勉县生物质发电接入系统1105汇总.docx

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勉县生物质发电接入系统1105汇总

摘要勉县生物质能电厂位于勉县农业产业化科技示范园内，规划建设机组容量1×30MW，计划于2013年建成投产。

本工程根据其周边电网情况对勉县生物质能电厂接入系统方案做了比较研究，最终推荐其以一回线路“T”接至定军—黄沙线路，线路长度约1km。

随后本工程进行了相应的电气计算，提出了系统保护及安全自动装置、系统通信、调度自动化等方面的二次设备配置方案并进行了投资估算。

关键词勉县生物质电厂　接入系统方案研究

1工程概述

1.1设计依据

（1）武汉凯迪电力工程有限公司与我院签订的合同。

（2）武汉凯迪电力工程有限公司提供的资料。

（3）汉中“十二五”配电网规划报告（2012年）。

（4）2011年度汉中地区电网运行方式。

1.2工程概况

勉县生物质能电厂（以下简称“勉县凯迪电厂”）位于陕西省勉县农业产业化科技示范园内（黑河猪场以西，汉江河堤以北），规划建设容量为1×30MW生物质发电机组，该发电项目利用生物质燃料作为清洁能源，可大大减少当地对农业废料处理产生的环境污染。

生物质燃料含硫均较少，采用生物质燃料发电，可减少燃煤电厂带来的二氧化硫对大气的污染，同时减少了粉煤灰、粉尘的排放。

电厂工业污水进行综合处理后循环使用基本达到零排放。

该项目符合《国务院关于落实科学发展观，加强环境保护的决定》（国发【2005】39号）的要求。

勉县凯迪电厂机组机端额定电压10.5kV，额定功率因数0.85，计划于2013年投产，投产后年发电利用小时数7500小时，年发电量2.25亿千瓦时。

为保证投产后电量的送出，受业主勉县凯迪新能源开发有限公司委托进行接入系统方案研究。

1.3设计水平年

根据勉县凯迪电厂建设规划，发电机组将于2013年投产，因此本次以2013年为设计水平年。

1.4研究主要内容

（1）确定勉县凯迪电厂接入系统方案。

（2）进行相关电气计算分析。

（3）配置系统继电保护及安全自动装置。

（4）确定系统通信方式及通道组织。

（5）系统调度自动化配置。

（6）估算本接入系统工程投资费用。

2电网概况

2.1汉中电网概况

2.1.1电源情况

2011年底，汉中地区电网调管的并网运行的水火电厂共140座，发电机306台，总装机容量305.44兆瓦。

其中：

1、火电厂4座，发电机7台，装机容量27兆瓦，占总装机容量的8.84%；水电厂136座，发电机299台，装机容量278.437兆瓦，占总装机容量的91.16%。

2、汉中地调调管水电厂51座，火电厂4座，总装机容量205.722兆瓦。

其中通过110千伏电压等级并网的电厂5座，发电机19台，装机容量97.6兆瓦，占总装机容量的47.44%；通过35千伏电压等级并网的电厂20座（火电厂3座），发电机60台，装机容量83.82兆瓦，占总装机容量的40.74%；通过10千伏电压等级并网的电厂30座（火电厂1座），发电机68台，装机容量24.302兆瓦，占总装机容量的11.81%。

3、与趸售局结算由各趸售县调调管的小水电85座，发电机159台，装机容量99.715兆瓦，占总装机容量的48.47%。

汉中电网火电装机及以110kV电压接入汉中电网水电装机情况见表2-1、表2-2。

表2-1汉中电网火电装机情况单位：

MW，kV

电厂名称

装机容量

单机容量

机组数目

接入系统电压等级

地钢电站

高铁电站

略钢电站

城化电站

表2-2以110kV电压接入汉中电网水电装机情况单位：

MW，kV

电站名称

装机容量

接入变电站

八仙园一级站

卡房电站

八仙园二级站

卡房电站

12.6

330kV洋县变

石泉水电厂

225

330kV洋县变

二郎坝电厂

王家坪变、阳春桥变

石门电站

40.5

红河变

2.1.2电网情况

截止2011年底，汉中地区35千伏及以上变电站145座，主变271台，变电总容量6329.295兆伏安。

其中局属35千伏及以上变电站60座，主变114台，变电总容量4530.05兆伏安。

其中330千伏变电站4座，主变8台，变电总容量1920兆伏安；110千伏变电站43座，主变80台，变电总容量2460兆伏安；35千伏变电站13座，主变26台，变电总容量150.05兆伏安。

