分布式发电在自备电站的应用——以王台瓦斯电站为例

引言

晋煤集团金驹股份公司王台36MW瓦斯发电站(简称：王台瓦斯电站)，是在原煤矸石电站基础上于2007年10月至2009年4月通过实施瓦斯发电技术升级改造后建成的绿色循环经济产业项目，属于国家和我省鼓励发展的新兴产业项目，改造后仍为自备电站性质，供电范围为晋煤集团机关、古书院矿、王台铺矿、凤凰山矿、机修厂、宏圣公司的生产、生活区。

目前，受国家对煤炭行业去产能相关政策制约，晋煤集团老区用电量下降。加之晋城市人民政府办公厅《关于印发晋城市2015年大气污染防治行动及环保重点工作计划的通知》(晋市政办【2015】14号)文件，对晋煤集团老区的古书院煤矿、王台煤矿因资源枯竭于2017年底实施关停。

1. 分布式发电背景

晋煤集团区域的用电负荷较多，需晋城电网为其提供电量约8MW。但由于当前王台瓦斯电站供电区域内的矿井面临减产、关闭等政策性原因，晋煤集团老区的古书院煤矿、王台煤矿因资源枯竭，将于2017年底实施关停，由于王台瓦斯电站自备性质，晋煤集团老区生产用电负荷出现大幅下降，无法消纳王台瓦斯电站所发电量，且多余负荷不能上网交易。不仅国有资产闲置浪费，而且也给该电站现有260余名员工的稳定造成极大影响;同时该电站部分机组停运后，每年少利用200万Nm3瓦斯，而企业其它瓦斯发电机组因满负荷发电也消化不掉这部分瓦斯，为了井下瓦斯抽采达标保障矿井连续安全生产，这部分瓦斯不得不排空处理，不仅不利于煤层气这一新兴产业的健康发展，而且也会造成大气环境污染。

根据国家、省相关产业政策，国家发改委《分布式发电管理暂行办法》、国务院办公厅《关于进一步加快煤层气(煤矿瓦斯)抽采利用的意见》、山西省人民政府办公厅《关于山西省煤矿瓦斯抽采全覆盖工程实施方案》、省经信委《关于进一步做好全省分布式发电运行管理的通知》，结合企业实际，将晋煤集团老区无法消纳的负荷，通过产业结构调整，利用分布式发电方式将多余电量上网，完成了相关部门的批复，同意将晋煤集团金驹煤电化股份有限公司王台36MW瓦斯电站变更为分布式发电机组，按“自发自用，多余上网”方式并网运行。

2. 接入原则

根据《山西省综合利用小电站接入系统技术管理规定(试行)》《国家能源局关于下达2015年光伏发电建设实施方案的通知》《国家发展改革委印发关于利用煤层气(煤矿瓦斯)发电工作实施意见的通知》等，小电站接入系统要根据当地电网电压等级、网络输送能力采用分层接入，一般采用一点接入系统的原则，并应承担该区域电网有功和无功平衡的义务。

王台瓦斯电站20台发电机分别接入110kV晋煤集团中心站6kVⅠ、Ⅱ、Ⅲ段母线，其中7台发电机接入6kVⅠ段母线，7台发电机接入6kVⅡ段母线，经过110kV晋煤集团中心站2台升压变压器(1#、4#主变，2台110kV变压器31.5MVA,110/35/6.3)升压到110kV后，110kV晋煤集团中心站经双回110kV线路接至成庄110kV变电站，再经成庄110kV变电站110kVⅠ、Ⅱ段母线双回110kV线路，接入电力系统东沟220kV变电站110kV母线，6kVⅠ段母线7台发电机、6kVⅡ段母线7台发电机由自备转公网;6kVⅢ段母线6台发电机自发自用。

并网线路可采用钢芯铝铰线、电力电缆、碳纤维导线等，考虑利用原有线路并网，采用钢芯铝绞线LGJ-185/25型(部分线路采用钢芯铝绞线LGJ-120/25型)，各截面导线长期载流量如下表1[1]:

电站最大送出计算功率为25.2MW，各发电单元满发电时输送110kV电流约为165A,JL/G1A-185/25钢芯铝铰线，其长期允许载流量为379A。钢芯铝铰线长期允许的载流量根据所述区域电网情况，王台瓦斯电站周边不但可以满足发电容量的自发自用，又可以将剩余电量上网。

