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清洁供暖负荷剧增时电网适应能力分析

2024-03-02 10 上传者：管理员

摘要：基于青海海南州地区网架薄弱，电网断面能力较小，无法满足清洁供暖负荷的增长需求，通过具体的清洁供暖负荷性质分析以及电网的运行方式调整，提出了最终保障负荷接入的实际解决方案，并为电网安全运行在现有装置的基础上提出了继电保护改造方案。

关键词：
断面能力
清洁供暖
清洁能源
负荷性质
运行方式
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2016年召开的中央财经领导小组第十四次会议上，习近平总书记强调，要按照企业为主、政府推动、居民可承受的方针，宜气则气，宜电则电，尽可能利用清洁能源，加快提高清洁供暖比重。青海推进清洁能源供暖，是解决藏区人民温暖过冬的有效手段，符合国家相关政策，有利于促进民族团结和藏区社会稳定，事关打赢精准扶贫攻坚战和乡村振兴战略实施，对藏区人民创造高品质生活具有重要意义。为解决青海海南州贵南县、同德县清洁供暖改造问题，地区需新增负荷较大，但贵南县、同德县网架结构简单，对外仅有2回联络线，且联络线导线截面较小，以现有的供电方式无法满足地区负荷增长。针对此问题，通过分析清洁供暖负荷性质，以及结合实际情况调整运行方式两种方案的可行性比较，提出了最佳的解决方案。

1、需新增负荷及现有网架供电能力分析

2022年贵南县共需新增清洁供暖负荷62 MW，分别为文化路供热站及南台路供热站，贵南县由达玉110 k V变电站及贵南110 k V变电站供电；同德县需新增清洁取暖负荷27.5 MW，为同德供热站，目前同德县由同德110 k V变电站供电，而同德站分列运行，地区断面主要受制于贵达线导线截面影响（导线截面150 mm2）。

现有运行方式下，贵南县清洁取暖负荷接入后由花园系统供电，花园—红湾双回、红湾—尼那双回线路截面及电流互感器CT(current transformer）容量均余量充足，以下着重分析贵德—达玉沿线线路及CT承载能力。

现有运行方式下，贵达线主要为达玉站、贵南站、同德站1号主变压器及同军线负荷供电，同军线28 MW负荷时贵达线分时段负荷曲线如图1所示。

图1贵达线分时段负荷曲线图

贵达线导线的截面为150 mm2，其极限输送容量为84 MVA[1]。因贵达线导线截面小、输送距离长，线路输送容量达到84 MVA后有功损耗将达到15MW，若要满足贵南县本次最少28 MW供暖负荷（按24 h直供计算得出负荷）的接入，贵达线负荷需在41MW以下。依图1统计结果可见，贵达线2022年供暖期不同时段负荷均高于41.9 MW，故现有方式下贵达线不具备本次贵南县清洁取暖负荷的接入条件。贵德侧CT一次允许通过最大电流为300 A，输送容量最大为59.7 MVA，贵德侧CT已有过载风险。故在现有运行方式下，贵达线已不具备贵南县2022年新增清洁取暖负荷的接入条件。

2、清洁采暖负荷特性分析

为解决青海省光伏的消纳问题，本次清洁供暖锅炉全部为蓄热式锅炉[2]，执行9:00—15:00时间段内的优惠电价，基于这种蓄热时间段集中的情况，本次清洁供暖负荷同时率高，负荷较大。下面以南台路供热站为例，分析用增加蓄热时长的。方式能否比低负荷运行更好地解决供电问题。

2.1计算条件

a）热指标统一按55 W/m2考虑，南台路供热站供暖面积182 133.67 m2。

b）将6:00—23:00考虑为供暖时段，其中蓄热时段取在平价及谷价时间段06:00—19:00时间段内合理安排，优先选用谷价时段。

c）将23:00—6:00考虑为保温防冻时间段，热指标按供热指标的0.5考虑。

d）计算电价时谷电电价0.16元/（k W·h），时段为9:00—17:00；峰电电价0.54元/（k W·h），时段为19:00—1:00；平价电价0.35元/（k W·h），时段为1:00—9:00、17:00—19:00。

2.2集中供热典型方式下负荷计算[3]

24 h直供：182 133.67 m2×55 W/m2=10.02(MW）。

8 h蓄热+直供（蓄热时间段9:00—17:00):182 133.67 m2×55 W/m2+(182 133.67 m2×55 W/m2×9 h+182 133.67 m2×55 W/m2×7 h×0.5）/8=25.67(MW）。

10 h蓄热+直供（蓄热时间段7:00—17:00):182 133.67 m2×55 W/m2+(182 133.67 m2×55 W/m2×7 h+182 133.67 m2×55 W/m2×7 h×0.5）/10=20.54(MW）。

12 h蓄热+直供（蓄热时间段7:00—19:00):182 133.67 m2×55 W/m2+(182 133.67 m2×55 W/m2×5 h+182 133.67 m2×55 W/m2×7 h×0.5）/12=17.12(MW）。

2.3几种供热方式成本电价计算[4]

蓄热8 h+直供：电费成本=25.67 MW×1 000×8 h×0.16元/（k W·h)=32 857.6（元）。

蓄热10 h+直供（蓄热时间段7:00—17:00）：电费成本=20.54 MW×1 000×8 h×0.16元/（k W·h)+20.54 MW×1 000×2 h×0.35元/（k W·h)=40 669.2（元）。