大用户330千伏变电站1座，主变3台，变电容量450兆伏安；110千伏变电站19座，主变35台，变电容量832兆伏安；35千伏变电站29座，主变80台，变电容量372.895兆伏安。

趸售局35千伏变电站36座，主变39台，变电容量144.35兆伏安。

2011年汉中电网330千伏通过硖汉三回和洋喜线共四回线与陕西主网联络，网内有330千伏变电站4座，分别为洋县变、汉中变、武侯变、顺正变。

洋县变与汉中变通过汉洋单线联络，汉中变与武侯变通过武汉双回联络，武侯变与顺正变通过顺武双回联络，顺正变通过略顺I线与略阳电厂6#机联络。

汉中电网以四座330kV变电站为电源中心形成四大供电区，呈辐射状向供电区内110kV变电站供电，供电区域划分情况见表2-3。

表2-32011年度末汉中电网供电区域划分情况

供电区域名称

主供电源

包含的110千伏变电站

与其它供电区开环点

洋县供电区

洋县1、2#主变、石泉电厂

佛坪变、大河坝变、贯溪变、城固变、谢村变、圣水变、磨子桥变、西乡变、沙河坎变、葛石变、司家铺变、镇巴变、茶镇变、渔渡变共14站

城徐、洋湑、圣司开关

汉中供电区

汉中变1、2#主变

北郊变、东郊变、西郊变、南郊变、红河变、老君变、徐家坡变、铺镇变、中心变、大河坎变、鑫源变、留坝变、小寨变、草堰变、湑水变共15站

武红ⅠⅡ开关

武侯供电区

武侯1、2#主变、二郎坝电站

高潮变、黄沙变、海红变、定军变、三道河变、王家坪变、烈金坝变、勉县变、阳春桥变共9站

武红ⅠⅡ、侯汉、卧阳、上勉、阳草开关

顺正供电区

顺正1、2#主变

横现河变、凤凰变、峡口驿变、上营变共4站

略三、峡勉、上勉开关

汉中电网面临的问题主要有：

（1）330千伏主变重载情况严重。

2011年汉中变供电区最大负荷已达376MW（11月19日），武侯变供电区最大负荷已达359MW（11月18日），两站均由两台240MVA主变供电，不满足N-1校核，受110kV网架结构的限制，目前只能依靠主变过载稳控切负荷系统作为安全防线。

（2）部分110千伏主变不满足N-1。

运行汉中电网内110千伏变电站仍有阳春桥、三道河、王家坪、镇巴变为单台主变供电，城固变、谢村变主变重载运行，峡口驿、凤凰变、司家铺等变存在不同程度N-1后运行主变过载且无可靠措施的问题。

随着新增负荷不断增长，上述变电站的供电可靠性更加不能满足要求。

（3）部分110千伏输电断面功率较重。

2011年洋谢Ⅰ、Ⅱ线最大潮流已达159兆瓦，按其240mm2导线允许载流量已严重不满足N-1校核；汉铺Ⅰ、Ⅱ线最大潮流近130兆瓦，N-1情况下将单线重载运行；汉红ⅠⅡ线最大潮流为123兆瓦，且带汉中变供电区4座110千伏城区变电站负荷，故障情况下导致市区大面积停电。

2.1.3负荷与电量情况

2011年汉中电网最大负荷1118兆瓦，出现在12月28日19：

25，同比增长8.9%，最大日供电量2350.67万千瓦时，出现在12月28日，同比增长23.1%。

全年供电量64.0371亿千瓦时，同比增长12.23%。

2.2武侯变供电区概况

从地理位置上看，勉县凯迪电厂属于武侯变供电区，以下着重介绍该供电区的情况。

武侯供电区有二郎坝电厂和武侯变两个电源点。

二郎坝电厂容量50兆瓦，武侯变主变容量为2×240MVA，三侧电压等级为330/110/35kV。

向供电区内勉县、宁强两县供电，

武侯供电区正常方式带勉县变、高潮变、海红变、黄沙变、烈金坝、三道河、王家坪变、定军变、阳春桥变9座110千伏变电站及勉西牵、大安牵、燕子砭牵、阳平关牵4座铁路牵引变运行。

