摘要：本文通过印度三个铝冶炼厂供电、整流系统在设计方案，组织实施，运行等方面的描述，总结面对印度国内电网的现实，在发电厂、铝冶炼厂电气主接线设计，发电机机组选择等方面要面对孤岛运行的特点。
关键词：供电; 整流系统; 工程总承包; 组织实施; 孤岛运行
Abstract: in this article, through India three aluminum smelter power supply, rectifier system in design, organization and implementation, the description of the operating, etc, this paper summarizes the domestic power grid reality facing India, aluminum smelter in power plant, the main electrical wiring design, selection of generator to face the characteristics of the operation of the island.
Keywords: power supply; Rectifier system; Engineering contracting; Implementation; Island operation
中图分类号：U223 文献标识码：A 文章编号：
我国某设计院从2002年开始向印度出口电解铝工艺技术，在印度承接铝冶炼工程设计和工程总承包工作，本文选择其为印度先后实施的三个项目的供电、整流系统进行总结，得到印度铝冶炼供电、整流系统设计、组织实施及运行的特点。三个项目规模及投运时间如下表：
P1项目供电、整流系统设计方案
1.1项目用电负荷及供电条件
P1项目包括一个电解系列以及配套阳极生产系统和其他辅助设施，用电负荷为：
根据P1项目的负荷性质及负荷计算结果，项目需要连续稳定的电力负荷约为410MW，对电源的电量保证提出了极高的要求。铝电解生产系列属于不间断连续运转的一级电力负荷，因此要求供电电源应具有很高的可靠性。
为满足电解槽系列生产负荷的重要性，对电源提出的要求，P1项目配套建设一座燃煤的自备热电厂。在自备热电厂与冶炼厂之间建设一个公共露天开关站，作为连接电厂、铝冶炼厂的枢纽，电压等级确定为220kV。开关站通过1到2回架空线路与附近国家电网220kV变电站进行联络，取得应急备用电源。
220kV公共露天开关站同时是冶炼厂变电、整流系统的配电装置，因此开关站还具备对整流机组进行投入和切除控制的功能。
自备热电厂的建设规模为4台135MW汽轮发电机，它们通过4台变压器升压至220kV后与公共露天开关站连接。当其中一台汽轮发电机机组检修或因故停运时，其余三台机组完全能满足电解铝厂的用电需要。公共露天开关站向电厂返送2回220kV线路作为电厂自用电电源。
此外，为了给冶炼厂厂区的所有辅助用电负荷提供电力，在公共开关站还将设置2台容量为37.5MVA的220/11kV辅助电力变压器。
1.2220kV变电、整流所主接线
本公共开关站共有16回220kV进出线，采用“双母线接线”主接线方式。变电、整流所共设置19个220kV配电间隔，附图为该站“双母线接线图”，220kV配电装置的布置采用AIS屋外布置方式。
220kV变电、整流所配置五套整流装置，向铝电解系列直流负荷提供系列电压1300VDC,系列电流320kA的直流电源。每套整流装置由5组单台通过容量约为115MVA直流输出功率为111.8MW的调压变压器、整流整流，整流器及其辅助设备以及5套滤波器构成；还配置2台容量为37.5MVA的辅助电力变压器(220kV/11kV)，通过与辅助电力变压器相邻布置的11kV中央配电所向全厂辅助电力用电负荷及整流变电所所用电负荷提供电力。
根据P1项目电解系列直流负荷的用电量、负荷性质，该项目的铝电解整流装置按下表配置：
整流装置运行方式：在正常情况下，整流装置的5台机组同时运行，整流系统向电解槽系列提供等效脉波数为60的直流电力 (对称运行方式)，对于抑制谐波电流和改善整流变电所220kV母线谐波电压畸变极为有利。当其中1台机组因维修或故障退出运行时，其余4台机组能满足电解系列所需的全部直流电力供应 (非对称运行方式)。
