化工廠低壓配電采用660V供電技術(shù)探討

趙瑞萍

航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司蘭州分公司 蘭州 730050

當(dāng)前，我國(guó)各大中小型化工裝置供電系統(tǒng)的電壓等級(jí)普遍為10kV和380V，有少數(shù)老廠改擴(kuò)建裝置依然采用6kV和380V的電壓等級(jí)。一般是從地區(qū)電力網(wǎng)接受35kV或110kV的高壓電能，架空線或電纜引至廠區(qū)內(nèi)總降變電所，經(jīng)降壓降為6kV或10kV，再由電纜送至各區(qū)域變電所。各區(qū)域變電所根據(jù)用電設(shè)備的不同來確定電壓等級(jí)。

隨著化工裝置規(guī)模的大型化、自動(dòng)化，各種用電設(shè)備不斷增多，單機(jī)容量相應(yīng)增大。由于化工裝置區(qū)大多屬于防爆區(qū)，各變電所設(shè)在非防爆區(qū)，而各用電設(shè)備大多分布在防爆場(chǎng)所，供電線路長(zhǎng)且分散，線路損耗較大。大型低壓電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流大，線路上的壓降與損耗更大，特別是電動(dòng)機(jī)群?jiǎn)?dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流更大，勢(shì)必影響電動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)，使電動(dòng)機(jī)容易損壞。

化工裝置是連續(xù)性很強(qiáng)的生產(chǎn)裝置，對(duì)供電可靠性要求較高，其負(fù)荷大多屬于二級(jí)及二級(jí)以上負(fù)荷，這些不利因素，很難保證生產(chǎn)裝置的連續(xù)性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成低壓系統(tǒng)癱瘓。要改變這種狀況，從改變電壓等級(jí)著手，減小啟動(dòng)電流和線路損耗是有效的技術(shù)措施之一。

1 低壓配電采用660V供電的可行性

1.1 用電設(shè)備的電壓等級(jí)

化工廠所用電動(dòng)機(jī)大多采用額定電壓為380V的隔爆型或增安型電動(dòng)機(jī)，660V的電動(dòng)機(jī)同380V一樣都是技術(shù)成熟的產(chǎn)品，多為大型工廠、礦山所采用。4kW及以上容量的電機(jī)多為六樁頭接線，將額定電壓為380V“Δ”接線改成“Y”接線后，用于660V系統(tǒng)中，電機(jī)使用性能不會(huì)發(fā)生任何變化。

1.2 配電設(shè)備的電壓等級(jí)

對(duì)于低壓斷路器來說，目前所用空氣斷路器或塑殼斷路器額定工作電壓可達(dá)690～1000V，回路中所用接觸器、熔斷器、熱繼電器、軟起動(dòng)器也有相應(yīng)電壓產(chǎn)品。對(duì)于微型斷路器，工作電壓大約為230/400V，主要用于照明回路、電加熱器等一些容量較小的配電回路。對(duì)這些回路，可另加專用變壓器或采用三繞組變壓器，使之副邊電壓為10000/690/400V。三繞組變壓器可為10kV、0.69kV、0.4kV 三個(gè)電壓等級(jí)的設(shè)備供電。對(duì)這些工作電壓為230V的設(shè)備，采用380V標(biāo)稱電壓系統(tǒng)中的相電壓供電即可。

1.3 電力電纜電壓等級(jí)的選擇

在380V系統(tǒng)中，低壓電力電纜多選用0.6/1kV級(jí)的，控制電纜多選用0.45/0.75kV級(jí)的。根據(jù)GB 50217-2007《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》3.3.1和3.3.2條規(guī)定，按照中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)計(jì)算：

Uab=1.732Ua

式中，Uab為線電壓，取660V；Ua為相電壓，660V標(biāo)稱電壓系統(tǒng)中，取380V。

電力電纜采用0.6/1kV級(jí)，其相電壓和線電壓均大于系統(tǒng)的相電壓和線電壓。故在660V系統(tǒng)中，傳輸電纜選用0.6/1kV級(jí)完全滿足系統(tǒng)要求。控制電纜仍選用0.45/0.75kV級(jí)的。

2 低壓配電采用660V供電的意義

2.1 節(jié)能

電網(wǎng)在運(yùn)行過程中，每個(gè)環(huán)節(jié)都有電能損耗。這些損耗一般可分為兩種：與負(fù)荷功率或電流的平方成正比的可變損耗；與電壓高低有關(guān)的固定損耗。供電電壓的高低直接影響線路上的損耗和變壓器的損耗。

據(jù)有關(guān)資料介紹，如果全國(guó)電力部門的平均線損率下降1%，每年就可以節(jié)約3240kW·h。在電能輸送過程中，加強(qiáng)線路損耗管理，采取降損措施，降低線損率是作為用電大戶的化工廠應(yīng)考慮的問題之一。

