水泥廠內余熱電站并網接入點的選擇方法

田雷，安亦莎

在水泥廠正常運行的情況下，余熱發電的電能能夠滿足水泥廠用電負荷的30%～50%。余熱發電量的多少和水泥生產線的產量、能耗、操作等有非常大的關系。通常可以認為：在水泥生產線僅維持窯系統運轉的情況下，余熱發電的電能最小；在水泥生產線產量最大時，余熱發電的電能最大。而余熱電站并網點的選擇最主要的考慮就是在滿足電網安全運行的前提下，最大限度地發揮余熱發電的能力，也就是選擇最合適的并網點，以最大限度地利用余熱能源，使之發揮最大的經濟效益。

1 余熱電站并網點選擇在水泥廠總降壓變電站中壓側母線

通常情況下水泥廠內會建有總降壓電站（以下稱為總降），由供電部門提供正常生產用電力。國內水泥廠的進線電壓通常為220kV、110kV、35kV（以下稱為高壓側）等，經過廠內總降內的降壓變壓器后降低到6kV或者10kV（以下稱為中壓側），供全廠的動力設備供電。大型水泥廠的總降通常會設有兩路不同的電源進線，兩路進線互為備用，以保證水泥供電的可靠性。高壓側接線方式以單母線、單母線分段、內橋、外橋型居多，中壓側則以單母線、單母線分段居多。

1.1 廠內建有一條水泥生產線及一臺余熱發電機組的情況

這種情況下，本著余熱發電自發自用，發電機并網電量不上網反送的原則，余熱電站的并網點應選擇在總降內并且為窯系統供電的中壓母線段。因為在水泥廠正常運行時，余熱電站的電力可以全部用于水泥生產線內的負荷。水泥生產線在最小負荷（僅有窯系統運行）運行時，余熱發電的電力能夠直接供給到窯系統的用電負荷，從而避免出現余熱發電的電能無處可去，引起余熱電站被迫減負荷運行，造成能源浪費（見圖1）。

1.2 廠內建有兩條水泥生產線及兩臺余熱發電機組的情況

圖1 余熱發電電力直接供窯系統

圖2 余熱發電電能分到總降中壓側母線兩段

這種情況下，水泥廠內有兩條生產線。余熱電站的中壓母線可以分別與總降的兩段中壓側母線并網，同時余熱電站內的兩條中壓母線間不設置母聯（也可設置母聯，但要增加投資費用，同時增加并網母線段的短路電流，使得原總降中壓母線段電氣開關設備的開斷能力不夠，故不建議設置）。這樣，余熱發電的電能會分配到總降中壓側母線的兩段，并通過總降中壓側的母聯分合來合理調整運行方式，從而供給廠內不同的負荷，最大限度地利用余熱電能（見圖2）。

1.3 廠內建有兩條水泥生產線及一臺余熱發電機組的的情況

這種情況下，水泥廠內有兩條生產線。余熱電站的中壓母線可以選擇分別與總降的兩段中壓側母線并網，這樣余熱發電的電力可以送到兩條生產線的負荷上去。但要注意兩條并網線路不能同時合閘，如果同時合閘，將會使得水泥廠總降的兩條進線電源在余熱電站的中壓母線處合并，也就是通常我們說的合環，這種情況是不允許的。通常我們會將余熱電站的兩條并網線路加以閉鎖，使其中一條合閘時，另一條不能合閘，可以通過電氣及機械閉鎖的方式實現。這樣，余熱發電的電能會分配到總降中壓側母線的兩段，要么供給I段水泥線負荷，要么供給II段水泥線負荷（見圖3）。

2 余熱電站并網點選擇在水泥廠內的配電站

有些水泥廠內未設總降壓變電站，廠內的進線電源的電壓即為6kV或10kV，從廠外的變電站中壓側母線直接送到水泥廠內的各個配電站。此時并網點通常選擇在水泥廠內的配電站中壓母線或水泥廠外的區域變電站。如并網點選擇在水泥廠外的區域變電站，會帶來一系列很難辦理的并網手續問題，余熱發電的電能不能直接被水泥廠負荷使用，水泥廠的經濟效益會有很大損失，故此不建議選擇并網在水泥廠外的區域變電站。下面就并網點選擇在水泥廠內的配電站中壓母線段進行討論。

