單機(jī)運(yùn)行對(duì)崇明電網(wǎng)安全運(yùn)行的分析

范 兵,周捷錦

(上海市崇明電力公司,上海 202150)

0 引言

崇明電廠原有小容量火力發(fā)電機(jī)組3臺(tái),總出力為165 MW。根據(jù)政府“節(jié)能減排、上大壓小”的要求,該小火力發(fā)電機(jī)組被納入2010年度計(jì)劃關(guān)停的范圍,視崇明島的具體地理情況,2010年底前先關(guān)停14號(hào)和15號(hào)機(jī)組,暫保留16號(hào)機(jī)組運(yùn)行(出力為50 MW)。由于崇明電廠關(guān)停機(jī)組的時(shí)間緊迫,崇明電網(wǎng)相關(guān)配套工程實(shí)施滯后,對(duì)于崇明電網(wǎng)運(yùn)行來說,是一次嚴(yán)峻的考驗(yàn)。為此,有必要從負(fù)荷供需平衡、電網(wǎng)結(jié)線與運(yùn)行方式、繼電保護(hù)自動(dòng)化,以及負(fù)荷平衡、電能質(zhì)量、運(yùn)行操作等多方面進(jìn)行深入研究,分析崇明電廠16號(hào)機(jī)組運(yùn)行對(duì)崇明電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響。

1 崇明電網(wǎng)負(fù)荷供需平衡分析

1.1 電源點(diǎn)分析

1)發(fā)電機(jī)組 崇明電廠16號(hào)機(jī)組可調(diào)出力為50 MW,根據(jù)設(shè)備的周期性檢修要求,該機(jī)組每年需進(jìn)行2次小修,且其附屬設(shè)備臨修工作較多,預(yù)計(jì)該機(jī)組年停電時(shí)間將大于20天。另外,該機(jī)組運(yùn)行條件較差,停復(fù)役次數(shù)估計(jì)會(huì)多一些,考慮電網(wǎng)中主要設(shè)備“N-1”準(zhǔn)則,故該機(jī)組在日常負(fù)荷平衡方面的作用將不計(jì)及。

2)外來電源 崇明島有3個(gè)外來電源點(diǎn):一是上海電網(wǎng),經(jīng)220 kV洲長4285/4286電纜線送入長興變電站;二是江蘇海門電網(wǎng),經(jīng)220 kV海中4633/4634架空線送入中雙港變電站;三是江蘇南通電網(wǎng),經(jīng)110 kV崇海713線送入新海變電站。因轉(zhuǎn)供電電費(fèi)結(jié)算費(fèi)用較高等問題,崇海713線在正常方式下送入2 MW的負(fù)荷,故在負(fù)荷平衡方面也不作考慮。

3)新能源電源點(diǎn) 目前,崇明島的風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電,包括規(guī)劃中的桿秸發(fā)電項(xiàng)目,由于發(fā)電容量較小、受氣候條件等諸多因素的限制,有可能會(huì)影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行,故其在負(fù)荷平衡方面也不作考慮。

1.2 負(fù)荷需求量分析

1)2011—2012年崇明島最高負(fù)荷預(yù)測(cè) 根據(jù)2010年夏季用電最高負(fù)荷出現(xiàn)326 MW走勢(shì),結(jié)合近年來的用電負(fù)荷增長率,以及崇明在上海社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的發(fā)展地位來分析,預(yù)計(jì)2011年崇明島最高負(fù)荷在370 MW左右,2012年崇明島最高負(fù)荷將突破400MW。

2)2011—2012年崇明三島最高負(fù)荷預(yù)測(cè)由于長興島域用電負(fù)荷以工業(yè)負(fù)荷為主,伴隨振華港機(jī)和造船集團(tuán)的入駐,負(fù)荷已呈現(xiàn)小幅度增長,而橫沙島以農(nóng)業(yè)為主,負(fù)荷增長不大。崇明三島(崇明、長興島、橫沙島)2011年度最高負(fù)荷預(yù)計(jì)為570 MW,2012年度最高負(fù)荷預(yù)計(jì)為640 MW。

