氯堿企業供電電壓等級的選擇

張鐵飛

（杭州電化集團有限公司，浙江杭州311228）

氯堿企業供電電壓等級的選擇

張鐵飛

（杭州電化集團有限公司，浙江杭州311228）

通過對不同電壓等級的方案設計和設備選型，從整體布局、工程投資、運行費用及遠景預留等方面進行了比較，為新建氯堿企業選擇電源電壓等級提供了參考。

氯堿生產；供電；電壓；等級

目前，氯堿行業高速發展，燒堿的產量快速增長，幾乎所有新上的氯堿裝置，均采用了離子膜復極電槽。同時，電網的建設日異月新，國內最高的電壓等級從500 kV升到750 kV和1 000 kV，存在著較多的電壓等級。新建的氯堿企業如何選擇合理、合適的電壓等級作為供電電壓，是值得探討的一個課題。

1 進線電壓等級的選擇

根據杭州市政府的統一安排，杭州電化集團有限公司由杭州濱江區搬遷至蕭山臨江工業園區，規劃建設30萬t/a燒堿和16萬t/a PVC工程，本期建設20萬t/a燒堿和12萬t/a PVC以及配套項目，根據設計院的用電負荷計算，總功率約為97 MW。

新建裝置對電源電壓等級的定位，應綜合各種因素反復比較。在醞釀企業搬遷方案時，選擇了220 kV和110 kV進行論證，基于2種因素的考慮：（1）由于歷史原因或規模制約，氯堿企業尚無采用220 kV的先例；（2）對用戶準入門檻信息的滯后。根據《國家電網公司業擴供電方案編制導則》規定，變壓器容量超過100 MW時，采用220 kV電源供電。

1.1 電氣主接線的設計和設備的選擇

（1）采用220 kV做為電源的總變

建設規模：采用1條220kV架空進線，1條35kV架空進線的方式。1臺SF9-90 MVA/220 kV/35 kV型雙線圈無載調壓電力主變，2臺SFZ9 16 MVA/35 kV/ 10 kV型雙線圈有載調壓電力變。

電氣主接線的設計：220 kV采用線路變壓器的接線方式；35 kV和10 kV采用單母線分段的接線方式。220 kV按AIS設備進行選型，220 kV設備短路熱穩定電流按50 kA；35 kV設備短路熱穩定電流按25 kA。

（2）采用110 kV做為電源的總變

建設規模：采用2條110 kV架空進線方式。2臺SFZ9-50 MVA/110 kV型三線圈有載調壓電力主變。

電氣主接線的設計：110 kV采用內橋接線方式；35 kV和10 kV采用單母線分段的接線方式。110 kV按AIS設備進行選型。110 kV設備短路熱穩定電流按31.5 kA。

1.2 經濟性比較

因35 kV設備及10 kV設備為相同配置，本文僅對2個方案的差異設備投資進行估算比較。

運行費用主要考慮運行基本電費和電度電價。基本電費和電度電費的價格，按2006年浙江電網銷售電價表。

110 kV與220 kV的綜合比較匯總見表1。

表1 綜合比較匯總表

1.3 110 kV 和220 kV的比較

1.3.1 110kV電源總變的特點

110 kV電源總變的優點：（1）運行的可靠性高，實現雙路電源供電，2條線路可輪流進行檢修不需要停產，既使其中一路電源（變壓器、高壓設備）發生故障，另一路供電設備仍能保證10萬t/a燒堿生產不受影響；（2）設備投資相對節省。線路投資約為280萬元/km（鋼管桿），采用鐵塔投資費用約160萬元/km，且可與其他單位合用，節約一半投資。

其缺點是運行電費相對較高，每年多支出171萬元。

1.3.2 220kV電源總變的特點

220 kV電源總變的優點是（1）運行電費較省，如表1所示，每年可節約電費約171萬元；（2）隨著電力體制改革，采用220 kV的用戶可以實現跨省購電的許可，通過電力交易市場，付50萬元的通道費，從外省電網可購得相對便宜的電。

缺點：（1）運行的可靠性低，特別是對于僅為20萬t/a燒堿的生產規模來講，因20萬t/a燒堿的整流電源全部由220 kV的主變供電，如果該條線路出現故障或線路檢修等情況時，將導致氯堿生產全停，如果是由于變壓器故障，停產時間將長達數月之久，經濟損失更大，當然，10 kV動力系統因采用2路電源可保證供電；（2）投資費用高，其中，設備投資約330余萬元；線路投資一步到位；220 kV采用單回線鐵塔，180萬元/km左右，且還需單獨投資35 kV的架空線路，費用約50萬元/km；線路總長約6 km，因而，線路投資增加560~920萬元。