化工廠低壓配電一般采用電纜沿電纜橋架或電纜溝敷設(shè)，對(duì)于電纜線路，電能損耗為：

ΔA=3TI2RL×10-3

式中，T為計(jì)算線損的時(shí)段，h；I為時(shí)間T內(nèi)該段線路上的電流，A；R為導(dǎo)線電阻，Ω；L為該段線路的長(zhǎng)度，km。

表1為在負(fù)荷相等、距離相等、運(yùn)行時(shí)間相同的情況下，380V和660V電壓等級(jí)用電纜溝敷設(shè)供電時(shí)的線損計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。

表1 380V和660V電壓等級(jí)用電纜溝敷設(shè)供電時(shí)的線損比較

注：括號(hào)中數(shù)值為0.66kV的電機(jī)功率數(shù)據(jù); 供電距離為0.5km。

由表1可見，線路上的電流越大，損耗越大；電流越小，損耗越小。對(duì)同容量的用電設(shè)備來說，電壓越大，電流越小，則傳輸電纜的截面就越小，傳輸距離就越長(zhǎng)。完全能夠滿足化工廠長(zhǎng)距離供電的要求。

2.2 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)得到改善

根據(jù)《石油化工企業(yè)生產(chǎn)裝置電力設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》SH 3038-2000 3.4.2條：電動(dòng)機(jī)容量在160kW以上或需要變壓器容量為160kV·A以上者，宜采用中壓供電方式；電動(dòng)機(jī)容量小于160kW或需要變壓器容量小于160kV·A者，宜采用低壓供電。筆者認(rèn)為此時(shí)的低壓供電應(yīng)為660V。據(jù)初步計(jì)算，額定電壓采用660V比用380V的電動(dòng)機(jī)綜合投資約低25～40%。，有色金屬的消耗量減少5%左右，線路上的損耗減少1/3～1/5，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流明顯減小，特別適合給同時(shí)啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)群供電的變壓器。

2.3 對(duì)大功率變頻調(diào)速電機(jī)采用660V電壓的意義

對(duì)于160kW以上的電動(dòng)機(jī)，按《石油化工企業(yè)生產(chǎn)裝置電力設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》SH 3038-2000 3.4.2條的規(guī)定，需采用10kV供電，但對(duì)于電動(dòng)機(jī)容量在2000kW以下時(shí)，采用高壓變頻調(diào)速性價(jià)比很低，用戶很難接受。如改用660V變頻器，無論變頻器還是與之配套的電機(jī)價(jià)格均低很多。 有人認(rèn)為，采用660V變頻器，要增加變壓器，在10kV供電系統(tǒng)內(nèi)，要添置10/0.66kV的變壓器，這樣會(huì)增加造價(jià)。但是這種想法不夠全面，要知道，即使采用10kV級(jí)變頻器，為不使變頻器整流時(shí)產(chǎn)生的高次諧波串入電網(wǎng)，也得添加專用整流變隔離變壓器與之配套，并且隨著電壓等級(jí)的提高，電機(jī)的絕緣必須提高，變頻器中電力半導(dǎo)體器件的串聯(lián)數(shù)量加大，成本上升。由此可見，對(duì)容量在2000kW以下需變頻調(diào)速的電動(dòng)機(jī)，采用660V電壓是有必要的。

3 低壓配電采用660V供電存在的問題分析

3.1 特殊設(shè)備的電壓等級(jí)問題

由于化工裝置的特殊性，用電設(shè)備的電壓等級(jí)也有一定的特殊性，如前所述的照明回路，UPS電源、儀表電源等，必須使用380V或220V電壓。三繞組變壓器在容量確定、分配方面不是很精確，可能會(huì)增加損耗。這就需要對(duì)用電負(fù)荷進(jìn)行全面的分析了解，進(jìn)行正確的負(fù)荷計(jì)算。這都是項(xiàng)目建設(shè)過程中必須要做的事。

3.2 660V標(biāo)稱電壓推廣的問題

在化工廠應(yīng)用660V標(biāo)稱電壓系統(tǒng)，主要困難是用戶的習(xí)慣。對(duì)采用高一級(jí)的配電電壓還有顧慮?？傆X得缺少運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)而不敢貿(mào)然采用。另外，因元器件不像380V那樣的普及，采購有困難，沒有維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，感到管理不便，而放棄采用380/660V的標(biāo)稱電壓系統(tǒng)。

4 結(jié)語

化工廠采用660V電壓系統(tǒng)后，低壓配電網(wǎng)絡(luò)能有效提高經(jīng)濟(jì)供電容量，減小線路導(dǎo)線截面，增加經(jīng)濟(jì)輸送距離，有效減少線損率，為使用更大容量的配電變壓器創(chuàng)造條件，節(jié)能效果明顯。

參 考 文 獻(xiàn)

1 SH 3038-2000，石油化工企業(yè)生產(chǎn)裝置電力設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范[S].

2 GB 50217-2007，電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

3 業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)(第三版)[M].中國(guó)電力出版社，2009.