石油化工企業供配電系統設計

馬寧，柳茜

（1.天津惠普數據中心設計工程有限公司，天津 300457；2.北京沃利帕森工程技術有限公司，天津 300201)

1 石化企業供配電特點

1.1 對供配電的可靠性要求高

對連續運行的石化企業來說，對供配電的可靠性要求是非常高的，僅幾個周波的電力系統故障就能造成大量生產裝置停工，甚至引起災難性的后果。

1.2 負荷相對平穩

石化企業的負荷是相對平穩的，日負荷曲線的變化很小，生產裝置運行正常后，負荷幾乎數周甚至數月不變。

1.3 負荷以異步電動機為主

石化企業的負荷主要是以異步電動機拖動的風機、壓縮機以及隔爆或增安型異步電動機拖動的機泵為主。由于石化企業供配電系統內具有大量異步電動機在運行，因此，應對其功率因數進行有效的補償。當采用電力電容補償時，電力電容器組宜安裝在主變電所、多區域配電所或多區域變電所內，因為這些變電所內的負荷相對平穩，而且可縮短裝置變電所故障時的備用電源自動投入時間。

1.4 大型電動機啟動

催化主風機等大型電動機的啟動雖然次數很少，但啟動時間卻較長，是影響石化企業內供配電系統的關鍵問題之一。

1.5 具有企業自備熱電廠

大型石化企業都具有企業自己的熱電廠，其規模與企業的規模及地域的需求有關，有些規模大的熱電廠除滿足本企業的用電需求外還可向電力系統售電，通常僅能為本企業提供一定負荷及保安電源。石化企業的熱電廠的主要作用是為企業內供汽，因此汽輪機多以背壓式、抽汽背壓式或抽汽凝汽式為主。一旦電力系統發生故障造成石化企業大面積停電，生產裝置會立即停止用汽，各發電動機很難保證此時的穩定運行。通常大型石化企業的熱電廠既是企業供配電系統的中心。

1.6 逐步擴容

石化企業的另一特點是用電負荷的逐步擴容，增加新裝置及改造擴容是石化企業司空見慣的事情，因此在設計石化企業內供配電系統時一定要考慮留有足夠的擴展余地。

2 石化企業對供電電源的要求

石化企業的用電負荷較大，通常總運行容量大于60MVA，并應由兩個以上獨立的電源供電，運行方式一般為雙電源單運行或雙電源雙運行。

所謂雙電源單運行供配電方式是某個供電電源正常運行另一個供電電源作備用，正常運行供電電源故障后備用供電電源自動投入確保企業的連續供配電。該運行方式的優點是企業內供配電系統倒閘操作方便，缺點是正常運行供電電源故障后極易造成企業生產的混亂。

雙電源雙運行供配電方式是兩個供電電源均正常運行，某個供電電源故障后母線聯絡斷路器自動投入確保企業的連續供配電。該運行方式的優點是某一供電電源故障后對企業生產造成的影響較小，缺點是企業內供配電系統倒閘操作很不方便。

3 石化企業內的主變電所

石化企業通常是以總降壓變電所作為主變電所。一些石化企業內具有數個主變電所，運行方式等事宜通常供電力公司制約。石化企業內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，一般位于企業的外側以便輸入供電電源，因此，必須采用電力電纜向生產裝置變電所供電。企業內采用供配電電壓及供配電方式應根據企業的負荷特點及地理位置等因素仔細選擇。

4 石化企業內供配電電壓及供配電方式

我國石化企業內供配電電壓通常為：35kV，10kV，6kV及0.4kV；

石化企業內主要供配電方式為：主變電所直配供配電方式；多區域配電所供配電方式；多區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成了主變電所直配供配電方式。

該供配電方式構成簡單，設備管理集中，容易實現全企業的微機化管理及保護，各裝置變電所均可無人值守，人員需求較少，是目前多數石化企業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，系統供配電損耗很大，另外，目前多采用電力電纜沿系統管架敷設的形式，多條電纜都從主變電所一處配出也給這些電纜的設計、施工、運行以及今后的擴容都帶來了極大的不便。在該供配電方式中每個配出回路都必須按該生產裝置的最大運行負荷考慮，因此，不得不增加電器設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，供配電系統末端的電壓波動很大，這給處于企業負荷遠端的儲運及給排水系統的電氣運行造成了一些困難。

