安化公司供電系統(tǒng)存在的問(wèn)題及改造建議

楊新凱，康鈺濤，杜 燕

(安陽(yáng)化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南 安陽(yáng) 455133)

1 概 述

安陽(yáng)化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱(chēng)安化公司)供電電源由安陽(yáng)供電公司茶棚220 kV變電站經(jīng)Ⅰ茶化、Ⅱ茶化2條110 kV線(xiàn)路分列運(yùn)行提供，線(xiàn)路長(zhǎng)4.3 km；Ⅰ茶化、Ⅱ茶化由茶棚站采用2.3 km架空線(xiàn)路(2×LGJ-240/30)通過(guò)單塔單回架空方式至保險(xiǎn)粉裝置區(qū)東側(cè)，單塔雙回引下電纜，采用6根110 kV電纜(規(guī)格型號(hào)YJLW03-1×800)通過(guò)橋架敷設(shè)方式穿過(guò)(0.4 km)保險(xiǎn)粉裝置區(qū)，由保險(xiǎn)粉裝置區(qū)西側(cè)引上電纜至單塔雙回架空線(xiàn)桿塔至乙二醇界區(qū)北門(mén)崗處(0.3 km)引下，然后經(jīng)由6根110 kV電纜(規(guī)格型號(hào)YJLW03-1×400)經(jīng)1.3 km電纜隧道接至總降110 kV GIS高壓室。

安化公司供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。安化公司有2座110 kV變電站，分別為總降變電站和九龍變電站?？偨底冸娬?10 kV高壓室有9個(gè)間隔，共有2臺(tái)40 MVA的主變，電壓等級(jí)為110 kV/6 kV。九龍變電站110 kV高壓室有9個(gè)間隔，從總降變電站110 kV GIS室通過(guò)電纜(規(guī)格型號(hào)YJLW03-1×400)饋出2條線(xiàn)路分別接至九龍變電站110 kV GIS室，站內(nèi)共有3臺(tái)31.5 MVA的主變，電壓等級(jí)為110 kV/35 kV；35 kV系統(tǒng)分3段，3臺(tái)主變分別為35 kV系統(tǒng)的三段供電，平時(shí)運(yùn)行模式為母聯(lián)龍3501和龍3502在分位、龍3503在合位。

圖1 安化公司供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

九龍變電站35 kV高壓室共有30臺(tái)35 kV戶(hù)內(nèi)開(kāi)關(guān)柜：電壓等級(jí)35 kV/6 kV、容量31.5 MVA的有4臺(tái)，分別為302站1#變、2#變和乙二醇1#變、2#變；電壓等級(jí)35 kV/6 kV、容量20 MVA的有4臺(tái)，分別為十循1#變、2#變和九久1#變、2#變；電壓等級(jí)35 kV/6 kV、容量16 MVA的有4臺(tái)，分別為11#鍋爐1#變、2#變和PSA系統(tǒng)1#變、2#變，6 kV母線(xiàn)均采用單母線(xiàn)分段方式。

2 供電系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題

(1)安化公司所在化工園區(qū)，根據(jù)用電負(fù)荷在化工連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中的重要性及連續(xù)性要求劃分為一級(jí)負(fù)荷，而據(jù)《化工企業(yè)供電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》(HG/T 20664—1999)之4.2.1條的要求，一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由2個(gè)電源供電，采用架空線(xiàn)路時(shí)不宜共塔架設(shè)。

(2)2005年，隨著安化公司甲胺、DMF裝置區(qū)的建成投產(chǎn)，總降變電站110 kV高壓室電源采用架空線(xiàn)路入廠(chǎng)后通過(guò)電纜隧道接入，而這種接入方式是不符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定的：HG/T 20664—1999之7.1.1.2條要求的總變電站應(yīng)便于各級(jí)電壓進(jìn)出線(xiàn)并有足夠的線(xiàn)路走廊；《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50187—2012)要求，總變電站位置的選擇應(yīng)符合便于輸電線(xiàn)路進(jìn)出、靠近負(fù)荷中心或主要用戶(hù)；《35 kV～110 kV變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50059—2011)之2.0.1.3條要求總變電站應(yīng)便于架空線(xiàn)路和電纜線(xiàn)路的引入和引出。簡(jiǎn)言之，總降變電站和九龍變電站被甲胺、DMF強(qiáng)腐蝕性生產(chǎn)裝置區(qū)及凈化分公司生產(chǎn)裝置等包圍，與爆炸、火災(zāi)、重腐蝕等場(chǎng)所的防護(hù)間距不符合HG/T 20664—1999之7.1.2條的規(guī)定(見(jiàn)表1)。