1.3 220kV整流所设备布置方式
220kV配电装置、滤波补偿装置(PFC’s)为屋外布置方式(AIS)；调压-整流变压器组、硅二极管整流器及其控制调节设备为半屋外布置，图示为一个整流机组间隔的“整流机组室布置图”及“整流机组室断面图”。调压整流变压器组前方敞开，变压器与整流器间没有隔墙，有利于变压器、整流器及母线散热，有利于调压变压器与整流变压器、整流器间母线配置，有利于整流机组正常运行，是值得国内整流所配置借鉴的，另外，在单元间隔内配置机组的电源、控制与保护系统，形成单机组子站方式，控制结构清晰合理，单元信息通过通讯与整流所SCADA系统连接。
2.P1项目220kV变电、整流所组织实施
P1项目220kV变电、整流所划分为“220kV露天开关站”及“220kV整流系统”两个标段，均实行EPC总承包。承包商根据设计院提供的基本设计文件及设备技术规格书要求进行合同工程的详细设计、设备采购、制造、建设及安装、调试以及开车并交钥匙等流程。
通过印度业主在印度国内招标，最终确定220kV整流变电站的EPC总承包合同授予SIEMENS和ABB两家公司。EPC总承包范围划分如下：
SIEMENS公司负责“220kV露天开关站”标段，其中包含220kV断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器以及220kV整流变电站的主控制楼二次设备和辅助供电系统等设备的制造、运输、安装、调试和开车。另外也包括了所有的混凝土设备基础、钢制母线构架、露天电缆沟、避雷针 (塔) 以及裸露带电设备的防护围栏等电工建筑物和构筑物的制作及施工。
ABB公司负责提供“220kV整流系统”标段，其中包含调压、整流变压器及其冷却器、饱和电抗器、整流器及其冷却器、功率因数补偿装置 (兼谐波滤波器)、控制柜、测量柜以及直流大电流隔离开关等设备的制造、运输、安装、调试和开车。也包括了所有的混凝土设备基础、整流机组间隔防火墙、整流机组间隔顶棚以及裸露带电设备的防护围栏等电工建筑物和构筑物的制作及施工。
3.P1项目220kV变电、整流系统运行
自从P1项目电解系列于2005年1月正式送电投产的一段时间内，由于投入运行的时间不长，发电机组尚未进入稳定运行期，设备故障或操作失误在所难免;电解设备也处于试运行期，工人操作不熟练，经常发生持续时间大约为1小时左右停电事件，中断对电解系列的正常供电，虽然这种短时停电对系列没有造成大的影响，但对系列正常运行和系列其它槽子投入生成产生不良后果。
由于印度国内的现实条件，国家电网结构不强大，无法支撑铝冶炼企业的正常供电需求，所以，P1项目配套建设了4x13.5MW的发电厂。自备电厂作为铝厂的电源，几乎没有其它负荷，而铝电解系列负荷特点是稳定的，如果发生故障，所有负荷全部跳闸断开。当发电厂发生一台机组故障，一台发电机装机容量达铝厂负荷的三分之一，可能引起电解系列跳开，反过来使其它发电机组没有负荷而停机；另一方面，如果由于电解系列故障跳开，电厂由于没有负荷而被憋死。虽然，电厂和铝厂合用一个开关站，可以缩短故障后的恢复时间，却放大了上述事故的概率。
P2项目情况
用电负荷及供电条件
P2项目包括两个电解系列以及配套阳极生产系统和其他辅助设施，用电负荷计算结果：
为满足电解槽系列生产负荷的重要性对电源提出的要求，P2项目配套建设一座燃煤的自备热电厂。自备热电厂的建设规模为9台135MW汽轮发电机，它们通过9台变压器升压至220kV，在自备发电厂自建220kV开关站。每4台发电机满足一个系列的负荷需要，其中一台发电机公共备用，发电厂开关站与国家电网变电站通过两回线路连接。
220kV变电、整流所主接线
P2项目按照每个系列单独配置220kV配电装置，设置各自的开关站，每个开关站共有9回220kV进出线，采用“双母线接线”主接线方式。变电、整流所共设置12个220kV配电间隔。
220kV变电、整流所仍然配置五套整流装置，向铝电解系列直流负荷提供系列电压1380VDC,系列电流320kA的直流电源。每套整流装置由5组单台容量为146MVA的调压变压器、整流变压器，整流器及其辅助设备以及5套滤波器构成
该项目的铝电解整流装置按下表配置：
P2项目和P1项目比较