开环点：

上勉、峡勉、三略、侯汉、武红ⅠⅡ开关。

2011年底武侯变供电区接线见图2-1。

图2-12011年武侯变供电区接线示意图

2011年，武侯变供电区最大负荷为359MW。

武侯变供电区各变电站最大负荷及容载比见表2-4。

表2-42011年武侯供电区各变电站最大负荷及容载比

变电站

最大负荷（MW）

主变容量（MVA）

变电站容载比

武侯

359

2×240

1.3

定军

2×20

2.1

高潮

2×63

2.1

海红

2×63

1.7

黄沙

3×31.5

1.35

阳春桥

1×31.5

1.2

三道河

1×20

1.4

烈金坝

2×20

8.0

王家坪

1×20

1.3

从各站容载比并结合该供电区网架结构可以看出，330kV武侯变供电压力较大，2011年容载比仅为1.3，不满足N-1。

阳春桥、三道河、王家坪三座110kV变电站只有一台主变，容载比也较高，不满足系统运行要求。

烈金坝变由于周边居民负荷发展较慢，该站的容载比高达8。

该供电区各110kV线路输送功率均在合理范围之内。

“十二五”期间，随着汉钢新增200MW负荷项目的建成，将通过建设330kV汉钢变来满足该项目的用电需求，汉钢变本期由武侯变出两回330kV线路供电，远期将“∏”入330kV杨家山变（开关站）。

该供电区110kV电网无新建变电站及改造线路。

2015年接线见图2-2。

图2-22015年武侯供电区接线示意图

3负荷预测及电力平衡

3.1汉中地区负荷发展

3.1.1“十二五”经济社会发展目标

“十二五”期间，汉中市政府将坚持推进“突出一个核心，狠抓两个构建，实施六大突破”的“126”发展战略，努力将汉中打造成为国家级循环经济示范区。

随着西汉高速、十天高速、宝汉高速、西成高铁、城固机场的陆续建成，汉中将成为西安、成都大都市之间的重要节点城市，汉中经济社会发展将迎来广阔的前景和巨大的发展空间。

预计汉中市2015年将达到1035亿元，“十二五”期间年均增长14％。

“十二五”期间汉中地区新增负荷项目见表3—1。

表3—1“十二五”期间汉中地区新增负荷项目单位：

项目名称

建设性质

投产时间

最大负荷

锌业特种材料有限公司年产10万吨锌合金技术改造

扩建

2011

陕西煎茶岭镍业有限公司镍金矿开发工程

新建

2012

日产2500T新型干法熟料水泥生产线

新建

2012

十天、宝汉高速公路

新建

2013

陕西金燕锌业有限责任公司6万吨锌渣综合回收项目

新建

2013

西安至成都客运专线

新建

2014

150

陕西盛华冶化有限公司6×3万KVA硅钙电炉工程

扩建

2015

120

陕西汉中钢铁集团有限公司汉中钢铁产业整合技术改造灾后重建项目

扩建

2015

200

阳安复线扩能工程及兰渝铁路武都至阳平关连接线

新建

2015

略阳县鸿嘉矿业有限公司金家河锰矿开发工程

新建

2015

略阳县华神矿业有限公司略阳县中坝子钛磁铁矿

新建

2015

汉中远东化肥有限公司60万吨磷酸二铵项目

新建

2015

柳林航空园区

新建

2015

城固县三合循环经济园区基础设施建设

新建

2015

勉县循环经济工业园区基础设施建设

新建

2015

略阳工业集聚区基础设施建设

新建

2015

　合计

843

3.1.2“十二五”电量负荷预测

预测“十二五”汉中全市全社会用电量增长率为13.8%，2015年为100亿KWH，详见表3-1；汉中地区最大负荷预计十二五期间年均增长率14.1%，2015年为1900MW，详见表3-2。