表1 總變電所與總配電裝置距各種化工場(chǎng)所的最小防護(hù)間距 m

(3)110 kV電纜隧道內(nèi)有多電壓等級(jí)電纜，110 kV、35 kV系統(tǒng)電纜中間頭較多，而現(xiàn)階段35 kV系統(tǒng)接地方式為中性點(diǎn)不接地方式，35 kV系統(tǒng)電纜中間頭是35 kV供電系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)——35 kV供電系統(tǒng)產(chǎn)生異常過(guò)電壓可能導(dǎo)致35 kV系統(tǒng)電纜中間頭發(fā)生接地現(xiàn)象，形成穩(wěn)定性的接地電弧，有可能燒壞設(shè)備或引起兩相、三相短路，甚至可能燃燒波及110 kV系統(tǒng)電纜而致全廠(chǎng)電網(wǎng)失壓。

(4)九龍變電站35 kV系統(tǒng)分3段運(yùn)行，龍1#主變電源引自九龍變電站110 kV系統(tǒng)西母線(xiàn)，龍3#主變電源引自九龍變電站110 kV系統(tǒng)東母線(xiàn)，根據(jù)負(fù)荷情況龍2#主變電源可引自九龍變電站110 kV系統(tǒng)東母線(xiàn)或西母線(xiàn)，不論何種運(yùn)行方式，九龍變電站35 kV系統(tǒng)始終有2臺(tái)主變電源引自同一母線(xiàn)，造成部分6 kV配電室電源明為雙電源實(shí)為單電源，無(wú)法滿(mǎn)足用電負(fù)荷等級(jí)的要求。

(5)目前九龍變電站35 kV系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，九龍變電站35 kV系統(tǒng)出線(xiàn)電纜長(zhǎng)度約20 km，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，非故障相電壓對(duì)地升高30.5倍，對(duì)地電容電流較大，電弧不易熄滅，會(huì)形成穩(wěn)定或間歇性的電弧，易導(dǎo)致燒壞設(shè)備或兩相、三相短路情況發(fā)生。

(6)供電系統(tǒng)無(wú)保安電源，無(wú)法保證事故狀態(tài)下的可靠供電，給生產(chǎn)裝置的安全停車(chē)、事故及時(shí)處理、防止事故擴(kuò)大化等埋下了隱患。

3 改造建議

結(jié)合安化公司所在化工園區(qū)的現(xiàn)狀，本著可靠性、可操作性的原則，筆者提出以下改造建議。

(1)隨著安化公司所在化工園區(qū)原料路線(xiàn)的升級(jí)改造，將化肥廠(chǎng)變電站降級(jí)為區(qū)域變電站，將九龍110 kV變電站改造為總降壓站，將Ⅰ化龍2、Ⅱ化龍2線(xiàn)路間隔改為Ⅰ茶化2、Ⅱ茶化2線(xiàn)路間隔，110 kV東母線(xiàn)和西母線(xiàn)各增加1套110 kV GIS間隔，作為原料氣改造項(xiàng)目110 kV/10 kV變壓器間隔，將現(xiàn)Ⅰ化龍、Ⅱ化龍110 kV系統(tǒng)電纜作為110 kV/10 kV變壓器電源線(xiàn)路，將110 kV/10 kV變壓器安裝在總降壓站院內(nèi)，隨原料氣改造項(xiàng)目同步實(shí)施。

(2)建議自保險(xiǎn)粉裝置東側(cè)17#桿將Ⅰ茶化、Ⅱ茶化分成兩路，其中，Ⅰ茶化沿原路線(xiàn)引至九龍變電站，Ⅱ茶化自17#桿向南延伸經(jīng)保險(xiǎn)粉裝置南側(cè)引至九龍變電站。

(3)建議增設(shè)第4臺(tái)電壓等級(jí)110 kV/35 kV、容量31.5 MVA的變壓器，將35 kV系統(tǒng)分成兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)分段運(yùn)行：① 將4臺(tái)變壓器兩兩分組，以有效解決九龍變電站35 kV系統(tǒng)因三段母線(xiàn)配置造成部分6 kV配電室電源明為雙電源實(shí)為單電源的問(wèn)題，以滿(mǎn)足用電負(fù)荷等級(jí)的要求；② 將現(xiàn)有35 kV用電設(shè)備按4段母線(xiàn)供電進(jìn)行重新分配，以解決供電系統(tǒng)中發(fā)電負(fù)荷較低或無(wú)發(fā)電負(fù)荷時(shí)單臺(tái)變壓器容量不能滿(mǎn)足所帶負(fù)荷要求而被迫合環(huán)運(yùn)行的隱患。

