石油化工企業(yè)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬寧，柳茜

（1.天津惠普數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)工程有限公司，天津 300457；2.北京沃利帕森工程技術(shù)有限公司，天津 300201)

1 石化企業(yè)供配電特點(diǎn)

1.1 對供配電的可靠性要求高

對連續(xù)運(yùn)行的石化企業(yè)來說，對供配電的可靠性要求是非常高的，僅幾個(gè)周波的電力系統(tǒng)故障就能造成大量生產(chǎn)裝置停工，甚至引起災(zāi)難性的后果。

1.2 負(fù)荷相對平穩(wěn)

石化企業(yè)的負(fù)荷是相對平穩(wěn)的，日負(fù)荷曲線的變化很小，生產(chǎn)裝置運(yùn)行正常后，負(fù)荷幾乎數(shù)周甚至數(shù)月不變。

1.3 負(fù)荷以異步電動機(jī)為主

石化企業(yè)的負(fù)荷主要是以異步電動機(jī)拖動的風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)以及隔爆或增安型異步電動機(jī)拖動的機(jī)泵為主。由于石化企業(yè)供配電系統(tǒng)內(nèi)具有大量異步電動機(jī)在運(yùn)行，因此，應(yīng)對其功率因數(shù)進(jìn)行有效的補(bǔ)償。當(dāng)采用電力電容補(bǔ)償時(shí)，電力電容器組宜安裝在主變電所、多區(qū)域配電所或多區(qū)域變電所內(nèi)，因?yàn)檫@些變電所內(nèi)的負(fù)荷相對平穩(wěn)，而且可縮短裝置變電所故障時(shí)的備用電源自動投入時(shí)間。

1.4 大型電動機(jī)啟動

催化主風(fēng)機(jī)等大型電動機(jī)的啟動雖然次數(shù)很少，但啟動時(shí)間卻較長，是影響石化企業(yè)內(nèi)供配電系統(tǒng)的關(guān)鍵問題之一。

1.5 具有企業(yè)自備熱電廠

大型石化企業(yè)都具有企業(yè)自己的熱電廠，其規(guī)模與企業(yè)的規(guī)模及地域的需求有關(guān)，有些規(guī)模大的熱電廠除滿足本企業(yè)的用電需求外還可向電力系統(tǒng)售電，通常僅能為本企業(yè)提供一定負(fù)荷及保安電源。石化企業(yè)的熱電廠的主要作用是為企業(yè)內(nèi)供汽，因此汽輪機(jī)多以背壓式、抽汽背壓式或抽汽凝汽式為主。一旦電力系統(tǒng)發(fā)生故障造成石化企業(yè)大面積停電，生產(chǎn)裝置會立即停止用汽，各發(fā)電動機(jī)很難保證此時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行。通常大型石化企業(yè)的熱電廠既是企業(yè)供配電系統(tǒng)的中心。

1.6 逐步擴(kuò)容

石化企業(yè)的另一特點(diǎn)是用電負(fù)荷的逐步擴(kuò)容，增加新裝置及改造擴(kuò)容是石化企業(yè)司空見慣的事情，因此在設(shè)計(jì)石化企業(yè)內(nèi)供配電系統(tǒng)時(shí)一定要考慮留有足夠的擴(kuò)展余地。

2 石化企業(yè)對供電電源的要求

石化企業(yè)的用電負(fù)荷較大，通?？傔\(yùn)行容量大于60MVA，并應(yīng)由兩個(gè)以上獨(dú)立的電源供電，運(yùn)行方式一般為雙電源單運(yùn)行或雙電源雙運(yùn)行。

所謂雙電源單運(yùn)行供配電方式是某個(gè)供電電源正常運(yùn)行另一個(gè)供電電源作備用，正常運(yùn)行供電電源故障后備用供電電源自動投入確保企業(yè)的連續(xù)供配電。該運(yùn)行方式的優(yōu)點(diǎn)是企業(yè)內(nèi)供配電系統(tǒng)倒閘操作方便，缺點(diǎn)是正常運(yùn)行供電電源故障后極易造成企業(yè)生產(chǎn)的混亂。

雙電源雙運(yùn)行供配電方式是兩個(gè)供電電源均正常運(yùn)行，某個(gè)供電電源故障后母線聯(lián)絡(luò)斷路器自動投入確保企業(yè)的連續(xù)供配電。該運(yùn)行方式的優(yōu)點(diǎn)是某一供電電源故障后對企業(yè)生產(chǎn)造成的影響較小，缺點(diǎn)是企業(yè)內(nèi)供配電系統(tǒng)倒閘操作很不方便。

3 石化企業(yè)內(nèi)的主變電所

石化企業(yè)通常是以總降壓變電所作為主變電所。一些石化企業(yè)內(nèi)具有數(shù)個(gè)主變電所，運(yùn)行方式等事宜通常供電力公司制約。石化企業(yè)內(nèi)主變電所的接線方式通常是單母線分段帶旁路母線及雙母線等，一般位于企業(yè)的外側(cè)以便輸入供電電源，因此，必須采用電力電纜向生產(chǎn)裝置變電所供電。企業(yè)內(nèi)采用供配電電壓及供配電方式應(yīng)根據(jù)企業(yè)的負(fù)荷特點(diǎn)及地理位置等因素仔細(xì)選擇。

