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大型石油化工企业供配电系统

摘 要：大型石化企业内采用何种供配电方式，既能满足生产需要，又能使供配电系统安全、可靠、经济、合理地运行是摆在我们面前急需解决的新问题。本文根据大型石油化工企业供配电特点，介绍了石油化工企业内三种主要的供配电方式，并对其进行了较详细的分析比较。
关键字：石油化工 企业供配电
1　前言
　　目前我国的大型石油化工企业（简称石化企业）多数是由中、小型逐步扩容起来的，对于企业内的供配电系统没有很好地按照大型以及特大型石化企业统筹规划。随着我国经济建设的飞速发展以及现代生活的需要，还将新建许多大型以及特大型石化企业，如企业内供配电方式选择不合理将会给企业带来极大的经济损失。因此，大型石化企业内采用何种供配电方式，既能满足生产需要，又能使供配电系统安全、可靠、经济、合理地运行是摆在我们面前急需解决的新问题，也是与大型石化企业供配电特点息息相关的。
2　大型石化企业供配电特点
2.1 对供配电的可靠性要求非常高
对连续运行的石化企业来说，对供配电的可靠性要求是非常高的，仅几个周波的电力系统故障就能造成大量生产装置停工，甚至引起灾难性的后果。
2.2 负荷相对平稳
　　石化企业的负荷是相对平稳的，日负荷曲线的变化很小，生产装置运行正常后，负荷几乎数周甚至数月不变。
2.3 负荷以异步电动机为主
　　石化企业的负荷主要是以大型异步电动机拖动的风机、压缩机以及隔爆或增安型异步电动机拖动的机泵为主。由于石化企业供配电系统内具有大量异步电动机的运行，因此，应对其功率因数进行有效的补偿。当采用电力电容补偿时，电力电容器组宜安装在主变电所、多区域配电所或多区域变电所内，因为这些变电所内的负荷相对平稳，而且可缩短装置变电所故障时的备用电源自动投入时间。
2.4 大型电动机启动