2.1 廠內建有一條水泥生產線及一臺余熱發電機組的情況

余熱電站的中壓母線可以選擇在帶有窯系統負荷的配電站并網。因為水泥廠的一些用電負荷并不是經常的，如水泥磨、煤磨、原料磨等。如果和這些負荷的系統并網，有可能在將來運行時會出現電站發出的電沒有足夠的負荷來消化，造成電站被迫減負荷運行，或者電能送出水泥廠外的其他負荷或上級變電站（見圖4）。

當窯系統負荷小于發電機額定功率時，需要調整水泥線相應負荷，避免電量反送到上級變電站或減少發電量。

2.2 廠內建有兩條水泥生產線及兩臺余熱發電機組的情況

這種情況下，水泥廠內有兩條生產線。余熱電站的中壓母線可以選擇分別與各自的窯系統負荷的配電站并網。考慮最大可能地將發出來的電全部用于窯負荷及其他不間斷的負荷（見圖5）。

2.3 廠內建有兩條水泥生產線及一臺余熱發電機組的的情況

這種情況下，水泥廠內有兩條生產線。余熱電站的中壓母線可以選擇分別與各自的窯系統負荷的配電站并網，這樣余熱發電的電力可以送到兩條生產線的負荷上去。但要注意兩條并網線路不能同時合閘（原理參見1.3），這樣，余熱發電的電能會被分配到窯系統負荷的配電站，要么供給1號水泥線窯系統負荷，要么供給2號水泥線窯系統負荷（見圖6）。

3 余熱電站并網點選擇在水泥廠總降的高壓側母線段

有的水泥廠廠內供電系統的中壓側的短路參數已經很大，可以通過增加限流電抗器來降低短路的電流。但是在有些系統中短路電流太大，無法選擇合適的限流電抗器，這時就要考慮將余熱電站的并網點設在水泥廠總降的高壓段母線。余熱電站通過升壓變壓器后，與總降高壓側并網，那么系統側提供的短路電流將會相應降低，有助于選擇廠內的供電設備，對水泥廠原有的系統影響不大。但這樣會增加升壓變壓器及相應的高壓設備及線路，投資也會增加。故此，需在余熱電站的投資上做詳細分析。具體接線見圖7。

4 余熱電站并網點選擇在水泥廠內自備電站中壓母線

在部分國外項目上，一些電網不發達的國家（如安哥拉、巴基斯坦、莫桑比克等），水泥廠的供電一般由自備電站提供電力。

4.1 并網在自備電站的中壓母線

位于非洲安哥拉的羅安達水泥廠是由8臺6.9MW的柴油發電機組為水泥生產線負荷供電。由于當地的電力供應匱乏，水泥生產線的余熱電站只能和這8臺柴油發電機組并網。在這種并網情況下，水泥廠內的電力系統電壓及頻率波動都比較大，對余熱發電機和柴油發電機組之間的調度要求較高（見圖8）。

4.2 并網在總降內的自備電站的中壓母線

在越南HOLCIM水泥廠內，水泥生產線余熱電站與越南國家電網及廠內自備電站同時并網運行。由于越南HOLCIM水泥廠處于越南南部沿海，處于國家電網的末端，電網的供電不是很穩定，為此廠內保留了水泥廠建設初期為其供電的柴油發電機組，作為補充及保安電源。隨著余熱電站的投入，減少了柴油發電機的供電。但由于余熱電站的發電量波動較大，所以對廠內的總體電力調度指揮能力要求較高（見圖9）。

5 結語

綜上所述，水泥廠余熱電站并網點的選擇，應依據以下原則：

（1）并網點應盡量選擇在水泥線中壓側并網。

（2）并網點要選擇在能直接給水泥線窯系統供電的母線段并網。

（3）要對廠內電力系統進行短路電流計算，校驗并網后全廠的短路電流情況。

（4）最大限度地避免出現余熱電站由于沒有電力負荷的原因被迫降負荷運行。

（5）要避免余熱發電的電力返送至上級電網。

（6）必要時，可讓在余熱電站的母線設置多條聯絡線，分別與不同的水泥線中壓段母線聯絡。但需要注意多條聯絡線要設置閉鎖，同一時間只能有一條聯絡線合閘。

[1]弋東方.電力工程電氣設計手冊[M].北京：水利電力出版社,1989.

[2]中國電力企業聯合會.小型火力發電廠設計規范[M].北京:中國計劃出版社，2011.

[3]西北電力設計院.發電廠變電所電氣接線和布置[M].北京：水利電力出版社，1984.