工作单位：合肥水泥研究设计院有限公司 邮编：230051
【摘要】为了保证与水泥生产线配套建设的余热电站安全可靠的并入生产线供配电系统，同时又考虑工程投资，最大限度地利用余热资源，选择一个合适的并网方案显得十分重要。本文以设计的某水泥生产线9MW余热电站工程为例，给出了一个合理的并网设计方案。
【关键词】余热电站、并网、电缆损耗
水泥制造业是一个高耗能行业，能源费用的支出在水泥生产成本中占据很大一部分比例。虽然随着水泥煅烧技术的发展，系统热效率得到了较大地提高，但仍有大量的废气余热未能充分利用。因此完全利用生产过程中的余热，配套建设余热发电机组，提高水泥能效，节能减排，已经成为水泥行业准入条件。本文就是以与水泥生产线同步配置的9MW余热电站设计为例，介绍了余热电站与生产线供配电系统并网联络设计方案。
一、主接线方案
如下图所示为生产线主接线方案，生产线配套建设一座35kV/10kV总降压站，内设容量为25000kVA主变压器一台。除总降压站外，根据生产工艺流程、总图布置及负荷分布情况厂区设置三个中压配电站，每个中压配电站有一段10kV母线。35kV电源单回路架空进线，经主变降压后再以放射方式供给至三个中压配电站。
总降压站采用变电站综合自动化控制系统，利用模块化的电力监控智能装置和微机保护装置取代传统的继电器保护方式，提高了供电系统的可靠性。
表1 10kV三芯动力电缆允许载流量
考虑到过大截面的电缆重量较重，施工难度较大，因此考虑多根电缆并用，这样选型既便于电缆安装敷设又能满足电缆截面选择要求。表1中给出了10kV三芯动力电缆的理论载流量，同时考虑到电缆在不同环境敷设以及电缆的敷设方式等需对载流量进行修正，取综合修正系数为0.9，得出两根并用的电缆的载流量数据。根据计算的额定电流并结合表1，3x150 mm2至3x240 mm2两根并用均满足要求。
如按经济密度条件选择，按照10kV动力电缆经济电流密度1.22A/ mm2，则电缆经济电流截面S=575/1.22=471，因此经济截面介于3x185 mm2至3x240 mm2之间，宜按偏小的选取，考虑选择3x185 mm2合适。
按热稳定条件来选择电缆最小截面，即考虑电缆能耐受短路电流流过的时间内的热效应而不致损坏或烧毁。根据热稳定校验公式S=(√Q/C)x103，其中Q为短路热效应，C为热稳定系数，此处取137。该项目10kV母线短路电流18.3kA，短路电流流过时间按0.5s考虑。则最小截面S=((16.6x√0.5)/137)x103=94.5mm2，因此3x95mm2以上电缆均满足要求。
综合上面几种条件，余热电站联络电缆需选择两根3x185 mm2动力电缆。
三、余热电站并网位置选择
关于余热电站并网位置的选择，水泥生产线一般选择在总降压站或10kV配电站10kV母线并网。
根据总图布置，若余热发电的并网柜布置在35kV总降压站，所需10kV动力电缆3x185 mm2电缆L=680米/根x2根=1360米。铜芯电缆ρ=1.75x10-8Ωm2=0.0175Ωmm2，由此可算出电缆总阻值R=ρL/S=[0.0175x1360÷(185x3)]÷2=0.0214Ω，这样可算出消耗在10kV电缆的年损耗△P1=I2Rt=5752x0.0214x24小时/天x30天/月x10个月≈50943kWh（度/年）。若余热发电并网柜布置在原料磨配电站，余热发电站至原料磨配电站之间10kV动力电缆3x185 mm2电缆L=260米/根x2根=520米，电缆阻值R=[0.0175x520÷(185x3)]÷2=0.0082Ω，经过10kV电缆的损耗△P2=I2Rt=5752x0.0082x24小时/天x30天/月x10个月≈19520kWh（度）。
综上，余热发电并网柜放于原料磨配电站的电缆损耗△P2 =19520 kWh（度）少于放于总降压站的电缆损耗△P1=50943kWh（度），其差值△P=△P1-△P2=50943-19520 =30973kWh（度）。目前电费平值价格大概为0.6元/度，每年电缆损耗的总电费=30973x0.6=18584元，年节省金额18584元/年。另外，电缆数量也从1360米减少至520米，电缆单价按照300元/米计算，电缆总价格=300元/米x（1360-520）米=252000元，节省金额约为￥25万元。
因此，余热电站选择在原料磨配电站并网，无论在初期投资还是后期损耗方面都是最为经济的方案。
论文作者:赵龙
论文发表刊物:《防护工程》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/17
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