基于电缆增容的上海市中心城区节能减排实践

贺 林 李红雷 华东电力试验研究院有限公司

1 前言

随着城市发展，上海中心城区电力需求不断上升，加之近几年上海电网逐渐转变为“强馈入弱开机”运行模式，出现了局部热点地区负荷较重、部分220 kV电缆通道存在潮流重载的问题，已成为上海电网中的关键输电瓶颈，制约了地区供电能力，降低了供电安全性。上海闸电燃气轮机发电厂是上海电网杨行分区的电源点，也是上海电网的调峰电厂和黑启动电厂。闸北、钢铁和森林等局部区域220 kV热点地区对外联络线中蕴铁2210线为400导线，闸蕴2205/2268均为电缆线路，区内闸蕴输电通道在闸电燃机电厂长期发电顶潮流下仍存在潮流重载问题，且存在220 kV电缆段双线阻抗不匹配，部分220 kV电缆更易过载的问题，需要闸电燃机长期开机来缓解潮流过载问题，在用电高峰时期必须大开机甚至过夜运行，降低电网运行经济性。仅2013年，闸电燃机电厂全年发电量就高达5.35亿度，折耗标煤21.61万t，排放二氧化碳59.86万t，严重影响环境。通过电缆增容运行，可以避免电厂长期发电，降低能耗，减少排放，保护环境，提升附近居民生活质量。

图1 闸北、钢铁、森林地区网架结构图

2 地区电网结构分析

随着城市发展，上海中心城区电力需求不断上升，加之近几年上海电网逐渐转变为“强馈入弱开机”运行模式，出现了局部热点地区负荷较重、部分220 kV电缆通道存在潮流重载的问题，已成为上海电网中的关键输电瓶颈，制约了地区供电能力，降低了供电安全性。闸北、钢铁和森林地区即为其典型代表，该地区网架结构如图1所示。

该地区是上海中心城区供电比较薄弱的区域，且该地区重要负荷较多，包括钢铁企业、军事设施、三甲医院、大型商业广场以及大量居民负荷，对供电可靠性要求较高。

区域内有钢铁、森林、新江湾等220 kV变电站，主要由某电厂以及蕴藻浜站进行供电，而且蕴藻浜站两回出线电缆阻抗不匹配，并列运行潮流相差较大，一旦2205线故障，2268线易发生过载，导致断面限额较低，迫使某电厂需要长期开机来降低断面输送潮流。这一状况不仅影响该地区运行方式安排、降低了地区用电可靠性，而且在用电高峰时期电厂必须大开机甚至过夜运行，降低电网运行经济性。

因此，蕴藻浜——闸北断面输电能力需要进一步提升，而将2268线更换较大截面电缆的建设费用需要约1亿元，相比之下，若对该回电缆实施增容，可达到节能减排效果。

3 电缆增容工程实施

2268线总长6.7 km，全程排管敷设，敷设环境包括工井、电缆沟道（空气中敷设）、排管，各位置邻近的电缆的数量、电压等级、负荷情况各不相同，排管结构也有所不同，因此对工井进行了逐个排查分析（见图2），确定可3个工况最恶劣电缆段开展分析计算。

排查结果表明2268电缆全线发热最大、工况最恶劣的是位于蕴藻浜站和第一个中间接头之间的电缆段（1），其载流量明显低于其他电缆段。

该位置电缆敷设于24孔水泥排管内（图3），该处排管分4层，第1层4孔（内径175 mm），第2层6孔（内径175 mm），第3、4层均7孔（内径150 mm）。该处排管埋深为0.5～1.0m（排管和地面的距离），共敷设有1回220 kV电缆和10回35 kV电缆。10回35kV电缆均为3×400截面的交联聚乙烯绝缘电缆。

图2 全线瓶颈点分析

图3 瓶颈点排管结构

根据IEC60287标准中的电缆载流量计算理论，影响电缆载流量的主要外部因素包括邻近电缆负荷、土壤热阻系数、混凝土热阻系数、土壤温度、排管埋深等。对该瓶颈点进行建模计算得到了各因素对2268电缆载流量影响的程度差异见于表1。

表1 各因素对2268线载流量的影响

在表1所列各影响因素中土壤热阻系数和混凝土热阻系数可归结为对外部热阻的影响（确定值），地温通过每天测量邻近土壤的温度获得（实测值），电缆埋深由设计图纸确定（确定值），而对2268线载流量影响最大的临近35 kV电缆负荷则是实际运行中可以控制的因素。