1.3 負(fù)荷供需平衡分析

綜合上述用電負(fù)荷供需分析,在電網(wǎng)全結(jié)線方式下,崇明三島電網(wǎng)可用電源容量為680 MW (其中,上海電源可供 400 MW,江蘇電源可供280 MW)。從2011年負(fù)荷供需總量來預(yù)測(cè),尚有部分盈余,而2012年負(fù)荷供需總量會(huì)處于弱平衡狀態(tài)。由于江蘇電源220 kV與上海電源220 kV在正常方式下不能采用并列方式運(yùn)行,而220 kV堡北變電站預(yù)計(jì)又要到2012年年底方能投產(chǎn),崇明電網(wǎng)結(jié)構(gòu)限制了負(fù)荷的自由分配,故在2011年開始,會(huì)呈現(xiàn)因負(fù)荷分配不平衡而造成局部缺電局面,主要是由崇明電廠16號(hào)單機(jī)運(yùn)行后,可調(diào)出力占崇明電網(wǎng)總?cè)萘看蠓认陆狄稹?/p>

2 崇明電網(wǎng)運(yùn)行方式分析

2.1 單機(jī)運(yùn)行時(shí)崇明電網(wǎng)的運(yùn)行方式

1)中雙港站 220 kV雙母線由原并母運(yùn)行方式改為分列運(yùn)行方式;110 kV母線由并母運(yùn)行方式改為分列運(yùn)行方式;2臺(tái)主變中的1臺(tái)實(shí)現(xiàn)江蘇海門電源與崇明電廠16號(hào)單機(jī)的并網(wǎng),另1臺(tái)主變則供110 kV和35 kV終端負(fù)荷。

2)崇明電廠 110 kV雙母線由原并母運(yùn)行方式改分列運(yùn)行方式,其中1條母線與單機(jī)并網(wǎng),另一母線由中雙港變電站饋送本側(cè)終端;堡城1101/堡雙1102的其中一回線聯(lián)網(wǎng)、一回線饋供電廠110 kV正母或副母終端;堡城1101,堡長1109,堡汲1105和13號(hào)主變投110 kV正母(13號(hào)主變作備用);堡雙1102,堡豎1108和14號(hào)主變投110 kV副母。

2.2 單機(jī)運(yùn)行后帶來的問題分析

1)中雙港站主變超載 鑒于對(duì)用戶持續(xù)供電、優(yōu)質(zhì)服務(wù)以及崇明社會(huì)、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的良好環(huán)境要求,不宜長期采取限負(fù)荷措施,則在2011年度,扣除崇明東部 220 kV陳家鎮(zhèn)所帶負(fù)荷50 MW,中雙港站主變將會(huì)承擔(dān)最高320 MW的負(fù)荷,若以功率因數(shù)0.95計(jì)算,中雙港站主變勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重超載40%的問題。

2)操作風(fēng)險(xiǎn)增大 由于崇明電網(wǎng)結(jié)線全部為分列運(yùn)行(江蘇海門站-中雙港站-陳家鎮(zhèn)站/電廠,整個(gè)聯(lián)網(wǎng)途徑為分列運(yùn)行),造成各級(jí)變電站的并列和解列操作十分不便,對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行管理工作造成制約,降低了各級(jí)電網(wǎng)的供電可靠性,存在一定程度的操作風(fēng)險(xiǎn)。

3)遠(yuǎn)端出現(xiàn)低電壓 由于遠(yuǎn)距離供電,各級(jí)電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)存在一定的困難,會(huì)使遠(yuǎn)端站的末端電壓出現(xiàn)低電壓,主要集中在35 kV港沿站、堡鎮(zhèn)站、新河站等原先由崇明電廠供電的區(qū)域,35 kV電壓等級(jí)將會(huì)達(dá)到33 kV,遠(yuǎn)低于-3%的下限標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí),低電壓可能會(huì)對(duì)一些電力設(shè)備造成損壞,給電力公司帶來賠償?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)。

2.3 現(xiàn)有電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下的運(yùn)行方式分析

2.3.1 運(yùn)行方式調(diào)整

1)轉(zhuǎn)移220 kV負(fù)荷 將110 kV汲浜站全部改由220 kV陳家鎮(zhèn)站供電,陳家鎮(zhèn)站全部由上海電源供電,堡汲1105作充電運(yùn)行,則上海電源可向崇明島供入負(fù)荷70 MW。