為了在主變電所配出線短路時維持主變電所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啟動及供配電系統運行等帶來了一系列問題。大型電動機回路出線電抗器的選擇是一個非常嚴格的問題，電抗百分值選擇小了，不但短路電流限制的不夠，而且大型電動機啟動時對主變電所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啟動時的機端電壓及啟動力矩。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故障與主變電所出線電抗器及其系統電力電纜故障，過電流保護必須采用時間階梯方式，所以主變電所母線配出回路不能安裝過電流速斷保護。當某一裝置變電所發生短路故障時，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因瞬時低電壓停機，這會給生產造成混亂，而且主變電所配出的回路越多影響范圍越大。計算主變電所低壓側母線短路電流時應考慮多臺異步電動機的影響。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備。對于6kV系統，變壓器容量不宜大于31.5MVA；對于10kV系統，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 多區域配電所供配電方式

石化企業內用電負荷集中的多處區域建立區域配電所，由企業主變電所以6（10）kV電壓向這些區域配電所供配電，再由這些區域配電所向各裝置變電所供配電即形成了多區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。配出回路數的減少，給這些電纜的設計、施工、運行以及今后的擴容都帶來了一定的方便，也減少了電器設備及配出電纜的投資，系統供配電損耗也有所降低，設備管理還很集中，可較容易地實現全企業的微機化管理及保護。除一些重要區域配電所外，一般區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及各裝置變電所的低電壓保護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時間階梯。主變電所母線配出回路也不能安裝過電流速斷保護。另外，該供配電方式仍沒有解決供配電系統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。瞬時低電壓停機問題依然存在，大型電動機回路也仍然需要主變電所6（10）kV母線經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 多區域變電所供配電方式

同多區域配電所供配電方式相似，區域變電所供配電方式也是在石化企業內用電負荷集中的多處區域建立區域變電所，將電力系統獲得的電源電壓經數臺主變壓器變壓為石化企業內可接受的35kV電壓，由企業主變電所用35kV電力電纜向這些區域變電所供配電，再由這些區域變電所經過變壓器變壓后，再向各裝置變電所供配電即形成了多區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，解決了供配電系統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，縮短了斷開35kV電力電纜短路故障的時間。從主變電所經35kV電力電纜與變壓器配至各大型電動機，使各大型電動機與其供配電的變壓器組成了電動機—變壓器組，設計人員可根據各大型電動機的有關參數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及各裝置變電所的低電壓保護與備用電源自動投入的時間階梯，瞬時低電壓停機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，但在主變電所附近的生產裝置還應采用主變電所直配供配電方式。但由于在企業內增加了35kV電壓等級，而且該供配電方式與上述兩個供配電方式相比增加很多變壓器，這給企業內供配電系統的設計、施工、運行管理及檢修試驗增加了很大的難度，目前我國大型石化企業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，母聯一般裝設備用電源自動投入保護，配出方式則有母線直配至用電負荷與母線配至各電動機控制中心（MCC）再配至用電負荷兩種。國外進口裝置變電所多采用后者，該供配電方式可在MCC開關柜上減少一些投資，而且可縮小在MCC故障時對供配電系統的影響范圍。在設計裝置變電所開關柜時，宜將進線、母聯、電壓互感器、變壓器及補償電容器開關柜集中布置，以方便今后的運行管理。

9 備用電源的設置

當石化企業發生大面積停電事故時，極易發生著火爆炸事故，一些生產裝置還會造成重大設備事故，因此，必須考慮企業全面停電時的消防及其它問題。企業熱電廠應安裝低周減載裝置，以增加事故情況下的發動機運行的穩定，并通過安裝大型柴油消防泵及在部分生產裝置安裝柴油發電系統以解決此類問題。

總之，多數石化企業的供配電系統是根據本企業實際情況，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荷較少的生產裝置采用主變電所直配供配電方式；對距主變電所較遠負荷較少的多個生產裝置，采用多區域配電所供配電方式；對距主變電所較遠或供電半徑內負荷較大的多個生產裝置，采用多區域變電所供配電方式。對于新建大型石化企業的供配電系統，建議考慮多區域變電所供配電方式。在石油化工行業中還存在著許多不同的要求，國家規范和有關設計手冊都有嚴格的標準和詳細的介紹。文中所寫內容，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的工程設計人員有所幫助。