蓄热12 h+直供（蓄热时间段7:00—19:00）：电费成本=17.12 MW×1 000×8 h×0.16元/（k W·h)+17.12 MW×1 000×4 h×0.35元/（k W·h)=45 881.6（元）。

24 h直供：电费成本=10.02 MW×1 000×8 h×0.16元/（k W·h)+10.02 MW×1 000×10 h×0.35元/（k W·h)+10.02 MW×1 000×6 h×0.54元/（k W·h)=80 360.4（元）。

统计结果及电价差值如表1所示。

表1南台路供热站各种供暖方式下的电费成本

由上述计算可知，增加供热时长可减小负荷从而达到减小电网供电压力的作用，甚至负荷可降低至原负荷的1/3，但供热站的经营成本也随之增加，为响应政府号召，鼓励供热企业在优惠时间段内蓄热，减小企业运营成本，还是考虑通过调整运行方式[5,6]的措施来保障供电。

3、调整运行方式解决供电问题

因贵德、同德地区网架薄弱，在现有的运行方式下无法满足本次贵南县南台路与文化路清洁供暖负荷的接入需求，经与地市供电公司沟通后，综合确定以下供电方案：将同德站并列运行，达玉站分列运行（110 k V I母，1号主变属花园系统，110 k V II母，2号主变属唐乃亥系统），需更换同岗线同德侧CT、将嵩巴变转出至吉祥系统。南台路供热站属于唐乃亥系统，文化路供热站属于花园系统。

调整运行方式后，各地区可供电清洁取暖负荷如下。

贵南地区：文化路供热站可全负荷（36 MW）供电，南台路供热站可全负荷（26 MW）供电，但考虑到南台路接入后达玉变2号主变存在重载风险，实际运行时需限制部分负荷。

同德地区：可新增27.5 MW清洁供暖负荷。

当贵达线故障时，只能保证贵南县清洁供暖负荷28 MW，同德县清洁供暖负荷15 MW，切除多余清洁供暖负荷；当同岗线故障时，需切除贵南县及同德县全部清洁供暖负荷共78 MW。

4、二次保护的配合

由上述方案调整后的潮流计算可知，因地区网架较为薄弱，送出断面发生N-1故障时，保护应及时动作切除供暖负荷，以保证现有电网稳定运行。为配合本次运行方式的调整，需对达玉站110 k V备自投装置进行改造，使其具备如下功能：一是贵达线故障，需失压保护或备自投联切南台路供热站（达玉变35 k V备用间隔）负荷2.6万k W，备自投联切文化路供热站（达南Ⅱ回）负荷3.6万k W，同时跳达玉站贵达线开关，合上达玉站110 k V母线分段开关，贵南站及达玉站35 k V负荷1万k W倒至唐乃亥系统运行，供热负荷切除后无线路、主变过载现象。二是达同线故障，需失压保护或备自投联切文化路供热站（达南Ⅱ回）负荷3.6万k W，跳达玉站达同线开关，合上达玉站110 k V母线分段开关，达玉站10 k V负荷0.4万k W由花园系统带，供热负荷切除后无线路、主变过载现象。三是唐岗Ⅰ回或同岗线故障，需备自投联切南台路供热站（达玉站35 k V备用间隔）2.6万k W、文化路供热站（达南Ⅱ回）负荷3.6万k W，需失压保护切同德地区供热站负荷2.8万k W，不跳达玉站达同线开关，合上达玉站110 k V母线分段开关，将卡力岗站、同德站、同军线、达玉站10 k V负荷共5.6万k W倒至花园系统运行。

主要改造方案如下：因达玉站为智能站，现有110 k V备自投装置接口无法满足本次连切要求，所以本工程需对其进行更换，将现有达南I回、贵达线、达南II回、达同线、110 k V分段开关以及达玉站—贵南站35 k V线路等开关接入备自投装置中实现联切功能，同时在同德站新上1套低压解列装置，以应对当唐岗I回或同岗线故障时，切除相应负荷。

5、结束语

因海南州贵南县、同德县网架薄弱，供电断面受限而无法满足地区清洁供暖负荷增长的需求，本文最先考虑通过增大供热锅炉蓄热时长来压降负荷，减小电网供电压力，经分析计算后发现该方法虽有一定成效，但大幅度增加了企业的运营成本，故最后通过调整运行方式的方法解决了供暖负荷的接入问题，调整运行方式后给电网运行带来了难度，在现有设备基础上改造了备自投装置。下一步将结合稳控改造和电网网架优化持续保障清洁供暖负荷的发展。

参考文献:

[1]国家能源局.导体和电器选择设计技术规定:DL/T 5222—2005[S].北京:中国计划出版社,2005:98-105.

[2]李湘华,白霄磊,宋新德,等.“电采暖”参与新能源消纳的配电网适应性分析[J].电工技术,2020(6):47-50.

[3]许新举.蓄热式电锅炉供暖工程设计介绍[J].暖通空调,2003(2):94-96.

[4]韩雪.风电供热固体蓄热电锅炉容量选择研究[J].电力勘测设计,2018(3):59-63.

[5]易路.对电网调度运行方式优化对策的探讨[J].信息记录材料,2018(4):40-41.

[6]李知艺,宋克轩.基于云边协同计算的主动配电网调度研究评述[J].浙江电力,2021,40(6):15-21.

文章来源:东国忠,东桂花,王小燕.边远地区清洁供暖负荷剧增时电网适应能力分析[J].山西电力,2024(01):6-8.