(4)建議九龍變電站35 kV系統(tǒng)每段分別采用消弧線(xiàn)圈接地方式，以有效減少35 kV供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)由于不能熄滅電弧所導(dǎo)致的系統(tǒng)諧振概率，進(jìn)而避免誘發(fā)設(shè)備燒壞或兩相、三相短路情況的發(fā)生；另外，新增1套專(zhuān)用新型小電流選線(xiàn)裝置，以便及時(shí)查找確認(rèn)出故障線(xiàn)路，提前停運(yùn)檢修，防止事故擴(kuò)大化。

4 改造方案及優(yōu)缺點(diǎn)分析

4.1 改造方案

4.1.1 110 kV系統(tǒng)的進(jìn)線(xiàn)路徑

自保險(xiǎn)粉裝置東側(cè)17#桿將Ⅰ茶化、Ⅱ茶化分成兩路：Ⅰ茶化沿原路線(xiàn)引至九龍變電站；由于通道限制，Ⅱ茶化自17#桿采用架空線(xiàn)路向西南延伸至無(wú)架空線(xiàn)路通道處，新建一基鋼管塔，轉(zhuǎn)110 kV單芯電纜，沿保險(xiǎn)粉裝置南側(cè)新增電纜橋架引至九龍變電站。

4.1.2 110 kV系統(tǒng)的間隔

九龍變電站110 kV GIS高壓室有9個(gè)間隔，Ⅰ化龍2、Ⅱ化龍2線(xiàn)路間隔改為Ⅰ茶化2、Ⅱ茶化2線(xiàn)路間隔；110 kV系統(tǒng)西母線(xiàn)沒(méi)有備用間隔，東母線(xiàn)有1個(gè)備用間隔，將其用于35 kV系統(tǒng)新增第4臺(tái)變壓器(電壓等級(jí)110 kV/35 kV，容量31.5 MVA)；110 kV東母線(xiàn)和西母線(xiàn)各增加1臺(tái)110 kV GIS間隔，作為原料氣改造項(xiàng)目110 kV/10 kV系統(tǒng)1#變、2#變間隔(變壓器安裝在總降壓站院內(nèi)，暫沿用化1#、化2#名稱(chēng))，現(xiàn)Ⅰ化龍、Ⅱ化龍110 kV電纜作為110 kV/10 kV變壓器電源線(xiàn)路；化1#、龍1#、龍2#主變由110 kV系統(tǒng)西母線(xiàn)供電，化2#、龍3#、新增主變由110 kV系統(tǒng)東母線(xiàn)供電。

4.1.3 新增變壓器的安裝位置

4.1.3.1方案一

新增第4臺(tái)變壓器(電壓等級(jí)110 kV/35 kV，容量31.5 MVA)安裝在乙二醇裝置1#變西側(cè)(乙二醇裝置1#變圍欄距離6號(hào)路東側(cè)路基22 m)，新增變壓器低壓側(cè)采用銅管母線(xiàn)方式接至九龍變電站35 kV高壓室。

優(yōu)點(diǎn)：新增第4臺(tái)變壓器(電壓等級(jí)110 kV/35 kV，容量31.5 MVA)安裝在乙二醇裝置1#變西側(cè)，可以利用現(xiàn)有電纜隧道進(jìn)行110 kV電纜布線(xiàn)，并在其北側(cè)開(kāi)設(shè)一大門(mén)作為消防專(zhuān)用，將6號(hào)路作為新增第4臺(tái)變壓器的檢修和消防通道，投資相對(duì)較少。

缺點(diǎn)：原有事故油池需要北移，會(huì)增加一定的土建施工費(fèi)用。

4.1.3.2方案二

新增第4臺(tái)變壓器(電壓等級(jí)110 kV/35 kV，容量31.5 MVA)安裝在PSA高壓室西側(cè)(PSA高壓室西側(cè)墻體距離6號(hào)路東側(cè)路基20 m)，新增變壓器低壓側(cè)采用銅管母線(xiàn)方式接至九龍變電站35 kV高壓室。

優(yōu)點(diǎn)：原有事故油池位置無(wú)需作調(diào)整，可以直接借用(容量需要設(shè)計(jì)院重新核算)，不用開(kāi)設(shè)消防大門(mén)，6號(hào)路即可作為新增第4臺(tái)變壓器的檢修和消防通道。

缺點(diǎn)：110 kV電纜隧道需要向北延伸，相較于方案一，方案二的投資有所增加。

4.1.4 九龍變電站35 kV高壓室四段母線(xiàn)配置

35 kV高壓室南北兩排高壓柜位置均按照能夠安裝16臺(tái)高壓柜設(shè)計(jì)，現(xiàn)北側(cè)布置有35 kV系統(tǒng)Ⅲ段和Ⅰ段、Ⅱ段新增高壓柜；新增第4臺(tái)變壓器(電壓等級(jí)110 kV/35 kV，容量31.5 MVA)后，將現(xiàn)有35 kV系統(tǒng)三段配置變更為四段配置，南側(cè)布置35 kV系統(tǒng)Ⅲ段和Ⅳ段高壓柜，北側(cè)布置35 kV系統(tǒng)Ⅰ段、Ⅱ段高壓柜，將35 kV系統(tǒng)分成兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)間設(shè)置母聯(lián)，以備應(yīng)急使用。