2)轉(zhuǎn)移110 kV負(fù)荷 將110 kV新海站1號(hào)主變、35 kV廟鎮(zhèn)站、東風(fēng)站、三星站負(fù)荷改由江蘇南通經(jīng)崇海713供電,則江蘇南通電源供入負(fù)荷約35 MW。

2.3.2 負(fù)荷轉(zhuǎn)移后的利弊

通過上述220 kV和110 kV負(fù)荷轉(zhuǎn)移后,增加滿足了部分社會(huì)用電需求,但尚未解決全部問題。在該方式下,江蘇海門站220 kV口子轉(zhuǎn)供可控制在280MW以下,而在崇明電網(wǎng)最高負(fù)荷為370 MW條件下,中雙港站主變?nèi)詾槌d運(yùn)行,超載率由原來的40%下降為20%,但仍無法滿足設(shè)備的正常運(yùn)行需要。

3 繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置運(yùn)行分析

3.1 不宜采用并列運(yùn)行方式

中雙港站海中4633/4634,采用的是高頻方向和高頻距離保護(hù),其中高頻距離保護(hù)裝置所要求的最小精工電流為0.1In,而保護(hù)用電流互感器的變比為600∶5(二次額定電流為5 A),即一次故障電流考慮靈敏度(要求線路末端故障4倍靈敏度)后滿足大于60 A。

單機(jī)時(shí),若崇明電廠至江蘇海門站的聯(lián)網(wǎng)途徑均分列運(yùn)行,即110 kV的1101或1102單線、中雙港站單臺(tái)主變、220 kV 4633或4634單線聯(lián)網(wǎng),則線末故障最小電流為315 A,考慮4倍靈敏度后為79 A,大于要求的60 A,可以滿足該距離保護(hù)精工電流的要求。若該聯(lián)網(wǎng)途徑為并列運(yùn)行,即1101和1102雙線、中雙港站雙臺(tái)主變、4633和4634雙線聯(lián)網(wǎng),則線末故障最小電流為192 A,考慮4倍靈敏度后為48 A,小于要求的60 A,無法滿足該距離保護(hù)精工電流的要求。為此,不宜采用并列運(yùn)行方式,只能采取分列運(yùn)行方式。

3.2 下級(jí)保護(hù)與上級(jí)電源保護(hù)配合困難

在崇明電廠單機(jī)運(yùn)行下,中雙港站220 kV和110 kV母線全部分列運(yùn)行,由于上級(jí)保護(hù)江蘇南通電源側(cè)保護(hù)定值,在崇明終端方式下電源側(cè)采用速切(即保護(hù)范圍長且時(shí)限小),崇明電網(wǎng)下級(jí)保護(hù)與電源保護(hù)很難配合,增加了越動(dòng)的可能。

3.3 安全自動(dòng)裝置不適應(yīng)單機(jī)運(yùn)行

崇明電廠單機(jī)運(yùn)行時(shí),電廠端為潮流大量受進(jìn)側(cè),電廠端與電網(wǎng)間未安裝低頻/電壓解列裝置,若發(fā)生中雙港站側(cè)設(shè)備故障,即使電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)能夠可靠動(dòng)作,但也無法確保電廠機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。另外,解列后的崇明電廠小系統(tǒng)內(nèi),低周減載裝置處在滑差變化超整定值,低周減載裝置會(huì)閉鎖,增加了崇明電廠單機(jī)因頻率/電壓下跌造成瓦解的可能性。

4 存在的主要問題

崇明電廠16號(hào)機(jī)組單機(jī)運(yùn)行后,崇明電網(wǎng)可能會(huì)發(fā)生一些問題。

1)中雙港站主變超載且無法滿足N-1要求目前,崇明電廠出力基本能維持電廠區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷供應(yīng),但在單機(jī)運(yùn)行或一旦全廠機(jī)組停運(yùn)時(shí),電廠區(qū)域內(nèi)的110 kV和35 kV主要負(fù)荷(100～150 MW)勢(shì)必只能通過220 kV中雙港站唯一轉(zhuǎn)供,從而造成中雙港站主變嚴(yán)重超載。此外,崇明島的生態(tài)島建設(shè),新增負(fù)荷向中雙港站所供區(qū)域的城橋鎮(zhèn)地區(qū)集中,更增加了該主變的負(fù)擔(dān)。

