水泥廠內(nèi)余熱電站并網(wǎng)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(fā)電的電能能夠滿足水泥廠用電負(fù)荷的30%～50%。余熱發(fā)電量的多少和水泥生產(chǎn)線的產(chǎn)量、能耗、操作等有非常大的關(guān)系。通?？梢哉J(rèn)為：在水泥生產(chǎn)線僅維持窯系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的情況下，余熱發(fā)電的電能最小；在水泥生產(chǎn)線產(chǎn)量最大時，余熱發(fā)電的電能最大。而余熱電站并網(wǎng)點的選擇最主要的考慮就是在滿足電網(wǎng)安全運行的前提下，最大限度地發(fā)揮余熱發(fā)電的能力，也就是選擇最合適的并網(wǎng)點，以最大限度地利用余熱能源，使之發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 余熱電站并網(wǎng)點選擇在水泥廠總降壓變電站中壓側(cè)母線

通常情況下水泥廠內(nèi)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(chǎn)用電力。國內(nèi)水泥廠的進(jìn)線電壓通常為220kV、110kV、35kV（以下稱為高壓側(cè)）等，經(jīng)過廠內(nèi)總降內(nèi)的降壓變壓器后降低到6kV或者10kV（以下稱為中壓側(cè)），供全廠的動力設(shè)備供電。大型水泥廠的總降通常會設(shè)有兩路不同的電源進(jìn)線，兩路進(jìn)線互為備用，以保證水泥供電的可靠性。高壓側(cè)接線方式以單母線、單母線分段、內(nèi)橋、外橋型居多，中壓側(cè)則以單母線、單母線分段居多。

1.1 廠內(nèi)建有一條水泥生產(chǎn)線及一臺余熱發(fā)電機(jī)組的情況

這種情況下，本著余熱發(fā)電自發(fā)自用，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)電量不上網(wǎng)反送的原則，余熱電站的并網(wǎng)點應(yīng)選擇在總降內(nèi)并且為窯系統(tǒng)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(chǎn)線內(nèi)的負(fù)荷。水泥生產(chǎn)線在最小負(fù)荷（僅有窯系統(tǒng)運行）運行時，余熱發(fā)電的電力能夠直接供給到窯系統(tǒng)的用電負(fù)荷，從而避免出現(xiàn)余熱發(fā)電的電能無處可去，引起余熱電站被迫減負(fù)荷運行，造成能源浪費（見圖1）。

1.2 廠內(nèi)建有兩條水泥生產(chǎn)線及兩臺余熱發(fā)電機(jī)組的情況

圖1 余熱發(fā)電電力直接供窯系統(tǒng)

圖2 余熱發(fā)電電能分到總降中壓側(cè)母線兩段

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

1.3 廠內(nèi)建有兩條水泥生產(chǎn)線及一臺余熱發(fā)電機(jī)組的的情況

這種情況下，水泥廠內(nèi)有兩條生產(chǎn)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(cè)母線并網(wǎng)，這樣余熱發(fā)電的電力可以送到兩條生產(chǎn)線的負(fù)荷上去。但要注意兩條并網(wǎng)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(jìn)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(huán)，這種情況是不允許的。通常我們會將余熱電站的兩條并網(wǎng)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(jī)械閉鎖的方式實現(xiàn)。這樣，余熱發(fā)電的電能會分配到總降中壓側(cè)母線的兩段，要么供給I段水泥線負(fù)荷，要么供給II段水泥線負(fù)荷（見圖3）。

2 余熱電站并網(wǎng)點選擇在水泥廠內(nèi)的配電站

有些水泥廠內(nèi)未設(shè)總降壓變電站，廠內(nèi)的進(jìn)線電源的電壓即為6kV或10kV，從廠外的變電站中壓側(cè)母線直接送到水泥廠內(nèi)的各個配電站。此時并網(wǎng)點通常選擇在水泥廠內(nèi)的配電站中壓母線或水泥廠外的區(qū)域變電站。如并網(wǎng)點選擇在水泥廠外的區(qū)域變電站，會帶來一系列很難辦理的并網(wǎng)手續(xù)問題，余熱發(fā)電的電能不能直接被水泥廠負(fù)荷使用，水泥廠的經(jīng)濟(jì)效益會有很大損失，故此不建議選擇并網(wǎng)在水泥廠外的區(qū)域變電站。下面就并網(wǎng)點選擇在水泥廠內(nèi)的配電站中壓母線段進(jìn)行討論。

