生活垃圾綜合處理廠接入電網(wǎng)方案的分析

石方迪，唐勇俊，包海龍，袁智強(qiáng)

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

隨著分布式電源在電力系統(tǒng)中所占比重越來越大，其并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)提出了新的挑戰(zhàn)和要求，加劇了電網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和不確定性［1，2］。因此，在研究分布式電源項(xiàng)目接入系統(tǒng)方案時(shí)，必須考慮其對(duì)電網(wǎng)所帶來的影響，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度進(jìn)行多方案比選，在保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的前提下，盡可能降低工程造價(jià)，達(dá)到接入系統(tǒng)方案的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)最優(yōu)，從而最大程度實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電和電網(wǎng)的和諧發(fā)展。本文將對(duì)擬建的金山區(qū)某生活垃圾發(fā)電項(xiàng)目的并網(wǎng)方案進(jìn)行分析，從多種可選方案中選擇最優(yōu)的方案。

1 工程概況

上海金山區(qū)生活垃圾處置定位于發(fā)展獨(dú)立的綜合處理系統(tǒng)，為滿足區(qū)內(nèi)生活垃圾資源化和無害化處理的需要，擬在金山區(qū)建設(shè)一座現(xiàn)代化的生活垃圾綜合處理廠。建設(shè)該生活垃圾綜合處理廠，對(duì)于完善上海市生活垃圾收運(yùn)和處理體系的合理化配置，具有十分重要的意義，能夠進(jìn)一步提高上海市及金山區(qū)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(qū)金山衛(wèi)鎮(zhèn)第二工業(yè)區(qū)，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(qū)固體廢棄物處置需求。項(xiàng)目采用2臺(tái)日處理400t的機(jī)械爐排爐，2臺(tái)余熱鍋爐（最大連續(xù)蒸發(fā)量為2×36.8t／h），考慮垃圾焚燒發(fā)電廠的特點(diǎn)，工程擬配置1臺(tái)額定功率為15MW的汽輪發(fā)電機(jī)組，所產(chǎn)生的電力接入到廠區(qū)母線，扣除廠內(nèi)自用電外，其余全部上網(wǎng)。

2 接入系統(tǒng)電壓等級(jí)的選擇

發(fā)電廠接入系統(tǒng)的電壓等級(jí)，一般應(yīng)根據(jù)電廠規(guī)劃容量、分期投入容量、發(fā)電機(jī)組容量、發(fā)電廠在系統(tǒng)中的地位、周邊地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及電網(wǎng)內(nèi)現(xiàn)有電壓等級(jí)配置等因素來確定。

根據(jù)《上海電網(wǎng)資源綜合利用發(fā)電裝置接入系統(tǒng)技術(shù)原則》的規(guī)定，總裝機(jī)容量在3～10MW之間的資源綜合利用發(fā)電裝置應(yīng)以10kV或者35kV電壓等級(jí)接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)；總裝機(jī)容量大于10MW的資源綜合利用發(fā)電裝置，應(yīng)以35kV或者110kV電壓等級(jí)接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)。該項(xiàng)目計(jì)劃建設(shè)1臺(tái)裝機(jī)容量為15MW的汽輪發(fā)電機(jī)組，可向電網(wǎng)輸送電力約為11.4MW。根據(jù)其裝機(jī)容量和周邊電網(wǎng)情況，以35kV或110kV電壓等級(jí)接入系統(tǒng)較為適宜，考慮到電網(wǎng)接入條件的限制，還對(duì)10kV電壓等級(jí)接入系統(tǒng)的可行性進(jìn)行了分析。

3 接入系統(tǒng)方案的擬定

目前，金山電網(wǎng)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(jí)接入點(diǎn)，距離本工程場址約10km。35kV衛(wèi)通站現(xiàn)為內(nèi)橋接線，由于站內(nèi)設(shè)備陳舊，存在改造需求，若衛(wèi)通站改造成1進(jìn)3出帶開關(guān)站性質(zhì)的35kV變電站，則可提供相應(yīng)的35kV接入點(diǎn)。區(qū)域附近可提供110kV電壓等級(jí)接入點(diǎn)的有110kV金鷗站土建預(yù)留的環(huán)出間隔和220kV金陽站110kV側(cè)存在的備用間隔，其中金鷗站離本工程的場址僅1km。同時(shí)，金鷗站10kV側(cè)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(wèi)通站作為本工程的35kV電壓等級(jí)接入點(diǎn)；擬選擇110kV金鷗站作為本工程的110kV或10kV電壓等級(jí)接入點(diǎn)。