1.3.3 用電負荷增加，變壓器增容的可行性分析

在20萬t/a燒堿和12萬t/aPVC產量開足后，預計用電負荷將維持在80 MW左右，但由于遠景為30萬t/a燒堿以及廠區北部區塊的其他化工產品所需的動力用電，屆時，變壓器增容是不可避免的。

（1）采用110 kV方案，當燒堿產量由20萬t/a擴產至30萬t/a時，可以根據用電量選擇增加1臺合適容量的110 kV電力變，電源可從其中任一個110 kV線路上T接，按線路變壓器的接線方式，為目前杭州電力局擴容的常用方案，以節約基本電費。110 kV的線路不需要投資和調整，施工和管理比較簡單和方便。在這種接線方式下，任何一條線路故障或變壓器故障，仍可保證20萬t/a燒堿的生產不受影響。

（2）采用220 kV方案，當燒堿產量由20萬t/a擴產至30萬t/a時，將增加33 MW左右的負荷，現有的接線方式不能滿足供電要求，220 kV主變已基本滿負荷，35 kV的供電線路只能供25 MW左右的功率。因而，需要將35 kV線路升格為110 kV，增加投資以及增加1臺40 MVA電力變，這種接線方式施工和管理比較復雜。2條線路不能互為備用，最壞情況下，只能保證10萬t/a燒堿的生產。

在220 kV的方案中，離子膜電解為單電源供電，供電可靠性差。但離子膜電解負荷應屬于二級負荷，根據《工業和民用配電設計手冊》對二級負荷的解釋，中斷供電將在經濟上造成重大損失。所謂較大損失指主要設備損壞、大量產品報廢、連續生產過程被打亂，需較長時間恢復、重點企業大量減產等，二級負荷必須采用雙路電源供電。因此，該公司進線電壓確定為110 kV。

2 整流變電壓的確定

在進線電壓確定為110 kV后，需要確定整流變的電壓等級，而整流變電壓將左右總變主接線定型。整流是大容量用電設備，一般而言，其變電電壓等級應為進線電壓，盡量避免二次降壓。以10萬t/a燒堿年耗電為例，經一級變壓后，變壓器損耗按0.36%計算（負載率按80%），將高達75萬kW·h/a。然而，電壓等級的選擇又與整流單機容量（獨立系統的燒堿產量）有關。金屬電槽系統大，選用110 kV即可。離子膜復極槽有1萬t/a、2萬t/a以及2.5萬t/a的各種規格，于是，出現了所謂的“一機一槽（10 kV或35 kV供電）”、“一機二槽（35 kV或110 kV供電）”。

該公司新建20萬t/a燒堿工程，采用日本氯工程的BITAC-891復極式電槽，產量1.667萬t/a，共12臺電槽。電槽的整流系統設計額定電壓337 V，20 kA，整流系統采用一機二槽的供電方式，整流變壓器額定容量16 000 kVA。選擇110 kV和35 kV，從經濟性和合理性進行論證。

2.1 主接線方式及設備選擇

（1）采用110 kV做為整流變的供電電壓。110 kV總變主接線采用單母線分段，裝設2臺110/10 kV的16 MVA的動力變，6回110 kV整流饋線。110 kV的設計可采用2個方案，110 kV設備采用GIS選型，電纜出線。其優點是占地面積小，但投資費用巨大，一個出線回路的GIS設備比AIS設備貴30%，而110 kV的電纜投資費用約為500萬元/km；110 kV設備采用AIS選型，架空出線，優點是投資費用少，但占地面積較大。因而，宜采用110 kV設備采用AIS選型，架空出線。

（2）采用35 kV做為整流變的供電電壓。110 kV總變主接線方式，采用內橋接線裝設2臺110/35/ 10 kV的50 MVA的主變，35 kV母線供6臺整流變，采用單母線接線方式，10 kV采用單母線分段接線，供動力系統用電。10 kV與35 kV的比較見表2。

