生活垃圾綜合處理廠接入電網方案的分析

石方迪，唐勇俊，包海龍，袁智強

（1.上海市電力公司，上海 200122；2.上海電力設計院有限公司，上海 200025）

隨著分布式電源在電力系統中所占比重越來越大，其并網運行對傳統電網提出了新的挑戰和要求，加劇了電網規劃和設計的復雜性和不確定性［1，2］。因此，在研究分布式電源項目接入系統方案時，必須考慮其對電網所帶來的影響，從技術經濟角度進行多方案比選，在保障電網安全運行的前提下，盡可能降低工程造價，達到接入系統方案的技術和經濟最優，從而最大程度實現新能源發電和電網的和諧發展。本文將對擬建的金山區某生活垃圾發電項目的并網方案進行分析，從多種可選方案中選擇最優的方案。

1 工程概況

上海金山區生活垃圾處置定位于發展獨立的綜合處理系統，為滿足區內生活垃圾資源化和無害化處理的需要，擬在金山區建設一座現代化的生活垃圾綜合處理廠。建設該生活垃圾綜合處理廠，對于完善上海市生活垃圾收運和處理體系的合理化配置，具有十分重要的意義，能夠進一步提高上海市及金山區生活垃圾減量化率、資源化利用率及無害化處理率。

該廠選址位于上海金山區金山衛鎮第二工業區，日焚燒處理生活垃圾為800t，年處理能力為26.64萬t，滿足金山區固體廢棄物處置需求。項目采用2臺日處理400t的機械爐排爐，2臺余熱鍋爐（最大連續蒸發量為2×36.8t／h），考慮垃圾焚燒發電廠的特點，工程擬配置1臺額定功率為15MW的汽輪發電機組，所產生的電力接入到廠區母線，扣除廠內自用電外，其余全部上網。

2 接入系統電壓等級的選擇

發電廠接入系統的電壓等級，一般應根據電廠規劃容量、分期投入容量、發電機組容量、發電廠在系統中的地位、周邊地區電網結構以及電網內現有電壓等級配置等因素來確定。

根據《上海電網資源綜合利用發電裝置接入系統技術原則》的規定，總裝機容量在3～10MW之間的資源綜合利用發電裝置應以10kV或者35kV電壓等級接入當地電網；總裝機容量大于10MW的資源綜合利用發電裝置，應以35kV或者110kV電壓等級接入當地電網。該項目計劃建設1臺裝機容量為15MW的汽輪發電機組，可向電網輸送電力約為11.4MW。根據其裝機容量和周邊電網情況，以35kV或110kV電壓等級接入系統較為適宜，考慮到電網接入條件的限制，還對10kV電壓等級接入系統的可行性進行了分析。

3 接入系統方案的擬定

目前，金山電網中距離本工程場址較近的變電站中，僅有220kV金陽站可提供35kV電壓等級接入點，距離本工程場址約10km。35kV衛通站現為內橋接線，由于站內設備陳舊，存在改造需求，若衛通站改造成1進3出帶開關站性質的35kV變電站，則可提供相應的35kV接入點。區域附近可提供110kV電壓等級接入點的有110kV金鷗站土建預留的環出間隔和220kV金陽站110kV側存在的備用間隔，其中金鷗站離本工程的場址僅1km。同時，金鷗站10kV側還存在部分備用間隔，可供10kV接入。

因此，擬選擇220kV金陽站以及具有改造可能的35kV衛通站作為本工程的35kV電壓等級接入點；擬選擇110kV金鷗站作為本工程的110kV或10kV電壓等級接入點。

根據本工程建設情況和周邊電網現狀，提出以下4種接入系統方案：

方案一：以35kV電壓等級接入系統，生活垃圾綜合處理廠建設一座35kV升壓站，升壓站通過一回35kV線路接入220kV金陽站。

方案二：以110kV電壓等級接入系統，生活垃圾綜合處理廠建設一座110kV升壓站，升壓站通過一回110kV線路接入110kV金鷗站環出間隔。

方案三：以10kV電壓等級接入系統，生活垃圾綜合處理廠建設一臺10kV隔離變壓器，隔離變壓器系統側通過一回10kV線路并網，接入110kV金鷗站10kV側母線。

方案四：以35kV電壓等級接入系統，生活垃圾綜合處理廠建設一座35kV升壓站，升壓站通過一回35kV線路接入35kV衛通站。

4 方案分析與電氣計算

4.1 系統安全穩定分析

根據《上海電網資源綜合利用發電裝置接入系統技術原則》的規定，為保證電網運行的安全可靠，接入地區內公用電網的發電裝置的總裝接容量應控制在公用電網上級變電站單臺主變額定容量的30%以內。