　　催化主风机等大型电动机的启动虽然次数很少，但启动时间却较长，是影响大型石化企业内供配电系统的关键问题之一。
2.5 具有企业自备热电厂
　　大型石化企业都具有企业自己的热电厂，其规模与企业的规模及地域的需求有关，有些规模大的热电厂除满足本企业的用电需求外还可向电力系统售电，通常仅能为本企业提供一定负荷及保安电源。石化企业的热电厂的主要作用是为企业内供汽，因此汽轮机多以背压式、抽汽背压式或抽汽凝汽式为主。一旦电力系统发生故障造成石化企业大面积停电，生产装置会立即停止用汽，各发电动机很难保证此时的稳定运行。通常大型石化企业的热电厂既是企业供配电系统的中心。
2.6 逐步扩容
　　石化企业的另一特点是用电负荷的逐步扩容，增加新装置及改造扩容是石化企业司空见惯的事情，因此在设计石化企业内供配电系统时一定要考虑留有足够的扩展余地。
3　大型石化企业对供电电源的要求
　　大型石化企业的用电负荷较大，通常总运行容量大于60MVA，供电电压为（66）110KV，220KV，并应由两个以上独立的电源供电，运行方式一般为双电源单运行或双电源双运行。
　　所谓双电源单运行供配电方式是某个供电电源正常运行另一个供电电源作备用，正常运行供电电源故障后备用供电电源自动投入确保企业的连续供配电。该运行方式的优点是企业内供配电系统倒闸操作方便，缺点是正常运行供电电源故障后极易造成企业生产的混乱。
　　双电源双运行供配电方式是两个供电电源均正常运行，某个供电电源故障后母线联络断路器自动投入确保企业的连续供配电。该运行方式的优点是某一供电电源故障后对企业生产造成的影响较小，缺点是企业内供配电系统倒闸操作很不方便。
4　大型石化企业内的主变电所
大型石化企业通常是以热电厂或总降压变电所作为主变电所。一些大型石化企业内具有
数个主变电所，运行方式等事宜通常供电力公司制约。大型石化企业内主变电所的接线方式通常是单母线分段带旁路母线及双母线等，一般位于企业的外侧以便输入供电电源，因此，必须采用电力电缆向生产装置变电所供电。企业内采用供配电电压及供配电方式应根据企业的负荷特点及地理位置等因素仔细选择。
5　大型石化企业内供配电电压及供配电方式
　　我国大型石化企业内供配电电压通常为：
　　35KV，10KV，6KV及0.4KV；
　　大型石化企业内主要供配电方式为：
· 主变电所直配供配电方式；
· 多区域配电所供配电方式；
· 多区域变电所供配电方式；
6　主变电所直配供配电方式
　　从主变电所6（10）KV母线采用放射式直接供配电至各装置变电所就构成了主变电所直配供配电方式。
　　该供配电方式构成简单，设备管理集中，容易实现全企业的微机化管理及保护，各装置变电所均可无人值守，人员需求较少，是目前多数石化企业主要采用的供配电方式。但该供配电方式主变电所配出回路过多，系统供配电损耗很大，另外，目前多采用电力电缆沿系统管架敷设的形式，多条电缆都从主变电所一处配出也给这些电缆的设计、施工、运行以及今后的扩容都带来了极大的不便。在该供配电方式中每个配出回路都必须按该生产装置的最大运行负荷考虑，因此，不得不增加电器设备及配出电缆的投资。由于该供配电方式仅从主变电所一处配出，供配电系统末端的电压波动很大，这给处于企业负荷远端的储运及给排水系统的电气运行造成了一些困难。
　　为了在主变电所配出线短路时维持主变电所6（10）KV母线的残余电压，以及限制装置变电所的短路容量，也不得不在主变电所母线配出端安装出线电抗器。出线电抗器的安装又给大型电动机启动及供配电系统运行等带来了一系列问题。大型电动机回路出线电抗器的选择是一个非常严格的问题，电抗百分值选择小了，不但短路电流限制的不够，而且大型电动机启动时对主变电所6（10）KV母线的冲击也很大；选择大了，又不能保证大型电动机启动时的机端电压及启动力矩。因该供配电方式从主变电所至装置变电所是采用电力电缆直配方式，主变电所的短路阻抗与装置变电所的短路阻抗几乎相等，不能用短路电流的幅值来选择装置变电所内故障与主变电所出线电抗器及其系统电力电缆故障，过电流保护必须采用时间阶梯方式，所以主变电所母线配出回路不能安装过电流速断保护。当某一装置变电所发生短路故障时，会造成在主变电所该段6（10）KV母线下各装置变电所的大量低压电动机因瞬时低电压停机，这会给生产造成混乱，而且主变电所配出的回路越多影响范围越大。由于大型石化企业的大型异步电动机很多，因此，除多区域变电所供配电方式外，在计算主变电所低压侧母线短路电流时应考虑多台大型异步电动机的影响。该供配电方式的主变电所610）KV母线的短路容量及变压器容量不能太大，否则无法选择电气设备。对于6KV系统，变压器容量不易大于31.5MVA；对于10KV系统，变压器容量不易大于50MVA。有效的处理方法是将主变电所6（10）KV母线分成多段，以降低主变电所每段母线的短路容量。
大型石化企业典型主变电所直配供配电方式电力系统接线简图见图-1。在该简图中，电力系统的供配电电源侧采用了双电源单运行供配电方式，四台变压器的容量应相同，而低压侧决不能简单的看作四台变压器的连接，各变压器的低压侧通过主母线、旁路母线、母联断路器及旁路断路器组成数个环状接线，它具有高度的灵活性和可靠性。该接线可看作是具有紧密连接的两个独立变电所，而且仅增加了LB23一台断路器并结合旁路母线，主变电所的运行最大负荷既可从各变压器总容量的50%增至66%，既正常运行时各变压器的负荷率均为66%，某台变压器故障后，该变压器负荷通过母联断路器、旁路母线及旁路断路器分别由另外两台变压器各负担33%，而且对故障变压器所担负的任何装置变电所的两段进线，还都是由主变电所的两台独立的变压器分别供出的。大型电动机的启动是采用两台变压器短时并联的方式完成的，对主变电所母线冲击很小，而且只有该接线才能确保在单台变压器故障后仍能有两台变压器并联完成大型电动机的启动。

