水泥廠余熱電站接入系統(tǒng)設(shè)計要點

魏振洋，王忠濤

水泥廠余熱電站接入系統(tǒng)設(shè)計要點

Key Points of Cement Cogeneration Station Access System Design

魏振洋1，王忠濤2

1 引言

水泥回轉(zhuǎn)窯純低溫余熱發(fā)電的原理是，利用新型干法水泥窯頭、窯尾溫度在320℃左右的廢氣，不用補充燃煤，直接進行余熱發(fā)電，這樣做不僅節(jié)約能源，大大減少水泥生產(chǎn)帶來的溫室氣體和粉塵排放，而且可以顯著降低水泥生產(chǎn)中的電耗，緩解當(dāng)前電力短缺的矛盾。由于水泥低溫余熱發(fā)電會在一定程度上沖擊到電力部門利益，因此需要相關(guān)主管部門協(xié)調(diào)解決余熱電站接入系統(tǒng)及并網(wǎng)的問題。

2 接入系統(tǒng)設(shè)計時所需參數(shù)和資料

（1）設(shè)計要求業(yè)主提供水泥廠余熱電站并網(wǎng)點的電網(wǎng)系統(tǒng)短路參數(shù)（短路容量、短路電流或短路電抗）。

短路參數(shù)包括設(shè)計水平年（近期5年）和遠景水平年（遠期10年）的最大及最小運行方式下的短路參數(shù)。

設(shè)計將根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)及發(fā)電機提供的短路參數(shù)進行向量疊加，計算整個系統(tǒng)的短路電流，用以選擇及校驗電氣開關(guān)設(shè)備容量，即電氣開關(guān)設(shè)備的額定開斷電流值，如20kA、25kA、31.5kA、40kA或50kA等。同時進行電站系統(tǒng)繼電保護整定計算等。

如業(yè)主只能提供總降壓變電站110kV或35kV側(cè)短路參數(shù)，那么業(yè)主必須提供水泥廠內(nèi)總降主變壓器的詳細電氣數(shù)據(jù)，以便進行短路電流計算。

主變壓器的詳細電氣數(shù)據(jù)包括主變壓器型號、容量、臺數(shù)、主接線方式、變比、短路電抗值、調(diào)壓及冷卻方式、絕緣及溫升等級等數(shù)據(jù)。

（2）建設(shè)余熱電站前需準備《接入系統(tǒng)報告》，在得到電網(wǎng)公司的審批后，才能最終確定電廠接入系統(tǒng)的電壓等級?！督尤胂到y(tǒng)報告》的主要內(nèi)容為：

a總則

b系統(tǒng)一次資料

主要包括電力系統(tǒng)現(xiàn)狀、電力負荷分析、工程項目概述、接入系統(tǒng)方案、電氣計算（潮流計算、暫態(tài)穩(wěn)定計算、短路電流計算）、系統(tǒng)一次小結(jié)等（電站裝機規(guī)模與接入方案、電氣主接線、短路電流計算結(jié)果、穩(wěn)定計算情況等）。

c系統(tǒng)繼電保護

主要包括一次接入方案及保護現(xiàn)狀、保護配置、安全自動裝置、繼電保護投資估算等。

d系統(tǒng)調(diào)度自動化

主要包括調(diào)度關(guān)系與現(xiàn)狀、遠動信息、遠動系統(tǒng)方案、遠動系統(tǒng)技術(shù)性能要求、遠動信息傳輸、遠動通道組織、電能量計費系統(tǒng)（計量關(guān)口點的設(shè)置、關(guān)口電能表、遠方電能量數(shù)據(jù)終端）、主要設(shè)備投資估算等。

e系統(tǒng)通信

主要包括系統(tǒng)通信現(xiàn)狀、調(diào)度關(guān)系、信息種類要求（調(diào)度電話對通道的要求、調(diào)度自動化信息對通道的要求）、接入系統(tǒng)方案、投資估算等。

f總投資估算

g設(shè)計結(jié)論及有關(guān)建議

h基建項目的進度安排和主要指標

i主要設(shè)計附圖

現(xiàn)有系統(tǒng)地理接線圖及設(shè)計水平年、遠景水平年及過渡年份推薦方案地理接線圖，現(xiàn)有系統(tǒng)原則接線圖；

有關(guān)年份系統(tǒng)負荷分布示意圖，全系統(tǒng)歷史負荷分布示意圖；

目前、設(shè)計水平年及遠景水平年的負荷特性曲線圖；

電源及網(wǎng)絡(luò)方案比較的有關(guān)部分原則接線圖、概略潮流圖等；

設(shè)計水平年和遠景水平年的電源分布圖；

本地區(qū)火電廠廠址分布及其水力資源和開發(fā)規(guī)劃示意圖；

推薦方案的運行方式潮流圖；

穩(wěn)定計算必要的搖擺曲線和電壓曲線圖。

設(shè)計單位應(yīng)該根據(jù)建設(shè)項目所在地電力部門編制的《接入系統(tǒng)報告》中確定的接入系統(tǒng)主接線設(shè)計方案進行電站系統(tǒng)的配置，以滿足當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)的并網(wǎng)要求，并且采集相應(yīng)的遙信量、遙測量信息，將相關(guān)的遠動信息上傳地調(diào)，或通過RTU傳送，或通過電站SCADA系統(tǒng)傳送。