4.1.5 35 kV系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式

35 kV系統(tǒng)中35 kV/6 kV變壓器均為YN，d11變壓器，消弧線(xiàn)圈可接于YN，d11接線(xiàn)的變壓器中性點(diǎn)上，需與設(shè)計(jì)單位交流溝通確定消弧線(xiàn)圈的安裝容量、規(guī)格及安裝位置。

4.1.6 110 kV電纜隧道技改

針對(duì)110 kV電纜隧道敷設(shè)多規(guī)格電纜且35 kV電纜中間頭較多的情況，建議采取以下方案進(jìn)行改進(jìn)：① 加裝電纜隧道自動(dòng)防火門(mén)，自動(dòng)防火門(mén)耐火極限符合要求，自動(dòng)防火門(mén)與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等聯(lián)動(dòng)；② 電纜中間頭加裝防爆保護(hù)殼，以有效預(yù)防中間接頭爆炸，避免電氣火災(zāi)；③ 電纜隧道內(nèi)采用懸掛式干粉自動(dòng)滅火裝置；④ 增設(shè)電纜無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)，以便對(duì)電纜隧道所有電纜中間頭溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)；⑤ 增設(shè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以便對(duì)電纜隧道內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)監(jiān)控。

4.2 改造方案的優(yōu)缺點(diǎn)分析

4.2.1 優(yōu) 點(diǎn)

(1)將九龍變電站110 kV供電系統(tǒng)改造為園區(qū)110 kV總變電站，預(yù)計(jì)投資1 200萬(wàn)元左右，改造投資在可接受范圍以?xún)?nèi)。

(2)九龍35 kV系統(tǒng)分四段分列運(yùn)行后，龍1#、新增主變電源引自九龍變電站110 kV系統(tǒng)西母線(xiàn)，龍2#、龍3#主變電源引自九龍變電站110 kV系統(tǒng)東母線(xiàn)，部分6 kV配電室電源明為雙電源實(shí)為單電源的情況將不復(fù)存在。

(3)九龍變電站35 kV系統(tǒng)改為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地后，單相接地異常過(guò)電壓抑制在2.8倍相電壓以下，當(dāng)發(fā)生單相接地故障后能夠迅速補(bǔ)償電感電流，防止接地電流達(dá)到一定程度不能熄滅而形成穩(wěn)定或間歇性的電弧，從而可減小燒壞設(shè)備或引起兩相、三相短路情況發(fā)生的概率。

(4)電纜隧道采取有針對(duì)性的技改措施，施工范圍不大，施工周期也不長(zhǎng)，但能使防護(hù)效果最大化。

4.2.2 缺 點(diǎn)

(1)九龍變電站空間狹小，無(wú)升級(jí)擴(kuò)建空間，九龍變電站110 kV GIS高壓室東母線(xiàn)、西母線(xiàn)各新增1套110 kV GIS間隔，需對(duì)110 kV GIS高壓室進(jìn)行擴(kuò)建，擴(kuò)建后其距離龍1#主變較近，導(dǎo)致龍1#主變西側(cè)沒(méi)有檢修通道和消防通道，但也有解決辦法，那就是可以利用龍1#主變東側(cè)和南側(cè)的檢修通道和消防通道。

(2)九龍變電站處于裝置區(qū)內(nèi)部，不利于化工園區(qū)后期項(xiàng)目建設(shè)總體規(guī)劃布局。

5 結(jié)束語(yǔ)

化工企業(yè)生產(chǎn)裝置具有高溫、高壓、易燃、易爆等特點(diǎn)，而化工裝置長(zhǎng)周期、連續(xù)運(yùn)行是其最基本的安全標(biāo)準(zhǔn)化要求，電力系統(tǒng)作為化工裝置的動(dòng)力系統(tǒng)之一，保障其安全、穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要。針對(duì)安化公司所在化工園區(qū)供電系統(tǒng)存在的問(wèn)題，筆者提出了一些改造建議，希望能為安化公司供電系統(tǒng)的優(yōu)化改造提供一點(diǎn)參考，為有類(lèi)似問(wèn)題的化工企業(yè)供電系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)提供一些借鑒。當(dāng)然了，實(shí)際改造時(shí)，還應(yīng)將企業(yè)供配電的特點(diǎn)和各種安全、節(jié)能因素及關(guān)聯(lián)事宜統(tǒng)統(tǒng)考慮在內(nèi)，以使企業(yè)供電系統(tǒng)的運(yùn)行更加安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)。