2.1 廠內(nèi)建有一條水泥生產(chǎn)線及一臺余熱發(fā)電機(jī)組的情況

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

當(dāng)窯系統(tǒng)負(fù)荷小于發(fā)電機(jī)額定功率時，需要調(diào)整水泥線相應(yīng)負(fù)荷，避免電量反送到上級變電站或減少發(fā)電量。

2.2 廠內(nèi)建有兩條水泥生產(chǎn)線及兩臺余熱發(fā)電機(jī)組的情況

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

2.3 廠內(nèi)建有兩條水泥生產(chǎn)線及一臺余熱發(fā)電機(jī)組的的情況

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

3 余熱電站并網(wǎng)點選擇在水泥廠總降的高壓側(cè)母線段

有的水泥廠廠內(nèi)供電系統(tǒng)的中壓側(cè)的短路參數(shù)已經(jīng)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(tǒng)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(wǎng)點設(shè)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(cè)并網(wǎng)，那么系統(tǒng)側(cè)提供的短路電流將會相應(yīng)降低，有助于選擇廠內(nèi)的供電設(shè)備，對水泥廠原有的系統(tǒng)影響不大。但這樣會增加升壓變壓器及相應(yīng)的高壓設(shè)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(xì)分析。具體接線見圖7。

4 余熱電站并網(wǎng)點選擇在水泥廠內(nèi)自備電站中壓母線

在部分國外項目上，一些電網(wǎng)不發(fā)達(dá)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(wǎng)在自備電站的中壓母線

位于非洲安哥拉的羅安達(dá)水泥廠是由8臺6.9MW的柴油發(fā)電機(jī)組為水泥生產(chǎn)線負(fù)荷供電。由于當(dāng)?shù)氐碾娏?yīng)匱乏，水泥生產(chǎn)線的余熱電站只能和這8臺柴油發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)。在這種并網(wǎng)情況下，水泥廠內(nèi)的電力系統(tǒng)電壓及頻率波動都比較大，對余熱發(fā)電機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)組之間的調(diào)度要求較高（見圖8）。

4.2 并網(wǎng)在總降內(nèi)的自備電站的中壓母線

在越南HOLCIM水泥廠內(nèi)，水泥生產(chǎn)線余熱電站與越南國家電網(wǎng)及廠內(nèi)自備電站同時并網(wǎng)運行。由于越南HOLCIM水泥廠處于越南南部沿海，處于國家電網(wǎng)的末端，電網(wǎng)的供電不是很穩(wěn)定，為此廠內(nèi)保留了水泥廠建設(shè)初期為其供電的柴油發(fā)電機(jī)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(fā)電機(jī)的供電。但由于余熱電站的發(fā)電量波動較大，所以對廠內(nèi)的總體電力調(diào)度指揮能力要求較高（見圖9）。

5 結(jié)語

綜上所述，水泥廠余熱電站并網(wǎng)點的選擇，應(yīng)依據(jù)以下原則：

（1）并網(wǎng)點應(yīng)盡量選擇在水泥線中壓側(cè)并網(wǎng)。

（2）并網(wǎng)點要選擇在能直接給水泥線窯系統(tǒng)供電的母線段并網(wǎng)。

（3）要對廠內(nèi)電力系統(tǒng)進(jìn)行短路電流計算，校驗并網(wǎng)后全廠的短路電流情況。

（4）最大限度地避免出現(xiàn)余熱電站由于沒有電力負(fù)荷的原因被迫降負(fù)荷運行。

（5）要避免余熱發(fā)電的電力返送至上級電網(wǎng)。

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

[1]弋東方.電力工程電氣設(shè)計手冊[M].北京：水利電力出版社,1989.

[2]中國電力企業(yè)聯(lián)合會.小型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范[M].北京:中國計劃出版社，2011.

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