表2 綜合比較匯總表

2.2 運行經濟性

根據工藝選擇的氯工程BITAC-891電槽，設計提供的電氣專業的額定直流電壓為337 V，直流電流為20 kA，整流變壓器的額定設計容量達到16 000 kVA。而在實際的運行中，滿足20萬t/a產量只需每臺電槽運行直流電流16 kA，電槽電壓280V，實際每臺整流變壓器的運行功率為9500 kW。而變更整流變直流電壓和直流電流的設計值，是不能得到外方的同意和確認的。因而，采用總變主變的容量按實際運行功率考慮，根據運行經驗，2×50 MVA的變壓器容量已足夠，每年可節約936萬元的基本電費。

當然，如果整流運行直流功率的設計余量保持在10%左右（如該公司1995年引進意大利迪若拉公司的離子膜電槽，設計直流電壓500 V，直流電流13 kA，實際運行為490 V左右，12.5 kA），對110 kV直降整流變而言，則極大地節約基本電費。

很明顯，采用110 kV作為整流變的電壓，省下了一級供電損耗，具有較好的節能和經濟效益。

50 MVA三繞組變壓器P0=52 kW、Pf=225 kW，按80%負載率，損耗196 kW；16 MVA雙繞組變壓器P0=19 kW、Pf=77 kW，按80%負載率，損耗68 kW。110 kV直降整流變比35 kV整流變損耗增加約5 kW/臺（參照電力變的損耗標準），合計可節約電費約108萬元/a。

由于總變距離整流較近，電纜敷設約200 m，損耗忽略不計。

2.3 總平面布置

對總變的選址，應考慮下列因素：（1）靠近負荷中心；（2）電源進線方便，30萬t/a燒堿離子膜電槽廠房規劃在整個廠區的南面，為東西朝向布置，110 kV總變布置于電解廠房旁邊，如整流變采用架空出線的布局，110kV的整流出線間隔應與整流變壓器的間隔對應布置，即也為東西朝向布置，則不利于110 kV進線由南面引入，否則架空線路占用較大的用地，或電纜投資較大。

從變電樓的占地面積考慮，根據電槽廠房的布置，30萬t/a燒堿的電槽廠房長度為135 m，若采用110kV整流變，則110kV的出線間隔也不小于135m，考慮到2臺16 MVA的動力變，以及約40臺10 kV高壓開關柜以及控制室和配套輔助廠房，總變變電樓的占地面積非常大，約2 000 m2，而采用35 kV整流變的變電樓占地面積約1 200 m2。

2個方案的建筑面積均約為2 700 m2，土建費用相差無幾。

綜上幾點，該公司的供電結構采用2回110 kV進線，110 kV內橋接線，設置2臺SSZ10-50 MVA 110/35/10 kV的電力主變，35 kV經電纜出線供6臺整流變的用電，10 kV供全廠動力用電。

3 結論和思考

（1）企業的供電電壓等級的的確定，與企業的生產規模、遠景規劃相關。新建或搬遷企業一次建成20萬t/a燒堿的規模，遠期規劃為40萬t/a燒堿以上，且在四五年之內可以實施，可以考慮采用220 kV的進線電壓等級。若遠期規劃實現較難，則宜采用110 kV進線。

（2）整流變供電電壓的確定除了與進線電壓有關外，還與整流變壓器的容量有關。5MVA及以下，宜采用10 kV電壓供電；5~20 MVA，宜采用35 kV電壓供電；大于20 MVA，宜采用110 kV電壓供電。

（3）整流變供電電壓的確定還應從投資費用、運行費用及平面布置的合理性等各方面進行綜合考慮，本文僅對設備投資進行比較，是比較粗略的，建議委托專業電力設計院對方案的經濟性進行比較，以獲得較大的綜合效益。

（4）對于小容量電槽采用110 kV直降式整流，從工藝與整流的連鎖以及整流故障給系統造成的影響等方面考慮，一機二槽已為工藝所接受，從整流變壓器的結構設計、設備布置以及工藝連鎖方式等考慮，一機三槽的整流模式是否可行，還有待于實踐。

Choice of power supply voltage of chlor－alkali device

ZHANG Tie－fei
（Hangzhou Electrochemical Group，Hangzhou 311228，China）

Through the design and equipment selection of different voltage levels，the overall layout，project investment，operating costs，vision reserved and other aspects were compared for new chlor－alkali enterprises choosing voltage level to provide a reference.

chlor－alkali production；power supply；voltage；level；select

TM461

B

1009－1785(2011)03-0011-03

2010-09-13