表3-1汉中地区分年度用电量预测结果单位：

亿kWh、%

年份

2010年

2011年

2012年

2013年

2014年

2015年

“十二五”年均增长率

用电量

57.05

59.51

67.24

75.98

85.85

100

13.8%

表3-2汉中地区分年度最大负荷预测单位：

MW、%、h

年份

2010

2011

2012

2013

2014

2015

“十二五”年均增长率

最大负荷

1025

1118

1280

1460

1660

1900

14.1

武侯供电区新增负荷主要有汉中远东化肥有限公司60万吨磷酸二铵项目、勉县循环经济工业园区基础设施建设、陕西煎茶岭镍业有限公司镍金矿开发工程项目，三个项目负荷合计105MW。

武侯供电区负荷预测见表3-3。

表3-3武侯供电区负荷预测单位：

年份

2010

2011

2012

2013

2014

2015

负荷

345

359

361

400

439

453

3.2武侯变供电区电力平衡

根据周边电网规划及的投运时间，武侯变供电区电力平衡见下表。

表3－4武侯变供电区夏大方式电力平衡表单位：

年份

2010

2011

2012

2013

2014

2015

最大负荷

345

359

361

400

439

453

供电能力

482

508

1、武侯变

432

2、二郎坝电厂

3、勉县凯迪电厂

正常情况电力盈余

137

123

121

108

一台主变停运电力盈余

-79

-93

-95

-108

-147

-161

表3－5武侯变供电区冬大方式电力平衡表单位：

年份

2010

2011

2012

2013

2014

2015

最大负荷

345

359

361

400

439

453

供电能力

432

458

1、武侯变

432

2、勉县凯迪电厂

正常情况电力盈余

一台主变停运电力盈余

-129

-143

-119

-158

-197

-211

从电力平衡可以看出，2015年武侯供电区负荷将达453MW，该供电区“十二五”期间虽然新增勉县凯迪电厂作为电源，缓解了该供电区的供电压力，使得正常情况下电力供需刚好平衡，但是在武侯变主变N-1时仍然有较大的电力缺额。

结合网架结构，在武侯变全站停电时，必须要较长时间的限制部分负荷。

原因是在武侯变全站停电时，虽可以由顺正—勉县、峡口驿—勉县共两回线路供勉三线负荷，但是高潮、海红、黄沙三站均由武侯变直接出线，负荷合计约170MW，三站负荷只能通过海红—武侯双回300mm2截面线路供电，受汉中—红河线路截面及南郊变运行方式的限制很难全部倒至汉中变供电区。

建议武侯变在2012年实施主变增容工程，将主变由2×240MVA更换为2×360MVA，同时开展330kV杨家山变的建设，以缓解汉中变的供电压力，提高汉中变和武侯变的互供能力。

4接入系统方案研究

4.1周边电网现状及规划

通过电网地理接线图可以看出，其周边变电站及线路有330kV武侯变、110kV黄沙变、110kV海红变、定军—黄沙110kV线路（定黄线）。

以下分别介绍周边电网情况。

（1）330kV武侯变

330kV武侯变位于勉县凯迪电厂西北约4.5km，主变容量本期2×240MVA，远期2×360MVA，110kV为双母线接线，出线12回，剩余3个出线间隔，“十二五”期间无明确出线方向。

2011年通过两台主变最大功率359MW。

（2）110kV黄沙变

黄沙变位于汉江北岸，勉县凯迪电厂东约1.5km，主变容量3×31.5MVA，110kV采用单母线分段接线，共有四回出线，两回至武侯变，分别一回至定军变、阳春桥变，目前已无110kV出线间隔。

35kV采用单母线分段接线，出线6回，已无空余间隔。

2011年最大负荷75MW。

（3）110kV海红变

海红变于汉江南岸，勉县凯迪电厂东南约4.5km，主变容量2×63MVA，110kV采用内桥接线，两回出线均至武侯变，35kV采用单母线分段接线，目前出线4回，尚有4个备用出线间隔，其中有两个出线间隔预留至八一锌业，其余两个间隔无明确出线方向。

