基于電纜增容的上海市中心城區(qū)節(jié)能減排實踐

2015-12-16 07:53:50李紅雷華東電力試驗研究院有限公司

上海節(jié)能 2015年5期

賀林李紅雷華東電力試驗研究院有限公司

1 前言

隨著城市發(fā)展，上海中心城區(qū)電力需求不斷上升，加之近幾年上海電網(wǎng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤皬婐伻肴蹰_機”運行模式，出現(xiàn)了局部熱點地區(qū)負荷較重、部分220 kV電纜通道存在潮流重載的問題，已成為上海電網(wǎng)中的關鍵輸電瓶頸，制約了地區(qū)供電能力，降低了供電安全性。上海閘電燃氣輪機發(fā)電廠是上海電網(wǎng)楊行分區(qū)的電源點，也是上海電網(wǎng)的調(diào)峰電廠和黑啟動電廠。閘北、鋼鐵和森林等局部區(qū)域220 kV熱點地區(qū)對外聯(lián)絡線中蘊鐵2210線為400導線，閘蘊2205/2268均為電纜線路，區(qū)內(nèi)閘蘊輸電通道在閘電燃機電廠長期發(fā)電頂潮流下仍存在潮流重載問題，且存在220 kV電纜段雙線阻抗不匹配，部分220 kV電纜更易過載的問題，需要閘電燃機長期開機來緩解潮流過載問題，在用電高峰時期必須大開機甚至過夜運行，降低電網(wǎng)運行經(jīng)濟性。僅2013年，閘電燃機電廠全年發(fā)電量就高達5.35億度，折耗標煤21.61萬t，排放二氧化碳59.86萬t，嚴重影響環(huán)境。通過電纜增容運行，可以避免電廠長期發(fā)電，降低能耗，減少排放，保護環(huán)境，提升附近居民生活質(zhì)量。

圖1 閘北、鋼鐵、森林地區(qū)網(wǎng)架結構圖

2 地區(qū)電網(wǎng)結構分析

該地區(qū)是上海中心城區(qū)供電比較薄弱的區(qū)域，且該地區(qū)重要負荷較多，包括鋼鐵企業(yè)、軍事設施、三甲醫(yī)院、大型商業(yè)廣場以及大量居民負荷，對供電可靠性要求較高。

區(qū)域內(nèi)有鋼鐵、森林、新江灣等220 kV變電站，主要由某電廠以及蘊藻浜站進行供電，而且蘊藻浜站兩回出線電纜阻抗不匹配，并列運行潮流相差較大，一旦2205線故障，2268線易發(fā)生過載，導致斷面限額較低，迫使某電廠需要長期開機來降低斷面輸送潮流。這一狀況不僅影響該地區(qū)運行方式安排、降低了地區(qū)用電可靠性，而且在用電高峰時期電廠必須大開機甚至過夜運行，降低電網(wǎng)運行經(jīng)濟性。

因此，蘊藻浜——閘北斷面輸電能力需要進一步提升，而將2268線更換較大截面電纜的建設費用需要約1億元，相比之下，若對該回電纜實施增容，可達到節(jié)能減排效果。

3 電纜增容工程實施

2268線總長6.7 km，全程排管敷設，敷設環(huán)境包括工井、電纜溝道（空氣中敷設）、排管，各位置鄰近的電纜的數(shù)量、電壓等級、負荷情況各不相同，排管結構也有所不同，因此對工井進行了逐個排查分析（見圖2），確定可3個工況最惡劣電纜段開展分析計算。

排查結果表明2268電纜全線發(fā)熱最大、工況最惡劣的是位于蘊藻浜站和第一個中間接頭之間的電纜段（1），其載流量明顯低于其他電纜段。

該位置電纜敷設于24孔水泥排管內(nèi)（圖3），該處排管分4層，第1層4孔（內(nèi)徑175 mm），第2層6孔（內(nèi)徑175 mm），第3、4層均7孔（內(nèi)徑150 mm）。該處排管埋深為0.5～1.0m（排管和地面的距離），共敷設有1回220 kV電纜和10回35 kV電纜。10回35kV電纜均為3×400截面的交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜。

圖2 全線瓶頸點分析

圖3 瓶頸點排管結構

根據(jù)IEC60287標準中的電纜載流量計算理論，影響電纜載流量的主要外部因素包括鄰近電纜負荷、土壤熱阻系數(shù)、混凝土熱阻系數(shù)、土壤溫度、排管埋深等。對該瓶頸點進行建模計算得到了各因素對2268電纜載流量影響的程度差異見于表1。

表1 各因素對2268線載流量的影響

在表1所列各影響因素中土壤熱阻系數(shù)和混凝土熱阻系數(shù)可歸結為對外部熱阻的影響（確定值），地溫通過每天測量鄰近土壤的溫度獲得（實測值），電纜埋深由設計圖紙確定（確定值），而對2268線載流量影響最大的臨近35 kV電纜負荷則是實際運行中可以控制的因素。

