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1、勉县生物质发电接入系统1105勉县生物质发电接入系统(1105)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130MW，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

2、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11.8

3、1%。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33110高铁电站126235略钢电站63235城化电站63235 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15卡房电站八仙园二级站12卡房电站12.6330kV洋县变石泉水电厂225330kV洋县变二郎坝电厂50王家坪变、

4、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.

5、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2-3 2011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

6、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 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、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

7、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

8、重。2011年洋谢、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、线最大潮流近130兆瓦，N-1情况下将单线重载运行；汉红线最大潮流为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

9、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2240MVA，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、武红开关。2011年底武侯变供电区接线见图2-1。图2-1 2011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2-4 2011年武侯供电

10、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35922401.3定军192202.1高潮592632.1海红752631.7黄沙74331.51.35阳春桥26131.51.2三道河141201.4烈金坝52208.0王家坪161201.3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

11、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2-2 2015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

12、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31。表31 “十二五”期间汉中地区新增负荷项目 单位：MW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201170陕西煎茶岭镍业有限公司镍金矿开发工程新建201260日产2500T新型干法熟料水泥生产线新建201225十天、宝汉高速公路新建201320 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201310西安至成都客运专线新建2014150陕西盛华冶化有限公司63万K

13、VA硅钙电炉工程扩建2015120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2015200阳安复线扩能工程及兰渝铁路武都至阳平关连接线新建201540略阳县鸿嘉矿业有限公司金家河锰矿开发工程新建201530略阳县华神矿业有限公司略阳县中坝子钛磁铁矿新建201510 汉中远东化肥有限公司60万吨磷酸二铵项目新建201525柳林航空园区新建201535城固县三合循环经济园区基础设施建设新建201520勉县循环经济工业园区基础设施建设新建201520 略阳工业集聚区基础设施建设新建20158 合计8433.1.2“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1

14、3.8%， 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57.0559.5167.2475.9885.8510013.8%表3-2 汉中地区分年度最大负荷预测 单位：MW、%、h年份201020112012201320142015“十二五”年均增长率最大负荷10251118128014601660190014.1武侯供电区新增负荷主要有汉中远东化肥有限公司60

15、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：MW年份201020112012201320142015负荷345 359361 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34 武侯变供电区夏大方式电力平衡表 单位：MW年份201020112012201320142015最大负荷345 359 361 400 439 453 供电能力4824824825085085081、武侯变43243

16、24324324324322、二郎坝电厂5050505050503、勉县凯迪电厂000262626正常情况电力盈余137 123121 108 69 55 一台主变停运电力盈余-79 -93 -95 -108 -147 -161 表35 武侯变供电区冬大方式电力平衡表 单位：MW年份201020112012201320142015最大负荷345 359361 400 439 453 供电能力4324324584584584581、武侯变4324324324324324322、勉县凯迪电厂0026262626正常情况电力盈余87 7397 58 19 5 一台主变停运电力盈余-129 -143-

17、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201

18、2年实施主变增容工程，将主变由2240MVA更换为2360MVA，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2240MVA，远期2360MVA，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359

19、MW。（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331.5MVA，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263MVA，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

20、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

21、2.5km进入海红变。图42 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43 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42 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

22、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。系统运行简单简单增加“T”接点，不利于保护计量经济比较线路投资805+60=460605.5=33060变电间隔投资301200升压站投资60011001100投资合计109015501160投资差046070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，35kV2300mm2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

23、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130MW。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

24、议其升压变容量本期选择140MVA，两侧电压比12122.5%/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44 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，

25、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/（0.851101.7320.9）=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1.050.95倍的额定电压之间。相关站点的计算负荷见表5-

26、1。 表5-1 相关站点计算负荷相关站点最大负荷最小负荷P(MW)Q(MVar)P(MW)Q(MVar)武侯变110kV母线300150260130黄沙变110kV母线70356030勉县尧柏水泥1471475.1.2计算结果2013年冬大、冬小方式下的潮流见图5-1、图5-2。图5-1 冬大方式潮流图图5-2 冬小方式潮流图由潮流图可以看出，勉县凯迪电厂接入系统后，周边110kV电网电压水平相对较好。武侯黄沙双回110kV线路大方式下输送功率为229MW，较接入前有所减轻。5.2短路电流计算5.2.1计算条件（1）计算年限：短路电流计算水平年选择为2020年。 （2）电源建设：到2020年，

27、汉中火电厂2600MW机组已建成。（3）电网建设： 陕南电网仍成环运行，330kV杨家山变已经投运，武侯变主变增容改造为2360MVA。（4）勉县凯迪电厂：机组容量30MW，升压变40MVA，短路阻抗10.5%。5.2.2计算结果相关母线短路电流见表5-2。表5-2 相关母线短路电流 单位：kA变电站母线三相短路单相短路武侯变110kV母线17.622.4黄沙变110kV母线1615.8勉县凯迪电厂发电机端6.9勉县凯迪电厂110kV主变高压侧15.614.9勉县凯迪电厂10kV、110kV母线短路电流水平都不高，对设备选择无特殊要求。5.3非同期并列冲击电流计算 以系统容量为基准值经过计算得

28、，勉县凯迪电厂机组允许的冲击电流倍数为1.18倍，而实际承受的冲击电流为2.08倍，远超过允许倍数，故任何情况下禁止机组与系统非同期并列。6系统继电保护及安全自动装置本次继电保护设计，是在系统一次推荐方案的基础上进行的。即勉县凯迪电厂以一回110kV线路“T”接定军黄沙线路，新建“T”接线路长约1km。勉县凯迪电厂110kV电气主接线为线变组接线；10kV采用单母线接线。6.1相关系统继电保护现状黄沙110kV变电站（331.5MVA）的110kV采用单母线分段接线，共有四回出线，至武侯变两回，至定军变、阳春桥变各一回；武侯至黄沙两回线配置的是光纤电流差动保护；黄沙至阳春桥线路配置的是高频距离

29、保护，该线路T接尧柏水泥专用变（配置有三端光纤电流差动保护，按距离运行）。定军110kV变电站（220MVA）的110kV采用单母线分段接线，目前有三回出线，至勉县变、勉县西牵、黄沙变各一回；定勉线配置的是943A型光纤电流差动保护装置，定军变至定军牵引变线路配置的是941A型微机距离保护装置，定黄线配置的是943A型光纤电流差动保护装置，定黄线目前为定军变侧开关打开，为定军变的备用电源线路；定军变电站配置有ISA-367G型微机分段保护装置、微机故障录波装置、低周低压减载装置。6.2继电保护配置方案6.2.1继电保护配置原则勉县凯迪电厂接入系统设计继电保护配置原则按照“继电保护和安全自动装置技术规程