2)兩個(gè)片區(qū)的運(yùn)行及操作風(fēng)險(xiǎn)增大 崇明電廠單機(jī)運(yùn)行后大量負(fù)荷需從上海電源和江蘇電源輸入,由于這兩個(gè)電源無法并列,崇明電網(wǎng)不得不形成220 kV中雙港站供電區(qū)域和220 kV陳家鎮(zhèn)站供電區(qū)域2個(gè)片區(qū),這樣不僅降低了各級(jí)電網(wǎng)供電的可靠性,同時(shí)也增加了系統(tǒng)并列和解列操作的風(fēng)險(xiǎn)。

3)低電壓?jiǎn)栴} 如前所述,崇明電廠區(qū)域終端站及其他區(qū)域內(nèi)的遠(yuǎn)端站將會(huì)出現(xiàn)低電壓?jiǎn)栴}。

4)轉(zhuǎn)供電費(fèi)用增大 如果把崇明島西部負(fù)荷轉(zhuǎn)移至110 kV崇海713線,就會(huì)給崇明電力公司帶來較大的轉(zhuǎn)供電費(fèi)用。

5)220 kV堡北站工程滯后 規(guī)劃中的220 kV堡北站在一定程度上可以減輕電網(wǎng)負(fù)荷轉(zhuǎn)移壓力,減輕220 kV中雙港站的超載問題,但工程尚未動(dòng)工,負(fù)荷無法實(shí)現(xiàn)有效轉(zhuǎn)移。

5 解決問題的主要措施

1)在中雙港站增加1臺(tái)主變 中雙港站所供的崇明南門地區(qū)用電為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展地區(qū),因此不宜對(duì)南門城區(qū)實(shí)施減負(fù)荷措施。建議在中雙港站增加1臺(tái)主變,這樣,崇明電廠側(cè)負(fù)荷可改由中雙港站新增的主變供電,而這臺(tái)主變正好可以緩解該地區(qū)的用電需求。

2)在陳家鎮(zhèn)站至汲浜站間增加第二回110 kV線路 220 kV堡北站尚未施工,鑒于崇明電廠單機(jī)運(yùn)行方式的迫切性,現(xiàn)有的110 kV家汲1131線線路走廊為同桿雙回路設(shè)計(jì),可在短時(shí)間內(nèi)再增加1條110 kV線路,該線可從陳家鎮(zhèn)站架至汲浜站,并與開斷的1105線連接。該工程實(shí)施后,可將汲浜站負(fù)荷整體轉(zhuǎn)移至陳家鎮(zhèn)站(上海電源)供電,并可實(shí)現(xiàn)崇明電廠部分負(fù)荷通過該條新增線路由陳家鎮(zhèn)站供電,從而進(jìn)一步將降低中雙港主變負(fù)載率,基本可控制在額定值以下。

3)增設(shè)無功補(bǔ)償裝置 對(duì)于可能產(chǎn)生電壓降低的問題,可以考慮增加無功補(bǔ)償裝置進(jìn)一步完善無功就地平衡。以110 kV豎河站為例,考慮到該站為末端供電,可以在豎河站35 kV側(cè)增設(shè)電容器。另外,還可以選擇合適的地點(diǎn)安裝SVG等動(dòng)態(tài)無功調(diào)節(jié)裝置。

4)改造16號(hào)機(jī)組的點(diǎn)火系統(tǒng) 崇明電廠16號(hào)機(jī)組單機(jī)運(yùn)行時(shí),勢(shì)必要面對(duì)經(jīng)常性的投停操作,因其原有點(diǎn)火裝置為重油點(diǎn)火,點(diǎn)火時(shí)必須提供加熱的蒸汽,而在機(jī)組全停下蒸汽無法提供,故需改進(jìn)16號(hào)機(jī)組的點(diǎn)火系統(tǒng),將點(diǎn)火方式改為輕油點(diǎn)火方式,以盡可能的方式提供50 MW出力,同時(shí)也可提供部分動(dòng)態(tài)無功電源。

5)加快建設(shè)220 kV堡北站 加快220 kV堡北站的建設(shè)進(jìn)度,力爭(zhēng)于2012年底前按時(shí)投運(yùn),以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的有效平衡轉(zhuǎn)移,進(jìn)一步改善崇明電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。