根据运行经验，电网春秋季的最高负荷不到夏季最高负荷的60%，因此，可以确定实施增容前该排管内每条35 kV电缆的夏季最大负荷，将其60%作为春秋季的长期负荷。为留出一定的安全于都，在计算中，初步假定35 kV电缆始终工作在长期负荷（如表2）。

表2 排管内35kV电缆电流 A

由此计算得到不同地温条件下的春秋季载流量限额见表3。

表3 春秋季载流限额表

在冬夏季用电高峰期间，通过对2268电缆运行环境进行准确测量以及临近电缆负荷的精细化控制，可在原有基础上提高其夏季载流量限额。

图3中2268电缆同排管内共敷设有10回35 kV电缆，其中3回长期以来电流都很小（2012年最高负荷日电流分别为2.8 A、8.2 A、42.8 A）。正常情况下可将其电流分别限制在：30 A、40 A、50 A以下。针对剩余负荷较大的7回35 kV电缆（2012年最高负荷均超过200A），下面列出了2种典型的夏季限流方式的计算结果（冬季高峰期间计算方式与之类似）。

（1）7回35 kV电缆全部限制

如将7回35 kV电缆限制在夏季最高负荷的100%、85%、60%、50%以内，则2268电缆在地温28℃下的输送容量如表4所示。

表4 限制7回电缆负荷后的2268容量（地温28℃）

（2）仅限制最靠近的3回35kV电缆

如限制最靠近2268线的3回35 kV电缆的负荷，可以有效提高2268的输送容量。计算结果如表5所示。

表5 限制最靠近的3回电缆负荷后的2268的输送容量

5 增容实践成效

（1）实际增容效果

2268电缆从2013年1月开始实施输送能力提升运行，全年的载流量计算值都超过2268原限额。在2013年夏季最高负荷日达到了674.6 A（257 MVA），地温为28.8℃。而该电缆原限额是523 A（199 MVA），实际运行增容了28%。增容效果显著。

增容运行期间，根据2268光纤测温数据，对电缆运行状态进行了跟踪分析，在最高负荷日（8月5日），通道内温度仍满足要求，所以电缆增容发热不会威胁其安全运行。

（2）节能减排效果

实施增容之前一年，该电厂全年发电量5.35亿度，折耗折耗标煤21.61万t，排放二氧化碳59.86万t，SO2排放量1421.95 t，NOX排放量1 506.99 t，颗粒物排放量102.69 t。实施增容后，电厂全年发电量1.96亿度，实现节能量9.165万t标煤，二氧化碳排放量下降了63.36%，SO2排放量削减61.40%，NOX排放量削减58.94%，颗粒物排放量削减62.95%，节能减排效果明显，产生了良好的社会效益。

（3）创造经济效益

由于实施2268电缆增容运行，该电厂的开机方式全面优化（开机时间和启停次数大幅减少）。增容运行前年发电量为53 507万kWh，增容运行后发电量仅为19 602万kWh，发电量累计减少63.36%（33 905万kWh），该电厂的燃料是重油、成本很高，约为1.7元/kWh，而上海的火电厂上网电价一般为0.46元/kWh，由此简单估算，全年减少发电燃料成本为4.2亿元。如将2268电缆更换为较大截面电缆，建设费用需要约1亿元，而实施了2268输送容量提升工程后，可节省电缆更换的费用。直接经济效益明显。

（4）对电网调度运行的效益

2268电缆输送能力提升后，充分发挥了该电缆载流能力，相应提高了闸北～蕴藻浜断面稳定限额，降低闸北～蕴藻浜断面潮流重载程度，有效提高闸北、森林、钢铁地区对外通道的交换能力，满足地区负荷用电需求，大大增强该地区电网供电的灵活性和可靠性。同时减少对闸北地区电厂开机方式的限制，缓解闸北和该电厂机组开机压力，确保一般高峰负荷下闸北地区不开机时的该地区电网供电安全可靠性，为将来该电厂关停创造条件。

上海大都市电网电缆化率高，且多个热点地区220 kV电缆存在增容需求，因此该项实践工作也为上海中心城区其他电缆输送能力提升提供借鉴和参考，推广应用前景广阔。