生物质能发电厂接入电网方案分析

于腾凯，胡文平

(河北省电力公司电力科学研究院，河北 石家庄 050021)

随着化石能源的渐趋枯竭和减排温室气体保护环境的需要，发展生物质产业成为各国的重要发展战略［1］。生物质能发电对减缓化石能源消耗压力具有显著作用，但其接入将对电网的电能质量、短路电流、运行管理等多方面带来影响［2］，因此必须对拟建生物质能发电厂的接入方案进行分析，从备选方案中选择最佳方案。

河北某生物质能发电厂利用垃圾焚烧发电，本期建设规模为1×9 MW凝汽式发电机组，设2台焚烧炉，单台日处理垃圾能力300 t，远期留有日处理900 t垃圾的配置和增加1×6 MW发电机组的扩建位置。电厂所发电力接入厂区母线，扣除厂用电外，其余全部上网。

1 电厂近区电网状况

电厂附近有4座110 kV变电站，分别位于化工厂、工业区、总司屯及客车厂;还有35 kV在运变电站3座，规划变电站1座。总司屯、客车厂间隔已满不能扩建。由于35 kV变电站处于辐射状配网末端，主接线大多为单母线接线，检修频繁，可靠性不能满足电厂接入要求。因此化工厂变电站及工业区变电站可考虑接入。

化工厂站主变容量2×50 MVA，出线电压110/10 kV，10 kV设计出线23回，剩余6回。工业区站主变容量2×40 MVA，出线电压110/35/10 kV，35 kV侧现有出线间隔2个，远期6个。

2 接入电网方案

考虑电厂远期装机容量为15 MW，接入电网电压等级宜考虑10 kV和35 kV 2种电压等级。根据电厂地理位置、装机规模、周边电网现状及发展规划情况，综合电厂送出的可靠性和经济性，共拟定了2种接入电网方案。

方案一:以10 kV上网，出2回线分别接至化工厂站10 kVⅠ、Ⅱ段母线，单回长约4.5 km。见图1。

图1 接入电网方案一

方案二:以35 kV上网，出1回线至工业区站35 kVⅡ段母线，线长约7 km，另出1回10 kV线T接至化工厂站10 kV580出线上，线路长度约4 km，作为厂用备用电源。见图2。

图2 接入电网方案二

3 导线截面的选择

生物质能发电厂本期1×9 MW(远期15 MW)机组，厂用电率按20%考虑，机组功率因数0.8，需通过并网线输送容量为9 MVA(远期15 MVA)。

方案一采用10 kV双回线并网，电厂年发电利用小时数较大，超过5 000 h，LGJ导线的经济电流密度为J=0.9 A/mm2，则选择LGJ导线截面近期为577 mm2(远期962 mm2)。考虑电厂远期容量可选择600 mm2。LGJQ－600 mm2导线在环境温度40℃时最大输送容量15.3 MVA，双回送出，可满足近期及远期热稳要求。

方案二35 kV单回线上网，LGJ导线截面近期为165 mm2(远期275 mm2)。考虑电厂远期容量可选择240 mm2。LGJ－240 mm2导线在环境温度40℃时最大输送容量29.9 MVA，满足近期及远期热稳要求。T接农网10 kV线路按LGJ－120考虑。

4 电厂电力消纳范围

化工厂站最小负荷34 MW，工业区站最小负荷26 MW，考虑生物质能发电厂满发，变电站主变N－1的极限状况，2方案仍分别有9.8 MW及5.8 MW电力需系统支援，故电厂满发时发出的电能，可就近由化工厂站或工业区站周边地区的负荷消纳，减轻主变负载，不会出现电力倒送现象。

5 电气计算

5.1 潮流计算

对接入方案进行潮流计算的目的在于检验正常或事故方式下电厂电力能否送出，系统送电能力是否满足要求，同时为导线选型和主变选型提供依据。

由于电厂容量较小，近期仅为9 MW(远期15 MW)，扣除20%厂用电，向系统提供电力仅为7.2 MW(远期12 MW)，故对系统潮流影响不大，电网其他相关线路发生N－1故障时，无线路过载，可满足N－1运行要求。电厂出力对并网点电压的影响如表1所示:

表1 接入方案电压波动比较

结果表明，方案一和方案二在发电机出力变化引起的并网点母线电压波动较小，满足运行要求。

5.2 短路计算

对各方案进行短路电流计算的主要目的是选择新建电气设备的额定遮断容量，校验现有电气设备的遮断容量能否满足要求，并研究限制系统短路电流水平的措施［3］。

110 kV变电站化工厂站10 kV侧断路器额定遮断电流为31.5 kA;工业区站35 kV侧额定遮断电流为25 kA。

表2计算结果表明:电厂接入后，110 kV变电站化工厂站、工业区站的短路电流均在电气设备的遮断水平内，不需要更换。但化工厂站变电站10 kV侧短路电流已接近断路器遮断极限，建议分列运行。

表2 接入方案短路电流比较 kA

6 技术经济比较

a． 可靠性方面

方案一电厂运行灵活可靠性高。当一回线路或变电站母线检修或故障，可通过另一回线路保证电厂电力可靠送出;当电厂停机时，可由变电站10 kV侧母线作为备用电源，不必再从附近农网引入备用电源。方案二工业区站35 kV母线为单母分段接线，母线故障或检修时，电厂将停运;电厂出线故障或检修时也将造成电厂停运，电力无法送出，电厂运行可靠性低。故方案一可靠性要高于方案二。

b． 运营、管理和维护方面

方案二需从电厂附近农网引一回10 kV线路作为电厂起备电源，计量不便。方案一可由并网点作为起备电源，计量方便。方案一优于方案二。

c． 工程实施方面

方案一并网在化工厂站10 kV侧，距离较近，但化工厂10 kV出线间隔较为紧张，施工难度一般。方案二并网在工业区站35 kV侧，占用系统间隔少，但需跨河流和铁路，施工难度大。方案一施工难度小于方案二。

d． 电压波动方面

两方案差别不大，都能满足运行要求。

e． 电网发展分析

方案一既提高了电厂运行的可靠性，又便于电厂远期6 MW机组扩建，优于方案二。

f． 投资方面

由表3可见，方案一电厂不设升压站，节省相关配电装置，共需225万元，方案二投资630万元。方案一投资明显优于方案二。

表3 接入方案投资比较 万元

根据以上技术经济比较综合考虑，该电厂接入电网推荐方案一。理由是方案一供电可靠性较高，符合该地区电网发展规划要求，并网点电压波动满足运行要求，工程施工较易，运行管理和计量方便，投资较小。

7 系统对电厂的要求

根据在运生物质能发电厂的实际运行情况，母线故障或检修的次数较少，并且该电厂的装机容量小，故接入电网方案一推荐电厂主接线为单母分段接线。单母线接线系统相对简单，倒闸操作简便，投资省。根据短路电流计算结果，建议电厂10 kV电气设备短路水平按不小于25 kA考虑。发电机功率因数应满足0.8(滞后) ～0.95(进相)，以适应系统调压要求。

根据电厂装机容量、地理位置、电厂近区电网状况及发展规划等因素，提出电厂接入电网方案，从技术、经济等方面进行论证，确定方案一为接入电网的最佳方案，为同类型电厂接入电网提供借鉴。

［1］ 方振华．广西发展生物质发电的前景、问题与建议 ［J］．广西电力，2009，32(1):1－4．

［2］ 顾定军．分布式电源的接入对电网的影响及对策 ［J］．供用电，2010，24(4):10－13．

［3］ 电力工业部电力规划设计总院．电力系统设计手册 ［M］．北京:中国电力出版社，1998．