3. 短路电流计算

短路电流计算的目的是为了校验现有断路器的额定开断电流，并校核现有断路器的额定开断电流是否满足要求以及研究限制短路电流水平的措施[2]。110kV晋煤集团中心站经双回110kV线路接至成庄110kV变电站，再经成庄110kV变电站110kVⅠ、Ⅱ段母线双回110kV线路，接入电力系统东沟220kV变电站110kV母线。正常运行方式下系统110kV短路阻抗标幺值为0.0345，经计算并网前后的短路电流如下表2所示：

东沟220kV变电站、成庄110kV变电站、110kV晋煤集团中心站均采用110kV设备采用户外AIS设备，110kV断路器额定电流为3150A，经过短路电流计算，王台瓦斯电站通过分布式并网后，在系统最大运行方式时，短路电流均未超过站内现有断路器的额定开断电流，且不需要更换变电站间隔。

4. 电气一次部分

110kV晋煤集团中心站站内原6kV601、604间隔内6kV电流互感器准确级为0.2S级，满足需要;原1#、4#主变6kV母线PT准确级为0.5/6P，不满足需要，需更换6kV电压互感器6台，准确级为0.2/0.5/6P级。原6kV601、604间隔用智能电度表精度为0.2S级，满足需要，不需更换。

5. 电气二次部分

(1)保护及自动装置要求

110kV晋煤集团中心站、成庄110kV站现有保护装置均为光纤纵差保护;成庄110kV站、东沟220kV站现有保护装置均为距离保护;王台瓦斯电站(原煤矸石电站)6千伏各个发电单元出线均已配置保护测控一体化装置;110kV晋煤集团中心站及成庄110kV变电站均配置故障录波装置，且均配置低频低压解列故障解列装置;测量线路三相电流、有功、无功功率、功率因数、断路器位置信号、隔离开关位置信号、保护装置的动作及告警信号、弹簧储能显示，满足远方/就地监视要求。

(2)计量要求

本期王台瓦斯电站并网计费点设置方式为：

将王台瓦斯电站上网电量计量点设置在110kV晋煤集团中心站站内1#、4#主变6kV侧(601及604间隔)，在601及604间隔装设计量表计，分别计量王台瓦斯电站(原煤矸石电站)供用电的总量。所有表计均采用智能电度表，准确级0.2S级，国标规约带双RS485接口。110kV晋煤集团中心站站内1#、4#主变6kV侧601及604间隔，均安装有智能电度表，满足上述要求，不考虑更换设备。需在电站侧装设无线电能量采集终端1套，将110kV晋煤集团中心站6kV母线接入的电站各个发电单元电量信息传送回国网晋城供电公司。

6. 结语

王台瓦斯电站是已经运行多年的自备电厂，其在主变、线路、保护装置及通信部分均可以全部或者部分利用原来的设施，针对计量、通讯部分修改的较多，电量在本区域无法消纳的情况下，需要对电量进行分解或进入上一级电网。正式利用了现有的煤层气产业政策，充分盘活现有资产，将资产利用率达到最大，同时消耗瓦斯气，使富余电量上网，无论从保护环境、节能减排，还是保障煤矿安全生产等各方面来看，都是最为合理的选择。

摘要：瓦斯发电项目作为一种新型能源发电模式，而瓦斯气具有不易储存的特性，同时它的温室效应远大于CO2，由于自备电厂的性质以及晋煤集团老区负荷减少，使得王台瓦斯电站不能满负荷发电，不仅闲置国家资产，而且造成更大的环境破坏。

关键词：自备,分布式,瓦斯发电,瓦斯气

参考文献

[1] 刘涤尘.电气工程基础[M].武汉理工大学出版社,2005.

[2] 国家电网公司.国家电网公司电力安全工作规程(线路部分)[M].中国电力出版社,2015.

[3] 胡庶.分布式发电装置经济性研究[D].华中科技大学,2007.

[4] 莫颖涛,吴为麟.电力电子技术在分布式发电中的应用[J].华北电力技术,2004(9):48-49.

[5] 朱旋,陈得宝,方振国,等.平均成本下垂控制策略在分布式发电中的应用[J].电力系统保护与控制,2015(10):14-20.

[6] 高伟.基于全年负荷的冷热电联供系统优化分析[D].东华大学,2010.

[7] 梁有伟,胡志坚,陈允平.分布式发电及其在电力系统中的应用研究综述[J].电网技术,2003(12):71-75+88.