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烯烃项目电力系统的充裕性和安全性分析

来源:学术堂 作者:周老师
发布于:2014-06-03 共2760字
论文摘要

  一、电力系统可靠性基本概念

  电力系统的可靠性是对电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力用户供应电力和电能能力的度量,电力系统的可靠性包括两个方面:充裕度和安全性。
  充裕度:电力系统维持连续供给用户总的电力需求和总的电能的能力,同时考虑系统元件的计划停运及合理的期望非计划停运。又称静态可靠性,也就是静态条件下,电力系统满足用户对电力和电能的能力。
  安全性:电力系统承受突然发生的扰动,如未预料的短路、丢失系统元件现象的能力,也称动态可靠性,即在动态条件下电力系统经受住突然扰动,并不间断的相用户提供电力和电能的能力。

  二、烯烃项目供电系统简介

  (一)供电系统

  烯烃项目电力系统由两条来自徐家庄的110kV线路(单条线路可提供130MW的负荷)、4台自备发电机(容量共18MW),为整个项目(负荷共230MW)提供电能,110kV双回线路采用并列运行方式,35kV系统I、II段和III、IV段为合环运行,6kV、0.4kV系统分列运行,集发电、输电为一体的电力系统。

  (二)存在的缺陷

  烯烃项目就现阶段的运行方式存在以下2个问题:
  第一、预计烯烃项目正常运行时,用电总负荷可达150MW,单回线将无法正常满足负荷所需的电能,故只能双回线并列运行,并且至少保证一台发电机正常运行,这样才能保证供电系统的充裕度达到要求。
  第二、此系统在最大运行方式下,6kV侧短路电流过大,当发生短路故障时,由于电流互感器容易发生深度饱和而导致本级继电保护拒动而影响系统的稳定运行,无法保证烯烃项目供电系统的安全性,从而导致系统的可靠性降低。

  三、烯烃项目电力系统的充裕性分析

  (一)充裕性

  1、概念

  充裕性是指发、输、变电设备额定容量和电压波动允许限度内,考虑元件的计划和非计划停车及运行约束条件下连续提供电力和电能的能力。其反应在研究时间段内发输电系统在静态条件下系统容量满足负荷电力和电能量需求的程度。

  2、分析原理

  发输电系统的充裕度研究的目的是从元件的可靠性数据来计算系统的可靠性指标。首先选定可靠性准则,再将系统状态划分为完好和故障两大状态类型,这种检验方法称为事故模式和影响分析,其包括定义选用事件、确定研究事件、计算潮流、确定系统故障事件、计算事件概率、计算可靠性指标等步骤。一般考虑两类故障事件:1、输电线故障与发电设备故障重叠;2、输电线路同时故障停运。事故影响分析方法与系统规模有关,主要采用解析法和蒙特卡洛法,两种方法各有特点,有机的结合两种方法,可以提高计算的精度、减小计算的工作量。

  3、表示充裕度的可靠性指标

  充裕度指标一般用年值标识,分为负荷点指标和系统指标两类:
  第一类:负荷点指标是对系统的每一个负荷点而言,表明事故的局部影响,并可作为分析下一级系统充裕度的依据。分为基本值、最大值、平均值三种,分别反映系统故障时供电点基本可靠性特征量、故障严重程度和充裕度平均水平。
  第二类:系统充裕度指标反映系统的严重程度和充裕度平均水平,反映系统事故对整个发输电系统的影响,表明事故的全局影响。包括系统停电指标、系统削减电量指标、严重性指标、每次扰动造成的平均削减负荷量、每个负荷点平均值、事故时的削减负荷与供电量的最大值共六个指标。

  (二)烯烃项目提高充裕度的方法

  1、转移部分装置负荷至烯烃二套

  为便于各装置电气系统独立运行、检修管理,可将部分装置的电源移至烯烃二套,当出现至少有一台发电机组运行及110kV徐烃线单回运行(单回线路带负荷能力为130MW)运行情况下,任然能满足其他装置区正常运行的电量需求,提高整个供电系统的充裕度。

