水泥厂内余热电站并网接入点的选择方法

田雷，安亦莎

在水泥厂正常运行的情况下，余热发电的电能能够满足水泥厂用电负荷的30%～50%。余热发电量的多少和水泥生产线的产量、能耗、操作等有非常大的关系。通常可以认为：在水泥生产线仅维持窑系统运转的情况下，余热发电的电能最小；在水泥生产线产量最大时，余热发电的电能最大。而余热电站并网点的选择最主要的考虑就是在满足电网安全运行的前提下，最大限度地发挥余热发电的能力，也就是选择最合适的并网点，以最大限度地利用余热能源，使之发挥最大的经济效益。

1 余热电站并网点选择在水泥厂总降压变电站中压侧母线

通常情况下水泥厂内会建有总降压电站（以下称为总降），由供电部门提供正常生产用电力。国内水泥厂的进线电压通常为220kV、110kV、35kV（以下称为高压侧）等，经过厂内总降内的降压变压器后降低到6kV或者10kV（以下称为中压侧），供全厂的动力设备供电。大型水泥厂的总降通常会设有两路不同的电源进线，两路进线互为备用，以保证水泥供电的可靠性。高压侧接线方式以单母线、单母线分段、内桥、外桥型居多，中压侧则以单母线、单母线分段居多。

1.1 厂内建有一条水泥生产线及一台余热发电机组的情况

这种情况下，本着余热发电自发自用，发电机并网电量不上网反送的原则，余热电站的并网点应选择在总降内并且为窑系统供电的中压母线段。因为在水泥厂正常运行时，余热电站的电力可以全部用于水泥生产线内的负荷。水泥生产线在最小负荷（仅有窑系统运行）运行时，余热发电的电力能够直接供给到窑系统的用电负荷，从而避免出现余热发电的电能无处可去，引起余热电站被迫减负荷运行，造成能源浪费（见图1）。

1.2 厂内建有两条水泥生产线及两台余热发电机组的情况

图1 余热发电电力直接供窑系统

图2 余热发电电能分到总降中压侧母线两段

这种情况下，水泥厂内有两条生产线。余热电站的中压母线可以分别与总降的两段中压侧母线并网，同时余热电站内的两条中压母线间不设置母联（也可设置母联，但要增加投资费用，同时增加并网母线段的短路电流，使得原总降中压母线段电气开关设备的开断能力不够，故不建议设置）。这样，余热发电的电能会分配到总降中压侧母线的两段，并通过总降中压侧的母联分合来合理调整运行方式，从而供给厂内不同的负荷，最大限度地利用余热电能（见图2）。

1.3 厂内建有两条水泥生产线及一台余热发电机组的的情况

这种情况下，水泥厂内有两条生产线。余热电站的中压母线可以选择分别与总降的两段中压侧母线并网，这样余热发电的电力可以送到两条生产线的负荷上去。但要注意两条并网线路不能同时合闸，如果同时合闸，将会使得水泥厂总降的两条进线电源在余热电站的中压母线处合并，也就是通常我们说的合环，这种情况是不允许的。通常我们会将余热电站的两条并网线路加以闭锁，使其中一条合闸时，另一条不能合闸，可以通过电气及机械闭锁的方式实现。这样，余热发电的电能会分配到总降中压侧母线的两段，要么供给I段水泥线负荷，要么供给II段水泥线负荷（见图3）。

2 余热电站并网点选择在水泥厂内的配电站

有些水泥厂内未设总降压变电站，厂内的进线电源的电压即为6kV或10kV，从厂外的变电站中压侧母线直接送到水泥厂内的各个配电站。此时并网点通常选择在水泥厂内的配电站中压母线或水泥厂外的区域变电站。如并网点选择在水泥厂外的区域变电站，会带来一系列很难办理的并网手续问题，余热发电的电能不能直接被水泥厂负荷使用，水泥厂的经济效益会有很大损失，故此不建议选择并网在水泥厂外的区域变电站。下面就并网点选择在水泥厂内的配电站中压母线段进行讨论。