4 石化企業(yè)內(nèi)供配電電壓及供配電方式

我國石化企業(yè)內(nèi)供配電電壓通常為：35kV，10kV，6kV及0.4kV；

石化企業(yè)內(nèi)主要供配電方式為：主變電所直配供配電方式；多區(qū)域配電所供配電方式；多區(qū)域變電所供配電方式。

5 主變電所直配供配電方式

從主變電所6（10）kV母線采用放射式直接供配電至各裝置變電所就構(gòu)成了主變電所直配供配電方式。

該供配電方式構(gòu)成簡單，設(shè)備管理集中，容易實(shí)現(xiàn)全企業(yè)的微機(jī)化管理及保護(hù)，各裝置變電所均可無人值守，人員需求較少，是目前多數(shù)石化企業(yè)主要采用的供配電方式。但該供配電方式主變電所配出回路過多，系統(tǒng)供配電損耗很大，另外，目前多采用電力電纜沿系統(tǒng)管架敷設(shè)的形式，多條電纜都從主變電所一處配出也給這些電纜的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行以及今后的擴(kuò)容都帶來了極大的不便。在該供配電方式中每個(gè)配出回路都必須按該生產(chǎn)裝置的最大運(yùn)行負(fù)荷考慮，因此，不得不增加電器設(shè)備及配出電纜的投資。由于該供配電方式僅從主變電所一處配出，供配電系統(tǒng)末端的電壓波動很大，這給處于企業(yè)負(fù)荷遠(yuǎn)端的儲運(yùn)及給排水系統(tǒng)的電氣運(yùn)行造成了一些困難。

為了在主變電所配出線短路時(shí)維持主變電所6（10）kV母線的殘余電壓，以及限制裝置變電所的短路容量，也不得不在主變電所母線配出端安裝出線電抗器。出線電抗器的安裝又給大型電動機(jī)啟動及供配電系統(tǒng)運(yùn)行等帶來了一系列問題。大型電動機(jī)回路出線電抗器的選擇是一個(gè)非常嚴(yán)格的問題，電抗百分值選擇小了，不但短路電流限制的不夠，而且大型電動機(jī)啟動時(shí)對主變電所6（10）kV母線的沖擊也很大；選擇大了，又不能保證大型電動機(jī)啟動時(shí)的機(jī)端電壓及啟動力矩。因該供配電方式從主變電所至裝置變電所是采用電力電纜直配方式，主變電所的短路阻抗與裝置變電所的短路阻抗幾乎相等，不能用短路電流的幅值來選擇裝置變電所內(nèi)故障與主變電所出線電抗器及其系統(tǒng)電力電纜故障，過電流保護(hù)必須采用時(shí)間階梯方式，所以主變電所母線配出回路不能安裝過電流速斷保護(hù)。當(dāng)某一裝置變電所發(fā)生短路故障時(shí)，會造成在主變電所該段6（10）kV母線下各裝置變電所的大量低壓電動機(jī)因瞬時(shí)低電壓停機(jī)，這會給生產(chǎn)造成混亂，而且主變電所配出的回路越多影響范圍越大。計(jì)算主變電所低壓側(cè)母線短路電流時(shí)應(yīng)考慮多臺異步電動機(jī)的影響。該供配電方式的主變電所6（10）kV母線的短路容量及變壓器容量不能太大，否則無法選擇電氣設(shè)備。對于6kV系統(tǒng)，變壓器容量不宜大于31.5MVA；對于10kV系統(tǒng)，變壓器容量不宜大于50MVA。有效的處理方法是將主變電所6（10）kV母線分成多段，以降低主變電所每段母線的短路容量。

6 多區(qū)域配電所供配電方式

石化企業(yè)內(nèi)用電負(fù)荷集中的多處區(qū)域建立區(qū)域配電所，由企業(yè)主變電所以6（10）kV電壓向這些區(qū)域配電所供配電，再由這些區(qū)域配電所向各裝置變電所供配電即形成了多區(qū)域配電所供配電方式。

該供配電方式與主變電所直配供配電方式相比僅是在主變電所的配出方式有所不同。配出回路數(shù)的減少，給這些電纜的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行以及今后的擴(kuò)容都帶來了一定的方便，也減少了電器設(shè)備及配出電纜的投資，系統(tǒng)供配電損耗也有所降低，設(shè)備管理還很集中，可較容易地實(shí)現(xiàn)全企業(yè)的微機(jī)化管理及保護(hù)。除一些重要區(qū)域配電所外，一般區(qū)域配電所及各裝置變電所也是無人值守。該供配電方式也是目前一些石化工企業(yè)采用的供配電方式。由于該供配電方式增加一級配出，使主變電所母線配出回路過電流保護(hù)及各裝置變電所的低電壓保護(hù)與備用電源自動投入與主變電所直配供配電方式相比必須還要增加一個(gè)時(shí)間階梯。主變電所母線配出回路也不能安裝過電流速斷保護(hù)。另外，該供配電方式仍沒有解決供配電系統(tǒng)末端的電壓波動很大及主變電所母線配出端電抗器的問題。瞬時(shí)低電壓停機(jī)問題依然存在，大型電動機(jī)回路也仍然需要主變電所6（10）kV母線經(jīng)出線電抗器直配的供配電方式，而且主變電所母線的短路容量及變壓器容量受限問題也無法解決。