该站主要承担为八一锌业供电的功能。

2010年该站最大负荷为43MW，2011年最大负荷将达75MW。

（4）110kV定黄线

定黄线距勉县凯迪电厂最近处约0.5km，为定军变的备用电源线路，线路导线截面300mm2，长度10km，正常情况下定军变侧110kV开关打开。

4.3接入系统方案

4.3.1比选方案

根据勉县凯迪电厂装机情况，为减少送出投资，建议其以一回线路接入系统，根据周边电网情况，本工程提出以下三个方案：

方案一：

勉县凯迪电厂升压至35kV后以一回线路接至海红变35kV侧，线路长度5.5km，其中距海红变0.3km处需采用直埋电缆，海红变扩建一个35kV出线间隔。

线路路径沿汉江北岸丘陵向东，在距勉县凯迪电厂3km处跨越汉江后向东南约2.5km进入海红变。

图4－2方案一接线示意图

方案二：

勉县凯迪电厂升压至110kV后以一回线路接至330kV武侯变，线路长度约5.5km，武侯变扩建一个110kV出线间隔。

图4－3方案二接线示意图

方案三：

勉县凯迪电厂升压至110kV后以一回线路“T”接至定军—黄沙线路，线路长度约1km。

4.3.2比选方案经济技术比较

三个方案比较见下表。

表4－2方案经济技术比较表

项目

方案一

方案二

方案三

技术比较

建设规模

新建35kV线路5.5km,海红变扩建一个35kV出线间隔

新建110kV线路5.5km，武侯变扩建一个110kV出线间隔

新建110kV线路1km

潮流分布

缓解海红变主变压力，有利于负荷就地平衡。

虽然减轻了武侯变的供电压力，但是造成了110kV网络的潮流迂回，不利于就地平衡。

减轻了武侯—黄沙变线路的压力，但未缓解黄沙变主变压力。

系统运行

简单

增加“T”接点，不利于保护计量

经济比较

线路投资

80×5+60=460

60×5.5=330

变电间隔投资

120

升压站投资

600

1100

投资合计

1090

1550

1160

投资差

460

注：

方案比较中，110kV185mm2线路按60万元/km计，110kV户外间隔按120万元/个计，方案三线路投资按60万元考虑；35kV户外间隔按30万元/个考虑，35kV2×300mm2线路按80万元/km考虑，0.5km35kV电缆按照90万元考虑。

从技术比较可以看出，方案三在联络线上“T”接将会给保护、计量变得复杂，方案一、二则很简单；潮流分布上，三个方案均能够减轻110kV线路的输送压力，但是方案一同时还减轻了主变的供电压力。

投资上，由于方案一为35kV接入系统，升压站投资较方案二、三节省500万元，具有明显的投资优势。

但是，在施工难度上，方案一由于要跨越汉江，施工难度很大，故推荐方案三为接入系统方案。

即勉县凯迪电厂升压至110kV后以一回线路“T”接至定军—黄沙线路，线路长度约1km，一次部分投资约70万元。

4.4主变及电气主接线选择

根据勉县凯迪电厂建设规划，机组容量1×30MW。

机组额定功率因数0.85，计算得机组视在功率为35.3MVA，因此建议其升压变容量本期选择1×40MVA，两侧电压比121±2×2.5%/10.5，短路阻抗10.5%。

该变压器在电厂运行时可以当作升压变，在电厂故障时可同时发挥启备变的作用。

勉县凯迪电厂本远期均以一回110kV线路接入系统，建议110kV电气主接线为线变组接线；根据电厂提供相关资料，该厂计划从由厂外引入1回10kV应急检修电源线路至厂用10kV母线，容量为0.8MVA，在电厂投运前，该线路为施工电源线路。

为保证厂区的用电可靠性，建议10kV采用单母线接线。

勉县凯迪电厂电气主接线见图4-4。

图4－4勉县凯迪电厂电气主接线图

4.5导线截面选择

导线截面按投运后送出容量进行选择。

勉县凯迪电厂总容量30MW，最大负荷利用小时数大于5000时算得架空线路经济截面S=30000/（0.85×110×1.732×0.9）=315mm2，最接近的经济截面应为300mm2，故建议导线截面选为300mm2。

5电气计算

5.1潮流计算

5.1.1潮流计算的条件及原则

（1）计算水平年取2013年，勉县凯迪电厂以一回110kV线路接入定军线。

（2）计算在陕西330kV网架上进行，除黄沙变负荷等值在其110kV母线侧，勉县尧柏水泥等值到其110kV母线侧外，其余负荷等值到武侯变的110kV母线侧。

（4）计算方式取汉中电网冬大和冬小两种方式。

（5）计算中控制系统电压在1.05～0.95倍的额定电压之间。