2.1 厂内建有一条水泥生产线及一台余热发电机组的情况

余热电站的中压母线可以选择在带有窑系统负荷的配电站并网。因为水泥厂的一些用电负荷并不是经常的，如水泥磨、煤磨、原料磨等。如果和这些负荷的系统并网，有可能在将来运行时会出现电站发出的电没有足够的负荷来消化，造成电站被迫减负荷运行，或者电能送出水泥厂外的其他负荷或上级变电站（见图4）。

当窑系统负荷小于发电机额定功率时，需要调整水泥线相应负荷，避免电量反送到上级变电站或减少发电量。

2.2 厂内建有两条水泥生产线及两台余热发电机组的情况

这种情况下，水泥厂内有两条生产线。余热电站的中压母线可以选择分别与各自的窑系统负荷的配电站并网。考虑最大可能地将发出来的电全部用于窑负荷及其他不间断的负荷（见图5）。

2.3 厂内建有两条水泥生产线及一台余热发电机组的的情况

这种情况下，水泥厂内有两条生产线。余热电站的中压母线可以选择分别与各自的窑系统负荷的配电站并网，这样余热发电的电力可以送到两条生产线的负荷上去。但要注意两条并网线路不能同时合闸（原理参见1.3），这样，余热发电的电能会被分配到窑系统负荷的配电站，要么供给1号水泥线窑系统负荷，要么供给2号水泥线窑系统负荷（见图6）。

3 余热电站并网点选择在水泥厂总降的高压侧母线段

有的水泥厂厂内供电系统的中压侧的短路参数已经很大，可以通过增加限流电抗器来降低短路的电流。但是在有些系统中短路电流太大，无法选择合适的限流电抗器，这时就要考虑将余热电站的并网点设在水泥厂总降的高压段母线。余热电站通过升压变压器后，与总降高压侧并网，那么系统侧提供的短路电流将会相应降低，有助于选择厂内的供电设备，对水泥厂原有的系统影响不大。但这样会增加升压变压器及相应的高压设备及线路，投资也会增加。故此，需在余热电站的投资上做详细分析。具体接线见图7。

4 余热电站并网点选择在水泥厂内自备电站中压母线

在部分国外项目上，一些电网不发达的国家（如安哥拉、巴基斯坦、莫桑比克等），水泥厂的供电一般由自备电站提供电力。

4.1 并网在自备电站的中压母线

位于非洲安哥拉的罗安达水泥厂是由8台6.9MW的柴油发电机组为水泥生产线负荷供电。由于当地的电力供应匮乏，水泥生产线的余热电站只能和这8台柴油发电机组并网。在这种并网情况下，水泥厂内的电力系统电压及频率波动都比较大，对余热发电机和柴油发电机组之间的调度要求较高（见图8）。

4.2 并网在总降内的自备电站的中压母线

在越南HOLCIM水泥厂内，水泥生产线余热电站与越南国家电网及厂内自备电站同时并网运行。由于越南HOLCIM水泥厂处于越南南部沿海，处于国家电网的末端，电网的供电不是很稳定，为此厂内保留了水泥厂建设初期为其供电的柴油发电机组，作为补充及保安电源。随着余热电站的投入，减少了柴油发电机的供电。但由于余热电站的发电量波动较大，所以对厂内的总体电力调度指挥能力要求较高（见图9）。

5 结语

综上所述，水泥厂余热电站并网点的选择，应依据以下原则：

（1）并网点应尽量选择在水泥线中压侧并网。

（2）并网点要选择在能直接给水泥线窑系统供电的母线段并网。

（3）要对厂内电力系统进行短路电流计算，校验并网后全厂的短路电流情况。

（4）最大限度地避免出现余热电站由于没有电力负荷的原因被迫降负荷运行。

（5）要避免余热发电的电力返送至上级电网。

（6）必要时，可让在余热电站的母线设置多条联络线，分别与不同的水泥线中压段母线联络。但需要注意多条联络线要设置闭锁，同一时间只能有一条联络线合闸。

[1]弋东方.电力工程电气设计手册[M].北京：水利电力出版社,1989.

[2]中国电力企业联合会.小型火力发电厂设计规范[M].北京:中国计划出版社，2011.

[3]西北电力设计院.发电厂变电所电气接线和布置[M].北京：水利电力出版社，1984.