7 多區(qū)域變電所供配電方式

同多區(qū)域配電所供配電方式相似，區(qū)域變電所供配電方式也是在石化企業(yè)內(nèi)用電負(fù)荷集中的多處區(qū)域建立區(qū)域變電所，將電力系統(tǒng)獲得的電源電壓經(jīng)數(shù)臺主變壓器變壓為石化企業(yè)內(nèi)可接受的35kV電壓，由企業(yè)主變電所用35kV電力電纜向這些區(qū)域變電所供配電，再由這些區(qū)域變電所經(jīng)過變壓器變壓后，再向各裝置變電所供配電即形成了多區(qū)域變電所供配電方式。

該供配電方式是以35kV為主供配電系統(tǒng)，解決了供配電系統(tǒng)末端的電壓波動很大及主變電所母線配出端電抗器的問題，而且主變電所母線的短路容量及變壓器容量受限問題也得到了解決。主變電所母線配出回路可安裝過電流速斷保護(hù)，縮短了斷開35kV電力電纜短路故障的時(shí)間。從主變電所經(jīng)35kV電力電纜與變壓器配至各大型電動機(jī)，使各大型電動機(jī)與其供配電的變壓器組成了電動機(jī)—變壓器組，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)各大型電動機(jī)的有關(guān)參數(shù)很容易地選擇變壓器的容量及阻抗電壓百分值。該供配電方式不必增加主變電所母線配出過電流保護(hù)及各裝置變電所的低電壓保護(hù)與備用電源自動投入的時(shí)間階梯，瞬時(shí)低電壓停機(jī)的影響范圍也有所減小。雖然該供配電方式是以35kV為主供配電系統(tǒng)，但在主變電所附近的生產(chǎn)裝置還應(yīng)采用主變電所直配供配電方式。但由于在企業(yè)內(nèi)增加了35kV電壓等級，而且該供配電方式與上述兩個(gè)供配電方式相比增加很多變壓器，這給企業(yè)內(nèi)供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理及檢修試驗(yàn)增加了很大的難度，目前我國大型石化企業(yè)還很少采用該供配電方式，但卻是今后新建大型及特大型石化企業(yè)主要采用的方式。

8 裝置變電所供配電方式

裝置變電所通常均采用單母線分段的供配電方式，母聯(lián)一般裝設(shè)備用電源自動投入保護(hù)，配出方式則有母線直配至用電負(fù)荷與母線配至各電動機(jī)控制中心（MCC）再配至用電負(fù)荷兩種。國外進(jìn)口裝置變電所多采用后者，該供配電方式可在MCC開關(guān)柜上減少一些投資，而且可縮小在MCC故障時(shí)對供配電系統(tǒng)的影響范圍。在設(shè)計(jì)裝置變電所開關(guān)柜時(shí)，宜將進(jìn)線、母聯(lián)、電壓互感器、變壓器及補(bǔ)償電容器開關(guān)柜集中布置，以方便今后的運(yùn)行管理。

9 備用電源的設(shè)置

當(dāng)石化企業(yè)發(fā)生大面積停電事故時(shí)，極易發(fā)生著火爆炸事故，一些生產(chǎn)裝置還會造成重大設(shè)備事故，因此，必須考慮企業(yè)全面停電時(shí)的消防及其它問題。企業(yè)熱電廠應(yīng)安裝低周減載裝置，以增加事故情況下的發(fā)動機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定，并通過安裝大型柴油消防泵及在部分生產(chǎn)裝置安裝柴油發(fā)電系統(tǒng)以解決此類問題。

總之，多數(shù)石化企業(yè)的供配電系統(tǒng)是根據(jù)本企業(yè)實(shí)際情況，采用上述各種供配電方式的混合形成的。建議對主變電所附近少量負(fù)荷較少的生產(chǎn)裝置采用主變電所直配供配電方式；對距主變電所較遠(yuǎn)負(fù)荷較少的多個(gè)生產(chǎn)裝置，采用多區(qū)域配電所供配電方式；對距主變電所較遠(yuǎn)或供電半徑內(nèi)負(fù)荷較大的多個(gè)生產(chǎn)裝置，采用多區(qū)域變電所供配電方式。對于新建大型石化企業(yè)的供配電系統(tǒng)，建議考慮多區(qū)域變電所供配電方式。在石油化工行業(yè)中還存在著許多不同的要求，國家規(guī)范和有關(guān)設(shè)計(jì)手冊都有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和詳細(xì)的介紹。文中所寫內(nèi)容，僅為作者的一些理解和工作中的一些體會，希望能對石油化工行業(yè)的工程設(shè)計(jì)人員有所幫助。