图-1 典型主变电所直配供配电方式电力系统接线简图
7　多区域配电所供配电方式
　　在石化企业内用电负荷集中的多处区域建立区域配电所，由企业主变电所以6（10）KV电压向这些区域配电所供配电，再由这些区域配电所向各装置变电所供配电即形成了多区域配电所供配电方式。
　　该供配电方式与主变电所直配供配电方式相比仅是在主变电所的配出方式有所不同。配出回路数的减少，给这些电缆的设计、施工、运行以及今后的扩容都带来了一定的方便，也减少了电器设备及配出电缆的投资，系统供配电损耗也有所降低，设备管理还很集中，可较容易地实现全企业的微机化管理及保护。除一些重要区域配电所外，一般区域配电所及各装置变电所也是无人值守。该供配电方式也是目前一些石化工企业采用的供配电方式。由于该供配电方式增加一级配出，使主变电所母线配出回路过电流保护及各装置变电所的低电压保护与备用电源自动投入与主变电所直配供配电方式相比必须还要增加一个时间阶梯。主变电所母线配出回路也不能安装过电流速断保护。另外，该供配电方式仍没有解决供配电系统末端的电压波动很大及主变电所母线配出端电抗器的问题。瞬时低电压停机问题依然存在，大型电动机回路也仍然需要主变电所6（10）KV母线经出线电抗器直配的供配电方式，而且主变电所母线的短路容量及变压器容量受限问题也无法解决。
　　区域配电所的容量还要受到主变电所母线出线电抗器容量的限制。简单的解决方法见图-2，从主变电所母线增加S3回路与L13和L23母联断路器，可将S1和S2回路的负荷率从50%增至100%，L13和L23母联断路器也应增设备用电源自动投入保护。

图-2　典型区域变电所供配电方式改造电力系统接线简图
8　多区域变电所供配电方式
　　同多区域配电所供配电方式相似，区域变电所供配电方式也是在石化企业内用电负荷集中的多处区域建立区域变电所，将电力系统获得的电源电压经数台主变压器变压为石化企业内可接受的35KV电压，由企业主变电所用35KV电力电缆向这些区域变电所供配电，再由这些区域变电所经过变压器变压后，再向各装置变电所供配电即形成了多区域变电所供配电方式。大型石化企业典型多区域变电所供配电方式电力系统接线简图见图-3。
　　该供配电方式是以35KV为主供配电系统，解决了供配电系统末端的电压波动很大及主变电所母线配出端电抗器的问题，而且主变电所母线的短路容量及变压器容量受限问题也得到了解决。主变电所母线配出回路可安装过电流速断保护，缩短了断开35KV电力电缆短路故障的时间。从主变电所经35KV电力电缆与变压器配至各大型电动机，使各大型电动机与其供配电的变压器组成了电动机—变压器组，设计人员可根据各大型电动机的有关参数很容易地选择变压器的容量及阻抗电压百分值。该供配电方式不必增加主变电所母线配出过电流保护及各装置变电所的低电压保护与备用电源自动投入的时间阶梯，瞬时低电压停机的影响范围也有所减小。虽然该供配电方式是以35KV为主供配电系统，但在主变电所附近的生产装置（见图-3装置1变电所）还应采用主变电所直配供配电方式。但由于在企业内增加了35KV电压等级，而且该供配电方式与上述两个供配电方式相比增加很多变压器，这给企业内供配电系统的设计、施工、运行管理及检修试验增加了很大的难度，目前我国大型石化企业还很少采用该供配电方式，但却是今后新建大型及特大型石化企业主要采用的方式。

图-3　典型多区域变电所供配电方式电力系统接线简图
9　装置变电所供配电方式
　　装置变电所通常均采用单母线分段的供配电方式，母联一般装设备用电源自动投入保护，配出方式则有母线直配至用电负荷与母线配至各电动机控制中心（MCC）再配至用电负荷两种。国外进口装置变电所多采用后者，该供配电方式可在MCC开关柜上减少一些投资，而且可缩小在MCC故障时对供配电系统的影响范围。在设计装置变电所开关柜时，宜将进线、母联、电压互感器、变压器及补偿电容器开关柜集中布置，以方便今后的运行管理。
10　保安电源的设置
当石化企业发生大面积停电事故时，极易发生着火爆炸事故，一些生产装置还会造成重
大设备事故，因此，必须考虑企业全面停电时的消防及其它问题。企业热电厂应安装低周减载装置，以增加事故情况下的发动机运行的稳定，并通过安装大型柴油消防泵及在部分生产装置安装柴油发电系统以解决此类问题。
11　结束语
　　多数石化企业的供配电系统是根据本企业实际情况，采用上述各种供配电方式的混合形成的。建议对主变电所附近少量负荷较少的生产装置采用主变电所直配供配电方式；对距主变电所较远负荷较少的多个生产装置，采用多区域配电所供配电方式；对距主变电所较远或供电半径内负荷较大的多个生产装置，采用多区域变电所供配电方式。对于采用主变电所以直配及多区域配电所为主供配电方式的大型石化企业，建议考虑图-1的主变电所接线方式。对于新建大型石化企业的供配电系统，建议考虑多区域变电所供配电方式。