根據(jù)本工程建設(shè)情況和周邊電網(wǎng)現(xiàn)狀，提出以下4種接入系統(tǒng)方案：

方案一：以35kV電壓等級(jí)接入系統(tǒng)，生活垃圾綜合處理廠建設(shè)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(jí)接入系統(tǒng)，生活垃圾綜合處理廠建設(shè)一座110kV升壓站，升壓站通過一回110kV線路接入110kV金鷗站環(huán)出間隔。

方案三：以10kV電壓等級(jí)接入系統(tǒng)，生活垃圾綜合處理廠建設(shè)一臺(tái)10kV隔離變壓器，隔離變壓器系統(tǒng)側(cè)通過一回10kV線路并網(wǎng)，接入110kV金鷗站10kV側(cè)母線。

方案四：以35kV電壓等級(jí)接入系統(tǒng)，生活垃圾綜合處理廠建設(shè)一座35kV升壓站，升壓站通過一回35kV線路接入35kV衛(wèi)通站。

4 方案分析與電氣計(jì)算

4.1 系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析

根據(jù)《上海電網(wǎng)資源綜合利用發(fā)電裝置接入系統(tǒng)技術(shù)原則》的規(guī)定，為保證電網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠，接入地區(qū)內(nèi)公用電網(wǎng)的發(fā)電裝置的總裝接容量應(yīng)控制在公用電網(wǎng)上級(jí)變電站單臺(tái)主變額定容量的30%以內(nèi)。

方案一和方案二中本項(xiàng)目分別接入金陽站35kV側(cè)與金鷗站110kV側(cè)，上級(jí)變電站均為220kV金陽變電站，滿足上述原則要求。方案三本項(xiàng)目接入110kV金鷗站10kV側(cè)，110kV金鷗站主變?nèi)萘繛?×40MVA，本項(xiàng)目裝機(jī)容量已達(dá)到金鷗站單臺(tái)主變?nèi)萘康?8%，無法滿足上述原則要求。因此，為保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要限制接入金鷗站的負(fù)荷。

為了確保本項(xiàng)目在不發(fā)電以及金鷗站主變N－1時(shí)持續(xù)可靠地供電，金鷗站10kV側(cè)對(duì)應(yīng)可接入的負(fù)荷需低于39～51MW。由此估算，當(dāng)本項(xiàng)目正常發(fā)電輸送電力時(shí)，金鷗站2臺(tái)主變最大負(fù)載率為30.6%～45.9%。

方案四為本項(xiàng)目接入35kV衛(wèi)通站，若接入220kV金陽站所供一側(cè)母線，上級(jí)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(cè)母線，張堰站主變?nèi)萘繛?×63MVA，本項(xiàng)目裝機(jī)容量已達(dá)到其單臺(tái)主變?nèi)萘康?4%，已接近30%的限值，因此從電網(wǎng)運(yùn)行安全角度考慮，建議采納方案四，本項(xiàng)目接入35kV衛(wèi)通站由220kV金陽站供電的35kV母線側(cè)。

4.2 工程實(shí)施分析

本項(xiàng)目距離金鷗站較近，因此對(duì)于方案二和方案三，線路建設(shè)長度較短。相比之下，方案一中本項(xiàng)目距離金陽站較遠(yuǎn)，且線路需穿越金山新城區(qū)，區(qū)內(nèi)無現(xiàn)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(shè)實(shí)施難度相對(duì)較大。

方案四本項(xiàng)目距離衛(wèi)通站的直線距離約6km，相對(duì)方案一距離較近，線路在第二工業(yè)區(qū)外可架空架設(shè)，進(jìn)入第二工業(yè)區(qū)范圍內(nèi)架設(shè)方式及通道路徑需與工業(yè)區(qū)協(xié)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(jìn)三出（含變壓器）接線，本期電氣先上3個(gè)間隔（含變壓器）。

