余热发电机组并网运行的探讨
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摘要：余热发电作为一项新的节能发电应用，其在并网运行方式的落实中应该参照并严格落实并网运行的技术及相关的规格要求。本文首先对余热发电机组并网技术进行阐述，并结合实例说明当前存在的问题并提出优化策略。
关键词：余热发电机组；并网方式；并网运行
中图分类号： TB857 文献标识码： A
一、余热发电机组并网技术
所谓并网运行指的实现电网内部与外部配电网在主回路上的电气连接，以进一步以连接并行的方式进一步运作。并网运行方式包括允许向外部进行功率输送的普通并网以及严禁电能功率外送的并网不上网两种类型。余热发电机组之间的并网运行实际上就是在发电机与电力系统之间建立连接。余热发电机组并网模式中包含复杂的供电线网结构与并网技术，并网技术操作不合理势必会影响电网的运行，可以说发电机组并网运行对电力供应的安全与可靠性要求更高。
余热发电机组并网运行是需要一定条件的，要实现发电机与电力系统之间的并网需要具备三个条件，分别是:一是发电机相序与电网相序大小相等；二是发电机的电压应该与电力系统内的电压一致，而且二者相协调；三是发电机的频率应该与电力系统内的电网频率相一致。其中第一个条件是必要条件。一般而言，并网运行前，内部电力系统与外部的配电网各自独立运作，作为两个个体，内外部的电压、电位、频率等会存在一定的差异，那么在实现并网运行之后机组连接发电时会形成一定的相位差与电压差，这些差值会影响电网的安全运行，因此要实现并网需要差值保持一致作为前提。
并网运行还有一定的电压规格，即外部电力系统中的配电系统电压规格在110KV及以下余热发电系统，其中常用的电压有35KV，110KV等几种。发电机组实现并网运行后，并网的电压与电流之间是反比例关系，可见并网的电压是可以调整的。现阶段，电网运行都将电压设置在一定的范围内，以降低线路及设备的耗用，进而提高电网的安全可靠性。
余热发电机组的并网运行还要进行一定的发电机组容量设置。并网运行的模式会增加发电机组的故障发生率，这样并网运行状态下，发电机组容量较大的化会直接造成电力用户的电力使用安全。此外，并网运行状况下发电机组的容量过高还会增加无功的吸收，进而影响无功电流与无功损耗。国外的余热发电机组的总容量一般都设置在低于最大负荷的25%范围内。
余热电网机组并网运行有两种并网方法，一种是准同步方法，另一种是自同步方法，所谓同步是指并网的一系列操作步骤。当前，国内余热发电机组并网运行的方法多采用准同步方法，准同步方法主要是进行并网运行时，调节电压、频率等，实现外部电力配电系统与内部的发电机组各项数值一致，这是一种近乎同步的理想化操作，需要辅以一些先进的同步装置。
二、余热发电机组并网方式现状分析
余热发电机组并网运行方式其中一个重要原则，就是运行方式要有利于供电网的安全稳定运行，避免高低压电磁环网，简化调度运行和继电保护配置及整定。某企业实行“并网不上网”的发电机组发电方式，也就是严格禁止发电机组的电能功率外送，即PCC处功率流向只能是从外部电网流向电力用户，余热利用发电系统虽然与外部常规供配电网并网，但其所发电量由企业全部自用，即所发电量并不传输到外部电网使用，纯粹技术上的并网连接点也都在企业的内部供配电网线上，通过电缆直接连接。现总共有七台余热发电机组，发电机组以机端电压(发电机出口额定电压10.5kV或6.3kV)分别接至较近总降35kV变电站10kV母线或6kV母线，所发电力在总降35kV变电站10kV母线消化。当发电机组满发时，扣除总降35kV变电站负荷后，尚盈余的电力经变压器升压至35kV，由电缆送至总降压110kV变电站，供35kV用户。尽量确保发电机组所发电力大部分在总降35kV变电站消耗，使送至总降压变电站的电量少和潮流流向合理。
目前两台功率最大的6#、7#余热发电机组，额定功率均为25MW，并网点在2500m3高炉35kV变电站，并网电压等级为10kV，所发电能由电缆上送到供电系统内部电网后再行分配到各10kV配电室，供用户使用，剩余电能经变电站变压器升压到35kV，供35kV用户，两地相距730m（见图1所示）。发电机满负荷运行期间电流达到1400A，在电能传输过程中，由于电流较大，引起传输电缆温度较高，在夏季电缆表面温度曾达到52℃，电缆长期在高温条件下运行加速电缆绝缘老化，散发的热量威胁着同路及其他电缆的安全运行。
