煤矿瓦斯发电厂接入系统

文/石建涛

瓦斯发电不仅具有良好的经济效益，同时也有利于增加洁净能源供应、减少温室气体排放，达到节能减排、保护环境的多重目标。近年来，西山煤电公司对瓦斯发电项目高度重视，到目前为止，总装机规模约50MW，随着瓦斯电厂的规模增大，出现的问题也随之增多。本文就煤矿瓦斯发电为研究方向，对煤矿瓦斯发电接入系统相应问题进行论述，并提出解决方案。

1 煤矿瓦斯发电的主要优势

随着国民经济的快速发展，我国对能源的需求越来越大。而资源赋存条件决定国内油气产量无法大幅增长，油气供应缺口急剧增大。据国家发展改革委能源所预测，2010年我国油气缺口分别达到1.3亿吨和300亿立方米；2020年这两个数字将分别上升到2.2亿吨和1000亿立方米。

习近平主席在党的十八大报告中指出：“推动能源生产和消费革命，控制能源消费总量，加强节能降耗，支持节能低碳产业和新能源、可再生能源发展，确保国家能源安全。”要在构建和谐社会中又好又快发展，就必须加强能源资源节约和生态环境保护，这样才能为西山煤电公司可持续发展提供持久的动力，也是西山煤电公司应对保护全球气候承担的责任。

在这样的能源背景下，西山煤电公司响应国家政策，对矿井抽采瓦斯进行利用。相比传统能源，瓦斯发电具有以下优势：

1.1 瓦斯发电可以减少碳的排放

煤层气主要含有甲烷（CH4）、氮气（N2）、氧气（O2），其中甲烷（CH4）属温室气体，它对地球产生的温室效应约为CO2的21倍，大量的瓦斯气抽出后直接排入大气，将对地球环境造成严重的不良影响，而利用瓦斯发电不仅可以减少碳排放，所发电力还可以供矿井使用。

1.2 具有较大的经济效益

经计算，生产期内瓦斯发电平均发电单位生产成本约为0.139元/KW·h（不含财务费用），平均供热单位生产成本为36元/GJ（不含财务费用）。低于煤炭发电、供热成本（国内火电厂发电平均成本约0.35元/KW·h），具有很好的盈利能力。

2 煤矿瓦斯发电并网对电网的影响

由于煤矿瓦斯电厂机组装机容量相对于较小，这就导致煤矿瓦斯发电机组在运行过程中，容易受到外界的影响。若发电机组不能进行及时的调整和控制，会导致发电机组出现电压波动，对电网造成影响。而电网电压的稳定性将直接决定了整个电力供应网络运行的稳定性，可能使整个电力系统运行出现问题，导致供电系统出现崩溃，无法进行正常的运行。

另一方面，供电系统电压分布和网损相较于从前会受到瓦斯电厂的影响，在对电网潮流进行计算时，由于瓦斯电厂规模较小，且各个电厂较为分散，所发电力又受到煤矿开采气量的制约，供气量不稳定会导致电站所发电力会出现波动，增加了潮流计算的难度，也增大电力系统稳定计算和故障分析的难度。

综上所述，为降低瓦斯电厂并网对区域供电网络的影响，建议瓦斯电厂仅作为矿井自备电厂，所发电力供矿井日常使用，并采取措施防止矿井负荷较低时倒送电至区域供电网，影响区域供电网的稳定性。

3 对煤矿瓦斯发电接入系统采取的措施

以西山煤电集团屯兰矿瓦斯发电站为例，发电站现有装机容量为20MW，接入系统采用35kV电压等级接入屯兰35kV工广变电站35kV II段母线，屯兰矿35kV工广变电站，内设2台25000KVA主变，采用35kV单母线分段运行方式，2回35kV电源引自屯兰110kV变电所，导线截面为LGJ-240，长度为2.2km。

日常生产中，为防止倒送电，保证矿井及电网稳定运行，采取以下措施：

（1）工广35kV变电站系统进线电源失电后要求联跳瓦斯电站进线开关，当系统电源恢复供电，调度允许的情况下瓦斯电站方可接入，避免了电网自动重合闸与瓦斯电站的冲突，保证了安全可靠供电要求。

（2）工广35kV变电站合环倒负荷运行工况下，35kV母·联开关设置机械闭锁装置，手动合35kV母联开关前必须断开瓦斯电站进线开关，因此在合环倒负荷运行工况下保证了煤矿安全可靠供电要求。

（3）对于工广35kV进线，依据《继电保护和安全自动装置技术规程》的有关要求，装设35kV线路综合保护测控装置，合理配置有关保护功能，包括光线纵差保护、三段式电流保护、过负荷保护、零序保护/小电流选线等，可以为瓦斯机组进线提供完善的主后保护，提高当前系统接线的可靠性。35kV进线线路的控制纳入工广变电站综合自动化控制系统。

（4）在110kV变电站设置负荷报警、联跳装置，屯兰110kV区域站35kV II段母线用电总负荷约20000kW，为防止矿井用电负荷较低时倒送电对电网稳定性造成影响，在110kV变电站设置负荷报警、联跳装置。当太原市供电局所供电量小于3000kW，通过屯兰110kV变电站的负荷报警、联跳装置控制系统向屯兰瓦斯电厂发出报警信号，并自动对屯兰瓦斯电厂发电机组进行降载、停机直至满足电力负荷的要求。同时，将屯兰110kV变电站Ⅱ段负荷数据通过站间通讯系统传给屯兰瓦斯电厂终端，通过软件解析后将屯兰110kV变电站Ⅱ段负荷及预计减载参数显示在终端界面，以便屯兰瓦斯电厂现场人员对负荷使用情况进行预判，手动降载。

（5）适当提高发电机组运行功率因数，《发电机运行规程》中规定：发电机功率因数以0.8为宜，不得超过0.95。发电机作为电力系统基本的有功电源，也是重要的无功电源，为维持系统电压稳定，需要有足够的无功功率支持，但由于瓦斯发电厂发电受矿井开采气量及用电负荷限制，当发电机组停运时，为了减少矿井用电负荷对机组的无功依赖，建议在负荷中心装设无功补偿装置，做到无功功率的就地平衡，同时，适当提高机组运行功率因数。

4 总结

瓦斯发电可有效降低瓦斯气直排对环境的污染，确保煤矿安全生产，是节约能源、资源综合利用与环境保护为一体的环境保护工程。该项目具有良好的环境效益和社会效益，同时又有良好的经济效益，符合国家现行的政策。近年来，瓦斯发电项目投产越来越多，与传统能源产业相比，具有很大的优势，但同时，也存在一系列问题，本文对相关情况进行阐述，并就实际处理措施进行分析，抛砖引玉，希望我国煤矿瓦斯发电工程越做越好。