  2、保证发电机组稳定运行

  烯烃项目动力站采用“以气定电”的供电模式,很多时候无法保证四台发电机同时运行,能保证发电机组的稳定运行,将外线路的供电依靠程度降为最低,可以很大程度上提高烯烃项目供电的充裕度。

  四、烯烃项目电力系统的安全性分析

  (一)安全性

  1、概念

  安全性评估总是与电力系统的稳定计算是密不可分的,何为电力系统稳定:
  ①静态稳定是指电力系统受到小的干扰后,不发生非周期失步,自动回复到起始运行状态的能力;②暂态稳定是指电力系统受到大的干扰后,各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行方式的能力。通常指第一或第二震荡周期不失步;③动态稳定是指电力系统受到大的干扰后,不发生振幅不断增大的震荡而失步。以上所述的电力系统稳定均以电力系统中任一发电机是否失步为依据,在电力系统可靠性的安全性估计中所指经受突然扰动的能力,主要指元件(线路、母线、发电机)发生突然相间短路,电力系统是否能保持暂态稳定。

  2、烯烃项目电力系统突发短路时的故障电流

  最大运行方式下运行时(110kV线路双回并列运行,35kV系统I、II段和III、IV段为合环运行,四台发电机正常运行),则35kV母线发生短路时的短路电流I/II母线14.29kA、II段母线23.76kA(发电机与总变35kV母线连接)。
  最小运行方式下运行时(110kV线路最小方式运行,35kV系统I、II段和III、IV段为分列运行,四台发电机正常运行)则35kV母线发生短路时的短路电流I/II段7.35kA、III/IV段12.03kA(发电机与总变35kV母线连接)。
  从以上数据可以看出,当运行方式适当调整时,将大大改善系统在发生故障时所受到故障电流的冲击,从而大大提高供电系统安全性。

  (二)安全性提高方案

  1、提高110kV线路的安全性

  烯烃项目供电电源引自徐家庄330kV变电站,设计为LGJ-400m2同塔双回架设110kV线路供电,同时徐家庄去烯烃项目的两条馈线位于同一段110kV母线上,这样供电方式存在着很大的不安全因素。故将电源多重化将很大程度上提高供电的安全性。在即将筹建的甲醇制烯烃(烯烃二套)项目中,其将使用来自蒋家南变电站的两回110kV供电线路,可将现烯烃项目的徐烃甲乙线中的一条引致烯烃二套,将烯烃二套的一条来自蒋家南变电站的110kV线路供至烯烃项目,电源将多重化,很大程度上提高供电的安全性。

  2、改变电力系统运行方式

  随着烯烃项目生产逐渐稳定,适时将35kV线路分列运行,这样就会很大程度上提高整个烯烃项目的短路阻抗,从而在发生突发短路时的短路电流将大大降低。通过表4.2与4.3对比,就可以很明显的看出,系统方式的改变,短路电流明显降低。最大程度上保证供电的可靠性。

  3、提高部分变压器容量

  烯烃项目部分装置区初期设计负荷较小,在后期新增设备后,变压器虽然能满足负荷要求,但是长期处于近90%负荷的运行状态下,运行温度明显提升,为稳定运行埋下隐患,故可适当提高部分变压器容量,减小运行风险,提高了此类设备供电的可靠性。

  五、结束语

  对于化工企业,电力系统的稳定、可靠运行是尤为重要的,本文探讨了保证烯烃项目电力系统的稳定、可靠运行的方法,提高项目供电的可靠性,为保证项目工艺稳定生产打下基础。

  参考文献
  [1]汤汉雄.中压配电网供电可靠性的分析及故障解决措施.广东科技,2010
  [2]郭永基.电力系统可靠性分析.清华大学出版社,2003
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