水泥廠余熱電站接入系統設計要點

魏振洋，王忠濤

水泥廠余熱電站接入系統設計要點

Key Points of Cement Cogeneration Station Access System Design

魏振洋1，王忠濤2

1 引言

水泥回轉窯純低溫余熱發電的原理是，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，直接進行余熱發電，這樣做不僅節約能源，大大減少水泥生產帶來的溫室氣體和粉塵排放，而且可以顯著降低水泥生產中的電耗，緩解當前電力短缺的矛盾。由于水泥低溫余熱發電會在一定程度上沖擊到電力部門利益，因此需要相關主管部門協調解決余熱電站接入系統及并網的問題。

2 接入系統設計時所需參數和資料

（1）設計要求業主提供水泥廠余熱電站并網點的電網系統短路參數（短路容量、短路電流或短路電抗）。

短路參數包括設計水平年（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。

設計將根據電網系統及發電機提供的短路參數進行向量疊加，計算整個系統的短路電流，用以選擇及校驗電氣開關設備容量，即電氣開關設備的額定開斷電流值，如20kA、25kA、31.5kA、40kA或50kA等。同時進行電站系統繼電保護整定計算等。

如業主只能提供總降壓變電站110kV或35kV側短路參數，那么業主必須提供水泥廠內總降主變壓器的詳細電氣數據，以便進行短路電流計算。

主變壓器的詳細電氣數據包括主變壓器型號、容量、臺數、主接線方式、變比、短路電抗值、調壓及冷卻方式、絕緣及溫升等級等數據。

（2）建設余熱電站前需準備《接入系統報告》，在得到電網公司的審批后，才能最終確定電廠接入系統的電壓等級。《接入系統報告》的主要內容為：

a總則

b系統一次資料

主要包括電力系統現狀、電力負荷分析、工程項目概述、接入系統方案、電氣計算（潮流計算、暫態穩定計算、短路電流計算）、系統一次小結等（電站裝機規模與接入方案、電氣主接線、短路電流計算結果、穩定計算情況等）。

c系統繼電保護

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

d系統調度自動化

主要包括調度關系與現狀、遠動信息、遠動系統方案、遠動系統技術性能要求、遠動信息傳輸、遠動通道組織、電能量計費系統（計量關口點的設置、關口電能表、遠方電能量數據終端）、主要設備投資估算等。

e系統通信

主要包括系統通信現狀、調度關系、信息種類要求（調度電話對通道的要求、調度自動化信息對通道的要求）、接入系統方案、投資估算等。

f總投資估算

g設計結論及有關建議

h基建項目的進度安排和主要指標

i主要設計附圖

現有系統地理接線圖及設計水平年、遠景水平年及過渡年份推薦方案地理接線圖，現有系統原則接線圖；

有關年份系統負荷分布示意圖，全系統歷史負荷分布示意圖；

目前、設計水平年及遠景水平年的負荷特性曲線圖；

電源及網絡方案比較的有關部分原則接線圖、概略潮流圖等；

設計水平年和遠景水平年的電源分布圖；

本地區火電廠廠址分布及其水力資源和開發規劃示意圖；

推薦方案的運行方式潮流圖；

穩定計算必要的搖擺曲線和電壓曲線圖。

設計單位應該根據建設項目所在地電力部門編制的《接入系統報告》中確定的接入系統主接線設計方案進行電站系統的配置，以滿足當地電力系統的并網要求，并且采集相應的遙信量、遙測量信息，將相關的遠動信息上傳地調，或通過RTU傳送，或通過電站SCADA系統傳送。

3 接入系統設計主要內容

（1）描述余熱發電機組所在的電力系統，確定接入系統方案；電氣計算：潮流計算、暫態穩定計算、短路電流計算；根據計算，作出結論，并且根據結論對廠內電氣主接線及電氣參數提出要求：

a電氣主接線的原則方案；

b無功功率補償設備配套方案，如裝設高、低壓并聯電抗器的要求；

c發電機的額定功率因數、調相及進相運行的容量；

d發電機的勵磁方式、暫態電抗及慣性常數等；

e主變壓器的調壓方式、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）系統繼電保護。

接入系統設計，對系統繼電保護現狀（系統保護及工廠總降保護、發電機組保護）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。接入系統安全對機組接入后對系統的影響進行核算和評估，并提出機組接入后需設置的保護裝置，防止系統在緊急狀態下發生失步、過負荷、頻率或電壓異常而引起的系統事故。

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

（4）確定工廠的總降與系統的通信方式與設備。

必須注意的是余熱電站屬于綜合利用電廠，其所發出的電量全部為自發自用電量，不向電網倒送電。為了達到這一要求，總降一段母線的最低負荷不得小于發電機向母線輸送的負荷，以保證發電機不向電網倒送電。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，以滿足不向電網倒送電的要求，這就要求總降的中壓開關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 結語

目前水泥廠余熱發電接入系統還存在著許多問題。由于各地執行余熱發電政策不一致，余熱發電并網運行的管理制度、收費、技術標準不明確，導致并網問題始終未能妥善解決。并網發電辦理手續繁瑣，審批時間長，尤其一些電力輸出省市的余熱發電并網需繳納上網費、上網備用金等費用，導致企業余熱發電項目建成后長時間不能投產發電，造成不必要的浪費。

為解決上述問題，提出以下幾點建議：

（1）明確水泥余熱發電企業和電網企業的權利和義務關系，制定余熱發電上網的價格標準和電價補貼辦法。

（2）根據已經編制好的水泥余熱發電技術評價方法與標準，規范非電力行業余熱發電的設計工作。

（3）余熱發電系統生產的電力供用戶自用時，不足部分由電網補充，出售給電網時，應友好供電，形成分布式發電系統與電網密切合作、相互發展的格局。

水泥余熱發電同外部常規配電網并網運行，能夠充分發揮余熱發電機組的優勢，提高能源系統利用效率，有利于我國節能減排目標的實現和經濟的可持續發展。

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2013-06-03； 編輯：趙 蓮