方案四需對(duì)衛(wèi)通站進(jìn)行改造。35kV衛(wèi)通站為混合結(jié)構(gòu)，根據(jù)35kV配電裝置改造要求，無論是采用開關(guān)柜形式還是GIS形式，均需拆除原35kV配電裝置室內(nèi)隔墻，均涉及多榀承重磚墻的拆除，從而導(dǎo)致原受力結(jié)構(gòu)破壞，原有墻和梁等結(jié)構(gòu)均不能繼續(xù)滿足承重要求，因而需要進(jìn)行抗震鑒定，工程實(shí)施存在一定的不確定性。同時(shí)，原35kV配電裝置室內(nèi)樓板為預(yù)制板，更換設(shè)備后，不能滿足新設(shè)備的承載要求，因而需對(duì)樓板進(jìn)行加固。在加固施工時(shí)，將對(duì)下方10kV開關(guān)室內(nèi)設(shè)備正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。

4.3 短路電流分析

對(duì)接入系統(tǒng)的4種方案進(jìn)行三相短路電流計(jì)算，用以對(duì)系統(tǒng)短路電流水平進(jìn)行校核，并且可供發(fā)電項(xiàng)目升壓站設(shè)備選擇時(shí)參考。

表1 4種方案的短路電流比較kA

從表1短路電流計(jì)算結(jié)果可見，方案三通過10kV接入系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)組注入系統(tǒng)短路電流較大。金陽站110kV側(cè)短路電流如果達(dá)到25kA，系統(tǒng)側(cè)注入金鷗站10kV母線的短路電流將為12.8kA，加上發(fā)電機(jī)組注入的5.0kA，系統(tǒng)10kV短路電流將超過16kA的控制標(biāo)準(zhǔn)，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(duì)于方案三，需采取措施來限制發(fā)電機(jī)組注入系統(tǒng)的短路電流。其余方案短路電流均滿足上海電網(wǎng)短路電流控制要求。

4.4 電壓波動(dòng)分析

當(dāng)發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障被切除時(shí)，會(huì)引起系統(tǒng)母線一定的電壓波動(dòng)［3］。表2為本項(xiàng)目發(fā)電機(jī)組切除時(shí)對(duì)系統(tǒng)電壓影響的計(jì)算結(jié)果。

表2 系統(tǒng)接入點(diǎn)母線電壓波動(dòng)計(jì)算

從表2計(jì)算結(jié)果可以看出，采用方案一和方案二，發(fā)電機(jī)組切除引起的系統(tǒng)側(cè)母線電壓波動(dòng)均較小。采用方案三，引起系統(tǒng)側(cè)母線電壓波動(dòng)較大，而且已經(jīng)超過5%，不能滿足電壓質(zhì)量的要求。

4.5 設(shè)備投資分析

接入系統(tǒng)4種方案的設(shè)備投資比較見表3。

表3 接入系統(tǒng)4種方案設(shè)備投資比較萬元

5 推薦接入系統(tǒng)方案

從滿足本項(xiàng)目發(fā)電機(jī)組接入，滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高投資經(jīng)濟(jì)性考慮，推薦采用接入系統(tǒng)方案二，即生活垃圾綜合處理廠以110kV電壓等級(jí)接入電網(wǎng)。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(huán)出間隔。

推薦接入系統(tǒng)方案二的理由是滿足系統(tǒng)供電可靠性和安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，注入系統(tǒng)短路電流較小；建設(shè)難度相對(duì)較小，工程實(shí)施較易；故障引起系統(tǒng)側(cè)母線波動(dòng)較小；總體投資較小。

6 結(jié)語

大量分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)提出了新的挑戰(zhàn)和要求，增加了電網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和不確定性。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，優(yōu)化分布式電源接入系統(tǒng)方案，可以有效降低分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)的不利影響，減少電網(wǎng)建設(shè)成本。

［1］蔣心澤，董曉文，包海龍.分布式電源接入對(duì)配電網(wǎng)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(duì)電網(wǎng)的影響及對(duì)策［J］.供用電，2010，27（4）：10－13.

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