由于印度国家电网结构不稳定、不强大，企业仍然自建发电厂，设置9台135MW汽轮发电机，它们通过9台变压器升压至220kV，在发电厂自建220kV开关站，和铝厂开关站完全分开，分别向两个系列提供双回220kV电源，减小相互扰乱，保证受电、供电可靠性。铝厂两个系列完全分开，相当于两个用电点，对发电厂运行有好处，而每个铝厂电气接线相对简单，对运行、操作都有好处，是比P1项目供电、整流系统先进的设计思路。电解直流系列比P1增加了电解槽数量，增加了产能，负荷也增加了。
P2项目组织实施和P1项目类似，开关站部分由SIEMENS公司总承包，整流系统由ABB公司完成，不同的是调压、整流变压器组由中国一家工程公司总承包，降低工程成本，同时中国工程公司也开始介入印度铝工程承包和设备供应。
虽然P2项目在设计上将发电厂和铝厂间电气分开，对相互影响减小，但不能根除“孤岛运行”方式下铝冶炼企业如P1项目一样的问题，所以，系列正常生产面临同样挑战。
P3项目情况
用电负荷及供电条件
P3项目包括4个电解系列以及配套阳极生产系统和其他辅助设施，用电负荷计算结果：
为满足电解槽系列生产负荷的要求，P2项目配套建设一座燃煤的自备热电厂，自备热电厂的建设规模为4台600MW汽轮发电机，它们通过4台变压器升压至400kV，在自备发电厂自建400kV开关站。发电厂开关站与国家电网变电站通过两回线路连接，输出两回400kV线路作为铝冶炼厂电源。
400/220kV变电、整流所主接线
P3项目4个系列配置一个变电、开关站，两回400kV进入后，配置双母线接线，设置五回400/220kV降压变压器出线，通过5组3个单相变压器降压到220kV作为电源进线, 220kV采用“双母线分段接线”主接线方式：两回分别作为两个系列的电源，第五回进线作为公共备用，分别以隔离开关和左右双母线连接，4个系列共24回220kV整流机组出线。
每个系列配置6套整流装置，提供系列电压1560VDC,系列电流350kA的直流电源。每套整流装置由6组单台容量为142MVA的调压变压器、整流变压器，整流器及其辅助设备以及6套滤波器构成。
该项目的铝电解整流装置按下表配置：
P3项目和P1、P2项目比较
同样，由于印度国家电网问题，企业只有自建发电厂，设置4台600MW汽轮发电机，在发电厂自建400kV开关站，和铝厂开关站完全分开，向铝冶炼厂提供双回400kV电源。铝厂开关站接线很复杂，配置了400kV/220kV两级双母主接线，400/220kV降压变压器为单相变压器，220kV还配置了一回外联线路，希望在发电厂没有投运时通过外联线路开始投运新建工程。由于采用GP350电解槽，而且单系列产量大幅提高，要求的直流电能大幅提高，整流机组配置了6组，比 P1、P2多一组。
P3项目组织实施，整个供电系统基本由ABB公司总承包，SIEMENS公司完全退出；和P2项目一样，调压、整流变压器组由中国两家工程公司总承包，分别负责两个系列。
本项目已完成工程量的80-90%，其中两台发电机开始发电，冶炼厂一系列电解系列开始投运。对铝冶炼厂负荷来说，本项目由于发电机组容量过大，电气接线很复杂，同时，铝厂220开关站四个系列共用，项目完全投运后，不能根除“孤岛运行”方式下铝冶炼企业一样的问题，而本项目供电的复杂性，还将面临更大的问题，电解系列生产将面临更大挑战。
6.结语
印度国内电力发展还处于初级阶段，国家电网结构不强大，铝冶炼企业要建设工厂必须自己同时建设自备发电厂，铝冶炼厂负荷特点是用量大，负荷稳定，开断操作频繁，特别是工程投运初期。除铝冶炼负荷外，发电厂几乎没有其它负荷，和国家电网连接弱，其运行方式为“孤岛运行”。这种运行方式不可避免出现由于电厂侧或铝厂侧故障而跳开电源，发电机停机，全厂停电的事故频繁发生。
为减小发电厂、铝冶炼厂间的相互影响，避免共用开关站，铝冶炼厂一侧开关站电气主接线应相对简单，有几条生产线（电解系列），要单独设置开关站，形成发电厂多个用电点，另一方面，对于发电厂，发电机组装机容量不要过大，采用多机组配置，一台机组故障停电对铝冶炼厂影响不大，不会造成一系列连锁反应。
参考文献：
【1】尹飞;江培海;王成彦 矿浆电解法浸出大洋多金属结核的研究 [期刊论文] -矿冶2004(04) .
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