根據(jù)運行經(jīng)驗，電網(wǎng)春秋季的最高負荷不到夏季最高負荷的60%，因此，可以確定實施增容前該排管內(nèi)每條35 kV電纜的夏季最大負荷，將其60%作為春秋季的長期負荷。為留出一定的安全于都，在計算中，初步假定35 kV電纜始終工作在長期負荷（如表2）。

表2 排管內(nèi)35kV電纜電流 A

由此計算得到不同地溫條件下的春秋季載流量限額見表3。

表3 春秋季載流限額表

在冬夏季用電高峰期間，通過對2268電纜運行環(huán)境進行準確測量以及臨近電纜負荷的精細化控制，可在原有基礎上提高其夏季載流量限額。

圖3中2268電纜同排管內(nèi)共敷設有10回35 kV電纜，其中3回長期以來電流都很?。?012年最高負荷日電流分別為2.8 A、8.2 A、42.8 A）。正常情況下可將其電流分別限制在：30 A、40 A、50 A以下。針對剩余負荷較大的7回35 kV電纜（2012年最高負荷均超過200A），下面列出了2種典型的夏季限流方式的計算結果（冬季高峰期間計算方式與之類似）。

（1）7回35 kV電纜全部限制

如將7回35 kV電纜限制在夏季最高負荷的100%、85%、60%、50%以內(nèi)，則2268電纜在地溫28℃下的輸送容量如表4所示。

表4 限制7回電纜負荷后的2268容量（地溫28℃）

（2）僅限制最靠近的3回35kV電纜

如限制最靠近2268線的3回35 kV電纜的負荷，可以有效提高2268的輸送容量。計算結果如表5所示。

表5 限制最靠近的3回電纜負荷后的2268的輸送容量

5 增容實踐成效

（1）實際增容效果

2268電纜從2013年1月開始實施輸送能力提升運行，全年的載流量計算值都超過2268原限額。在2013年夏季最高負荷日達到了674.6 A（257 MVA），地溫為28.8℃。而該電纜原限額是523 A（199 MVA），實際運行增容了28%。增容效果顯著。

增容運行期間，根據(jù)2268光纖測溫數(shù)據(jù)，對電纜運行狀態(tài)進行了跟蹤分析，在最高負荷日（8月5日），通道內(nèi)溫度仍滿足要求，所以電纜增容發(fā)熱不會威脅其安全運行。

（2）節(jié)能減排效果

實施增容之前一年，該電廠全年發(fā)電量5.35億度，折耗折耗標煤21.61萬t，排放二氧化碳59.86萬t，SO2排放量1421.95 t，NOX排放量1 506.99 t，顆粒物排放量102.69 t。實施增容后，電廠全年發(fā)電量1.96億度，實現(xiàn)節(jié)能量9.165萬t標煤，二氧化碳排放量下降了63.36%，SO2排放量削減61.40%，NOX排放量削減58.94%，顆粒物排放量削減62.95%，節(jié)能減排效果明顯，產(chǎn)生了良好的社會效益。

（3）創(chuàng)造經(jīng)濟效益

由于實施2268電纜增容運行，該電廠的開機方式全面優(yōu)化（開機時間和啟停次數(shù)大幅減少）。增容運行前年發(fā)電量為53 507萬kWh，增容運行后發(fā)電量僅為19 602萬kWh，發(fā)電量累計減少63.36%（33 905萬kWh），該電廠的燃料是重油、成本很高，約為1.7元/kWh，而上海的火電廠上網(wǎng)電價一般為0.46元/kWh，由此簡單估算，全年減少發(fā)電燃料成本為4.2億元。如將2268電纜更換為較大截面電纜，建設費用需要約1億元，而實施了2268輸送容量提升工程后，可節(jié)省電纜更換的費用。直接經(jīng)濟效益明顯。

（4）對電網(wǎng)調(diào)度運行的效益

2268電纜輸送能力提升后，充分發(fā)揮了該電纜載流能力，相應提高了閘北～蘊藻浜斷面穩(wěn)定限額，降低閘北～蘊藻浜斷面潮流重載程度，有效提高閘北、森林、鋼鐵地區(qū)對外通道的交換能力，滿足地區(qū)負荷用電需求，大大增強該地區(qū)電網(wǎng)供電的靈活性和可靠性。同時減少對閘北地區(qū)電廠開機方式的限制，緩解閘北和該電廠機組開機壓力，確保一般高峰負荷下閘北地區(qū)不開機時的該地區(qū)電網(wǎng)供電安全可靠性，為將來該電廠關停創(chuàng)造條件。

上海大都市電網(wǎng)電纜化率高，且多個熱點地區(qū)220 kV電纜存在增容需求，因此該項實踐工作也為上海中心城區(qū)其他電纜輸送能力提升提供借鑒和參考，推廣應用前景廣闊。