图1发电机并网方式
与6#、7#发电机组地理位置同在一处的鼓风机配电室电源也取自2500m3高炉35kV变电站的12#、13#馈线，采用电缆传输方式，且两地相距730m。从这一现状分析，鼓风机配电室用户是由发电机间接提供电能，线路传输损耗是发电机组所发电能上送到2500m3高炉35kV变电站10kV母线的线路传输损耗，与2500m3高炉35kV变电站向鼓风机站传输电能损耗之和。需要计算鼓风机站用户电能传输总损耗。
(一)发电机向鼓风机站间接供电的联络电缆线路损耗
R20=ρ·L/S
=1.75×10-8×730/8×10-4
=0.016Ω
式中，R20—20℃电缆阻值；
ρ—铜导线电阻率，1.75×10-8Ω·m；
L—电缆长度，730m；
S—电缆截面积（发电机联络电缆型号为：ZR-YJV-8.7/102（1×800））。
夏季运行36℃时电缆阻值：Rt=a（tp－20）×R20
=0.004×（36-20）×0.016
=0.0165Ω
线路实际电阻值：R=（R20+Rt+RL）/3=0.033/2=0.0165
线路损耗功率：ΔP1＝3I2R＝3×350×0.0165=6063.75W
(二)10kV鼓风机站馈线电缆损耗计算
R20=ρ·L/S
=1.75×10-8×730/1.5×10-4
=0.0852Ω
式中：ρ—铜导线电阻率，1.75×10-8Ω·m；
L—电缆长度；
S—电缆截面积（10kV鼓风机站至2500m3高炉变电站馈线电缆型号为：ZR-YJV-8.7/103（3×150））
夏季运行36℃时电缆阻值：Rt=a（tp-20）×R20
=0.004×（36-20）×0.0852
=0.0054528Ω
馈线线路实际电阻值：R=（0.0852+0.0054528+0.0852）/3=0.0586Ω
馈线线路损耗功率：ΔP2=3I2R=3×350×0.0586=21535.5W
(三)鼓风机站电能输送功率总损耗
ΔP=ΔP1+ΔP2=27.6kW
以一年中6#、7#25000kW发电机运行小时数为8000h计，则25MW发电机间接向10kV鼓风机站供电过程中线路损耗：W=27.6×8000=220.8万kW·h
按电费0.54元/kW·h计，一年鼓风机站因线路损耗损失的经济效益达：A=220.8×0.54=119.232万元/年据以上计算，鼓风机站由发电机组间接供电过程中线路传输年损耗220.8万kW·h，折合电费是119.232万元。
为有效避免线路传输中增加的额外损耗，达到线路节能和安全运行的目的，对6#、7#25MW发电机组并网方式提出优化方案。
三、优化并网技术运行的几点建议
(一)发电机并网运行模式的优化建议
发电机并网运行要结合供电系统、配电装置、用电量负荷及发电负荷进行全程优化，尤其是一些特殊的像25MW发电机的优化。对于25MW发电机机组优化需要将发电机发出的电力短期存于鼓风机站以助于用户负荷消化，而其它的发电负荷则是选择发电机联络电缆进行电力输送至变电站，以保证进一步用户负荷消化工作的进行。
发电机并网不上网并网运行模式中要进一步加强节电效果。并网不上网的并网运行方式中需要继电保护具有高可靠性与灵敏性，这一步优化措施可以有效加强并网运行中的风险防控，提高电网的经济效益。
(二)发电机并网运行中继电保护方案的优化
一般的继电保护方案主要运用了故障发生时进行的故障隔离的原理，这种保护方案具有一定的风险性。继电保护方案应该以保证电力用户的用电安全为准则，应该最大程度上保证用户不停电，还要保证电网电压状况的稳定性。
优化继电保护方案要做到在发生电网与系统联络故障时保证继电保护装置自行切断联向故障之处的线路，以保护继电装置。
(三)促进余热发电机组并网运行模式的发展
促进余热发电机组并网运行方式的发展需要进行定时的发电机组检测，发电机组的状况是整个电网运行的核心，其一旦出现状况便会威胁到整个电网的安全。发电机组的检测需要参考并网运行的相关规格，并加强装置的试运作，以及时进行问题检修保证电网运营状况安全。
结语
发电机组的并网运行会不同程度的增加电网的运行风险，在技术落实中应该注重相关的风险规避措施的预制，以提高电网的发电水平，真正实现节能减排的工程目标。
参考文献
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