方案一和方案二中本項目分別接入金陽站35kV側與金鷗站110kV側，上級變電站均為220kV金陽變電站，滿足上述原則要求。方案三本項目接入110kV金鷗站10kV側，110kV金鷗站主變容量為2×40MVA，本項目裝機容量已達到金鷗站單臺主變容量的38%，無法滿足上述原則要求。因此，為保證電網安全穩定運行，需要限制接入金鷗站的負荷。

為了確保本項目在不發電以及金鷗站主變N－1時持續可靠地供電，金鷗站10kV側對應可接入的負荷需低于39～51MW。由此估算，當本項目正常發電輸送電力時，金鷗站2臺主變最大負載率為30.6%～45.9%。

方案四為本項目接入35kV衛通站，若接入220kV金陽站所供一側母線，上級變電站為金陽站，滿足上述原則要求；若接入110kV張堰站所供一側母線，張堰站主變容量為2×63MVA，本項目裝機容量已達到其單臺主變容量的24%，已接近30%的限值，因此從電網運行安全角度考慮，建議采納方案四，本項目接入35kV衛通站由220kV金陽站供電的35kV母線側。

4.2 工程實施分析

本項目距離金鷗站較近，因此對于方案二和方案三，線路建設長度較短。相比之下，方案一中本項目距離金陽站較遠，且線路需穿越金山新城區，區內無現存的架空走廊和排管通道可利用，重新選線工作存在一定難度。因此，方案一線路建設實施難度相對較大。

方案四本項目距離衛通站的直線距離約6km，相對方案一距離較近，線路在第二工業區外可架空架設，進入第二工業區范圍內架設方式及通道路徑需與工業區協商，亦存在選線問題。

方案二需將金鷗站1組110kV全封閉組合電器（GIS）單元改造成一進三出（含變壓器）接線，本期電氣先上3個間隔（含變壓器）。

方案四需對衛通站進行改造。35kV衛通站為混合結構，根據35kV配電裝置改造要求，無論是采用開關柜形式還是GIS形式，均需拆除原35kV配電裝置室內隔墻，均涉及多榀承重磚墻的拆除，從而導致原受力結構破壞，原有墻和梁等結構均不能繼續滿足承重要求，因而需要進行抗震鑒定，工程實施存在一定的不確定性。同時，原35kV配電裝置室內樓板為預制板，更換設備后，不能滿足新設備的承載要求，因而需對樓板進行加固。在加固施工時，將對下方10kV開關室內設備正常運行產生影響。

4.3 短路電流分析

對接入系統的4種方案進行三相短路電流計算，用以對系統短路電流水平進行校核，并且可供發電項目升壓站設備選擇時參考。

表1 4種方案的短路電流比較kA

從表1短路電流計算結果可見，方案三通過10kV接入系統，發電機組注入系統短路電流較大。金陽站110kV側短路電流如果達到25kA，系統側注入金鷗站10kV母線的短路電流將為12.8kA，加上發電機組注入的5.0kA，系統10kV短路電流將超過16kA的控制標準，該條件下隔離變短路阻抗提高到16%，短路電流可減小到16kA以下。因此，對于方案三，需采取措施來限制發電機組注入系統的短路電流。其余方案短路電流均滿足上海電網短路電流控制要求。

4.4 電壓波動分析

當發電機組發生故障被切除時，會引起系統母線一定的電壓波動［3］。表2為本項目發電機組切除時對系統電壓影響的計算結果。

表2 系統接入點母線電壓波動計算

從表2計算結果可以看出，采用方案一和方案二，發電機組切除引起的系統側母線電壓波動均較小。采用方案三，引起系統側母線電壓波動較大，而且已經超過5%，不能滿足電壓質量的要求。

4.5 設備投資分析

接入系統4種方案的設備投資比較見表3。

表3 接入系統4種方案設備投資比較萬元

5 推薦接入系統方案

從滿足本項目發電機組接入，滿足電網安全穩定運行，提高投資經濟性考慮，推薦采用接入系統方案二，即生活垃圾綜合處理廠以110kV電壓等級接入電網。生活垃圾綜合處理廠擬建一座110kV升壓站，升壓站通過一回110kV線路接入110kV金鷗站環出間隔。

推薦接入系統方案二的理由是滿足系統供電可靠性和安全穩定運行的要求，注入系統短路電流較小；建設難度相對較小，工程實施較易；故障引起系統側母線波動較小；總體投資較小。

6 結語

大量分布式電源并網運行對傳統電網提出了新的挑戰和要求，增加了電網規劃和設計的復雜性和不確定性。通過技術經濟比較，優化分布式電源接入系統方案，可以有效降低分布式電源接入對電網的不利影響，減少電網建設成本。

［1］蔣心澤，董曉文，包海龍.分布式電源接入對配電網的影響［J］.電力與能源，2011，32（1）：83－86.

［2］顧定軍.分布式電源的接入對電網的影響及對策［J］.供用電，2010，27（4）：10－13.

［3］康龍云，郭紅霞，吳 捷，等.分布式電源及其接入電力系統時若干研究課題綜述［J］.電網技術，2010（11）.