体方案不合理，投资偏高等问题。