冲击性大负荷设备在110kV供电系统中的研究及应用

刘吉伟

摘要： 随着钢铁企业电炉冶炼工艺的进步，冶炼装备的配置逐步提高，部分冶炼设备进行了升级改造，以便满足冶炼工艺的需求。电炉、精炼炉等大功率的单体设备或者冲击性大负荷设备的应用越来越广泛，过大的启动电流(空载启动电流可达额定电流的2-3倍，带载启动时可达3-5倍或更大)，会造成电网电压下降，影响其它用电设备的正常运行，同时产生谐波，降低电网电能质量。因此如何选择冲击性负荷的供电方式，同时兼顾节能降耗，保证电网系统的安全运行至关重要。

关键字：供电方式 冲击性负荷 运行方式 电压等级

1.负荷基本情况

公司总电源进线采用220kV电压等级，接入特钢站，为总枢纽变电站。特钢站配置3台220kV降压变压器。下设炼铁110kV站、肥钢站、制氧线变组，其中炼铁110kV站带电鼓线变组、轧钢线变组。供电系统中存在矿热炉、制氧机等大功率冲击性负荷设备。

炼钢新上2台32MVA冶炼电炉精炼炉，新上1780热连轧车间计算负荷达105MVA，为车间运行最高负荷，单台设备或车间用电负荷较高，均为冲击性负荷。

2.冲击性大负荷供电系统的研究及应用

2.1 供电电压等级的选择

三炼钢及1780热连轧负荷共计约169MVA，负荷较大，若采用35kV等级供电，上级变电站无余量且需要分散供电，成本较高，考虑到线损、变压器损耗等节电因素，同时生产时精炼炉对电网的冲击要小，建设1座变电站并采用110kV电压等级的进线。

2套32MVA冶炼电炉精炼炉现场采用35kV电压等级，变电站供精炼炉也采用35kV电压等级；1780热连轧负荷采用110kV电压等级。

2.2接线方式的选择

（1）通过对标，钢铁企业中新上1780热连轧负荷均较高，为降低线损及变压器损耗，主变的布置位置要合理，本方案中采用2台主变，布置在1780热连轧负荷中心区域，单台主变容量为120MVA，考虑到热卷为冲击性负荷，变压器电压等级为110kV/35kV/10kV。为节约投资，采用线变组方式供电。

（2）精炼炉生产时对电网冲击较大，根据设计计算，精炼炉虽然采用35kV供电,但因为负荷较大，送电瞬间110kV母线系统电压必定产生一定的电压降，对其他用户设备产生影响。考虑到2台精炼炉存在同时生产的可能性，新上110kV变电站中增设1台冶炼变压器，专用于精炼炉供电，变压器容量为75MVA，电压等级110kV/35kV。

（3）新上110kV变电站35kV系统为精炼炉变压器低压侧，采用单母线不分段接线方式。因精炼炉生产时，会从系统吸收大量的无功，同时产生谐波，造成电压波动，为保证电能质量，需配置无功补偿和谐波治理装置，经对比TCR的响应速度较MCR快，故在35kV侧母线装设TCR+FC成套装置，按照精炼炉变压器容量为75MVA，配置的SVC补偿容量为42Mvar。各项电能质量指标满足国标要求，功率因数不低于0.95。

（4）110kV双母线双分段接线方式和实现的功能。实现精炼炉和热卷负荷的分开运行，减少精炼炉负荷对热卷负荷的冲击，提供供电可靠性；在110kV工作母线发生故障时，通过调整110kV母线运行方式，可迅速切断故障母线，恢复系统供电；110kV母线系统运行方式灵活，能够实现多种倒负荷运行方式；检修方便，母线及其二次系统进行检修时，不引起供电中断。

综上，根据老区负荷变化情况，并结合新区负荷、全公司负荷计算和负荷平衡情况，新建110kV变电站需采用110kV供电系统。进线采用110kV电缆进线，110kV热卷开关站1#进线来自220kV变电站111开关，110kV热卷开关站2#进线来自220kV变电站117开关。110kV系统采用双母线双分段接线方式，设置2个分段开关和2个母联开关。110kV设备选用GIS组合电器设备，共设15个GIS间隔（含2个备用间隔）以及一个备用扩建间隔。

110kV两回电源分别引自220kV总降压开关站不同段母线，任一回路电源容量均能承担负荷200MW供电能力。

2.4 110kV系统继电保护

（1）110kV进线间隔采用线路光纤差动保护装置；110kV母线采用母差保护装置；母联间隔采用母联保护装置；主变采用变压器主后一体保护装置双套或采用主后分开单套，变压器非电量保护装置；对于1780线变组，线路采用光纤差动保护装置。

（2）热卷线变组继电保护

进线采用线变组光纤差动保护装置，主变采用变压器主后分开保护装置+变压器非电量保护装置。

（3）35kV系统继电保护

馈电线采用线路保护装置，精炼炉主变采用变压器保护装置进行相关保护。为保证精炼炉故障时的系统安全，速断定值采用0S无延时。

3.110kV变电站运行方式的研究及应用

3.1 110kV双母线双分段主系统接线方式

（1）110kV系统为直接接地系统，设四段分段母线，分别为110kV#1A母、110kV#1B母、110kV#2A母、110kV#2B母。110kV#1A母、110kV#1B母设110kV#1A-#1B分段开关R10B;110kV#2A母、110kV#2B母设110kV#2A-#2B分段开关R10D;110kV#1A母、110kV#2A母设110kV#1A-#2A母联开关R10A;110kV#1B母、110kV#2B母设110kV#1B-#2B母联开关R10C。

（2）35kV系统为单母线运行方式。

3.2 110kV变电站运行方式

（1）110kV变电站1#进线R103带110kV1A、1B母线带热卷线变组I线、1#变压器；110kV1A#-1B#分段开关R10B在合位。

（2）110kV变电站2#进线R102带110kV2A、2B母线带热卷线变组II线；110kV#2A-#2B分段开关R10D在合位；110kV #1A-#2A母联R10A、110kV #1B-#2B母联R10C热备。

（3）110kV变电站精炼炉变压器35kV侧R3009带1#精炼炉、2#精炼炉。

结束语:随着新建110kV变电站供电系统的逐步调试及送电，110kV双母线双分段接线方式也投入运行，从运行情况看，解决了冲击性大负荷设备在电网中的启动、运行问题。TCR无功补偿设备应用可靠，提高了系统的功率因数，保证了电能质量。

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