水泥厂余热电站接入系统设计要点

魏振洋，王忠涛

水泥厂余热电站接入系统设计要点

Key Points of Cement Cogeneration Station Access System Design

魏振洋1，王忠涛2

1 引言

水泥回转窑纯低温余热发电的原理是，利用新型干法水泥窑头、窑尾温度在320℃左右的废气，不用补充燃煤，直接进行余热发电，这样做不仅节约能源，大大减少水泥生产带来的温室气体和粉尘排放，而且可以显著降低水泥生产中的电耗，缓解当前电力短缺的矛盾。由于水泥低温余热发电会在一定程度上冲击到电力部门利益，因此需要相关主管部门协调解决余热电站接入系统及并网的问题。

2 接入系统设计时所需参数和资料

（1）设计要求业主提供水泥厂余热电站并网点的电网系统短路参数（短路容量、短路电流或短路电抗）。

短路参数包括设计水平年（近期5年）和远景水平年（远期10年）的最大及最小运行方式下的短路参数。

设计将根据电网系统及发电机提供的短路参数进行向量叠加，计算整个系统的短路电流，用以选择及校验电气开关设备容量，即电气开关设备的额定开断电流值，如20kA、25kA、31.5kA、40kA或50kA等。同时进行电站系统继电保护整定计算等。

如业主只能提供总降压变电站110kV或35kV侧短路参数，那么业主必须提供水泥厂内总降主变压器的详细电气数据，以便进行短路电流计算。

主变压器的详细电气数据包括主变压器型号、容量、台数、主接线方式、变比、短路电抗值、调压及冷却方式、绝缘及温升等级等数据。

（2）建设余热电站前需准备《接入系统报告》，在得到电网公司的审批后，才能最终确定电厂接入系统的电压等级。《接入系统报告》的主要内容为：

a总则

b系统一次资料

主要包括电力系统现状、电力负荷分析、工程项目概述、接入系统方案、电气计算（潮流计算、暂态稳定计算、短路电流计算）、系统一次小结等（电站装机规模与接入方案、电气主接线、短路电流计算结果、稳定计算情况等）。

c系统继电保护

主要包括一次接入方案及保护现状、保护配置、安全自动装置、继电保护投资估算等。

d系统调度自动化

主要包括调度关系与现状、远动信息、远动系统方案、远动系统技术性能要求、远动信息传输、远动通道组织、电能量计费系统（计量关口点的设置、关口电能表、远方电能量数据终端）、主要设备投资估算等。

e系统通信

主要包括系统通信现状、调度关系、信息种类要求（调度电话对通道的要求、调度自动化信息对通道的要求）、接入系统方案、投资估算等。

f总投资估算

g设计结论及有关建议

h基建项目的进度安排和主要指标

i主要设计附图

现有系统地理接线图及设计水平年、远景水平年及过渡年份推荐方案地理接线图，现有系统原则接线图；

有关年份系统负荷分布示意图，全系统历史负荷分布示意图；

目前、设计水平年及远景水平年的负荷特性曲线图；

电源及网络方案比较的有关部分原则接线图、概略潮流图等；

设计水平年和远景水平年的电源分布图；

本地区火电厂厂址分布及其水力资源和开发规划示意图；

推荐方案的运行方式潮流图；

稳定计算必要的摇摆曲线和电压曲线图。

设计单位应该根据建设项目所在地电力部门编制的《接入系统报告》中确定的接入系统主接线设计方案进行电站系统的配置，以满足当地电力系统的并网要求，并且采集相应的遥信量、遥测量信息，将相关的远动信息上传地调，或通过RTU传送，或通过电站SCADA系统传送。

3 接入系统设计主要内容

（1）描述余热发电机组所在的电力系统，确定接入系统方案；电气计算：潮流计算、暂态稳定计算、短路电流计算；根据计算，作出结论，并且根据结论对厂内电气主接线及电气参数提出要求：

a电气主接线的原则方案；

b无功功率补偿设备配套方案，如装设高、低压并联电抗器的要求；

c发电机的额定功率因数、调相及进相运行的容量；

d发电机的励磁方式、暂态电抗及惯性常数等；

e主变压器的调压方式、分接头范围及中性点接地方式；

f断路器的开断容量、额定电流、分闸时间等。

（2）系统继电保护。

接入系统设计，对系统继电保护现状（系统保护及工厂总降保护、发电机组保护）进行确认，做出必要的整定计算，检验继电保护配置方案的可行性与合理性。接入系统安全对机组接入后对系统的影响进行核算和评估，并提出机组接入后需设置的保护装置，防止系统在紧急状态下发生失步、过负荷、频率或电压异常而引起的系统事故。

（3）对调度自动化提出建议，明确余热电站与所在系统的调度关系，确定远动信息内容及传送方式，并对增加的调度自动化设备的投资进行估算。

（4）确定工厂的总降与系统的通信方式与设备。

必须注意的是余热电站属于综合利用电厂，其所发出的电量全部为自发自用电量，不向电网倒送电。为了达到这一要求，总降一段母线的最低负荷不得小于发电机向母线输送的负荷，以保证发电机不向电网倒送电。因此某些情况下总降的运行方式必须进行改变，甚至两段母线要并列运行，以满足不向电网倒送电的要求，这就要求总降的中压开关柜在短路时最大开断电流和开断容量必须能够满足变压器并列运行。若接入配电站需考虑防止电量返送措施。

4 结语

目前水泥厂余热发电接入系统还存在着许多问题。由于各地执行余热发电政策不一致，余热发电并网运行的管理制度、收费、技术标准不明确，导致并网问题始终未能妥善解决。并网发电办理手续繁琐，审批时间长，尤其一些电力输出省市的余热发电并网需缴纳上网费、上网备用金等费用，导致企业余热发电项目建成后长时间不能投产发电，造成不必要的浪费。

为解决上述问题，提出以下几点建议：

（1）明确水泥余热发电企业和电网企业的权利和义务关系，制定余热发电上网的价格标准和电价补贴办法。

（2）根据已经编制好的水泥余热发电技术评价方法与标准，规范非电力行业余热发电的设计工作。

（3）余热发电系统生产的电力供用户自用时，不足部分由电网补充，出售给电网时，应友好供电，形成分布式发电系统与电网密切合作、相互发展的格局。

水泥余热发电同外部常规配电网并网运行，能够充分发挥余热发电机组的优势，提高能源系统利用效率，有利于我国节能减排目标的实现和经济的可持续发展。

TQ172.625.9

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2013-06-03； 编辑：赵 莲