3 接入系統(tǒng)設(shè)計主要內(nèi)容

（1）描述余熱發(fā)電機組所在的電力系統(tǒng)，確定接入系統(tǒng)方案；電氣計算：潮流計算、暫態(tài)穩(wěn)定計算、短路電流計算；根據(jù)計算，作出結(jié)論，并且根據(jù)結(jié)論對廠內(nèi)電氣主接線及電氣參數(shù)提出要求：

a電氣主接線的原則方案；

b無功功率補償設(shè)備配套方案，如裝設(shè)高、低壓并聯(lián)電抗器的要求；

c發(fā)電機的額定功率因數(shù)、調(diào)相及進相運行的容量；

d發(fā)電機的勵磁方式、暫態(tài)電抗及慣性常數(shù)等；

e主變壓器的調(diào)壓方式、分接頭范圍及中性點接地方式；

f斷路器的開斷容量、額定電流、分閘時間等。

（2）系統(tǒng)繼電保護。

接入系統(tǒng)設(shè)計，對系統(tǒng)繼電保護現(xiàn)狀（系統(tǒng)保護及工廠總降保護、發(fā)電機組保護）進行確認，做出必要的整定計算，檢驗繼電保護配置方案的可行性與合理性。接入系統(tǒng)安全對機組接入后對系統(tǒng)的影響進行核算和評估，并提出機組接入后需設(shè)置的保護裝置，防止系統(tǒng)在緊急狀態(tài)下發(fā)生失步、過負荷、頻率或電壓異常而引起的系統(tǒng)事故。

（3）對調(diào)度自動化提出建議，明確余熱電站與所在系統(tǒng)的調(diào)度關(guān)系，確定遠動信息內(nèi)容及傳送方式，并對增加的調(diào)度自動化設(shè)備的投資進行估算。

（4）確定工廠的總降與系統(tǒng)的通信方式與設(shè)備。

必須注意的是余熱電站屬于綜合利用電廠，其所發(fā)出的電量全部為自發(fā)自用電量，不向電網(wǎng)倒送電。為了達到這一要求，總降一段母線的最低負荷不得小于發(fā)電機向母線輸送的負荷，以保證發(fā)電機不向電網(wǎng)倒送電。因此某些情況下總降的運行方式必須進行改變，甚至兩段母線要并列運行，以滿足不向電網(wǎng)倒送電的要求，這就要求總降的中壓開關(guān)柜在短路時最大開斷電流和開斷容量必須能夠滿足變壓器并列運行。若接入配電站需考慮防止電量返送措施。

4 結(jié)語

目前水泥廠余熱發(fā)電接入系統(tǒng)還存在著許多問題。由于各地執(zhí)行余熱發(fā)電政策不一致，余熱發(fā)電并網(wǎng)運行的管理制度、收費、技術(shù)標準不明確，導(dǎo)致并網(wǎng)問題始終未能妥善解決。并網(wǎng)發(fā)電辦理手續(xù)繁瑣，審批時間長，尤其一些電力輸出省市的余熱發(fā)電并網(wǎng)需繳納上網(wǎng)費、上網(wǎng)備用金等費用，導(dǎo)致企業(yè)余熱發(fā)電項目建成后長時間不能投產(chǎn)發(fā)電，造成不必要的浪費。

為解決上述問題，提出以下幾點建議：

（1）明確水泥余熱發(fā)電企業(yè)和電網(wǎng)企業(yè)的權(quán)利和義務(wù)關(guān)系，制定余熱發(fā)電上網(wǎng)的價格標準和電價補貼辦法。

（2）根據(jù)已經(jīng)編制好的水泥余熱發(fā)電技術(shù)評價方法與標準，規(guī)范非電力行業(yè)余熱發(fā)電的設(shè)計工作。

（3）余熱發(fā)電系統(tǒng)生產(chǎn)的電力供用戶自用時，不足部分由電網(wǎng)補充，出售給電網(wǎng)時，應(yīng)友好供電，形成分布式發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)密切合作、相互發(fā)展的格局。

水泥余熱發(fā)電同外部常規(guī)配電網(wǎng)并網(wǎng)運行，能夠充分發(fā)揮余熱發(fā)電機組的優(yōu)勢，提高能源系統(tǒng)利用效率，有利于我國節(jié)能減排目標的實現(xiàn)和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

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2013-06-03； 編輯：趙 蓮