接收站應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化分析

蔡勇斌,楊　鍇,李海波（.中海石油海南天然氣有限公司,海口　57805;　.　廣東珠海金灣液化天然氣有限公司,廣東　珠海　59000）

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接收站應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化分析

蔡勇斌1,楊鍇2,李海波1
（1.中海石油海南天然氣有限公司,海口578105;2.廣東珠海金灣液化天然氣有限公司,廣東珠海519000）

摘 要：本文介紹LNG接收站應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)的配置選型的基本方法，分析了發(fā)電機(jī)容量和電壓等級(jí)選擇對(duì)工藝系統(tǒng)的影響。并對(duì)比分析了海南LNG項(xiàng)目與其他LNG項(xiàng)目應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)選型差異特點(diǎn)，闡述了應(yīng)急系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；應(yīng)急負(fù)荷；電壓等級(jí)；事故段；優(yōu)化

1　LNG接收站應(yīng)急用電需求

大型LNG接收站間斷性接收LNG并連續(xù)向管網(wǎng)供氣，其生產(chǎn)工藝對(duì)供電的穩(wěn)定性要求高。一級(jí)負(fù)荷約占總負(fù)荷的70%，其中包括：應(yīng)急照明、關(guān)鍵儀表負(fù)荷、開關(guān)柜的控制電源、消防負(fù)荷及部分重要的工藝負(fù)荷等特別重要負(fù)荷，其余為三級(jí)用電負(fù)荷。

柴油發(fā)電機(jī)計(jì)劃達(dá)到如下工藝設(shè)計(jì)目標(biāo)：

（1）啟動(dòng)時(shí)間。在上級(jí)雙回路電源失電的情況下15S啟動(dòng)達(dá)額定電壓；本體郵箱支撐應(yīng)急負(fù)荷8小時(shí)。

（2）應(yīng)急電源供應(yīng)范圍。部分重要的工藝負(fù)荷等特別重要負(fù)荷，在兩路外電失電的情況下，保住LNG罐內(nèi)泵、儀表空壓機(jī)、碼頭卸料設(shè)備等的用電能迅速恢復(fù)。

（3）達(dá)到的功效。應(yīng)急情況保證天然氣外輸安全停車，確保到港LNG船的卸料和返輸裝船操作，全廠的應(yīng)急照明和儀控系統(tǒng)可正常運(yùn)行。BOG的循環(huán)系統(tǒng)工藝（壓縮機(jī)）安全停車。

（4）電壓降控制指標(biāo)。滿足國(guó)標(biāo)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50052-2009的要求，在正常運(yùn)行情況下的電壓降及用電設(shè)備端電壓允許偏差值如下所述：1）母線電壓降：±5%；2）線路最大允許電壓降；3）電機(jī)-正常情況下：±5%；4）啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)端頭：-15%；5）照明回路：±5%；6）其它用電設(shè)備若無(wú)特殊規(guī)定為：±5%。

2　海南LNG事故供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇與優(yōu)化

2.1容量配置過程

（1）發(fā)電機(jī)容量初選。累加發(fā)電機(jī)負(fù)荷需求達(dá)1910KVA，其中罐內(nèi)泵直接掛在6KV應(yīng)急段無(wú)需用系數(shù)，其他設(shè)備接在碼頭區(qū)、海水氣化區(qū)、總變380低壓段。統(tǒng)計(jì)需用系數(shù)約0.7，即發(fā)電機(jī)至少滿足1349KW負(fù)荷需求。最終在柴油發(fā)電機(jī)容量序列中選擇2000KVA容量，有效功率1600KW，功率因素0.8。

（2）應(yīng)急負(fù)荷統(tǒng)計(jì)與發(fā)電機(jī)容量冗余分析。罐內(nèi)泵，兩臺(tái)200KW，在應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電的情況下，僅供1臺(tái)運(yùn)行工作。海南LNG 20%發(fā)電機(jī)冗余。

（3）應(yīng)急負(fù)荷啟動(dòng)沖擊與用電設(shè)備壓降分析。接收站內(nèi)主要泵類有工藝人員控制依次投入，電網(wǎng)壓降可以控制在規(guī)定的5%范圍內(nèi)。

2.2發(fā)電機(jī)電壓等級(jí)選擇過程

（1）選擇電壓等級(jí)的影響因素分析。國(guó)內(nèi)目前主要的LNG項(xiàng)目的罐內(nèi)泵的用電容量雖然都只有200KW左右，但考慮到LNG的特殊性，都選擇了6KW電壓等級(jí)的電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器。這使得LNG項(xiàng)目中應(yīng)急負(fù)荷都存在6KV和0.38KV兩個(gè)電壓等級(jí)，而柴油發(fā)電機(jī)只有1臺(tái)，所以無(wú)論選擇哪種出口電壓的柴油發(fā)電機(jī)，都需要添加變壓環(huán)節(jié)才能供應(yīng)到全部應(yīng)急負(fù)荷。電壓等級(jí)的選擇會(huì)影響：應(yīng)急負(fù)荷啟動(dòng)的電流沖擊、柴油發(fā)電機(jī)的造價(jià)、輸電電纜電壓等級(jí)與長(zhǎng)度、末端電壓降等因素，所以需要綜合考慮。

海南LNG項(xiàng)目在規(guī)劃應(yīng)急發(fā)電機(jī)配電網(wǎng)主結(jié)構(gòu)時(shí)，分析只能有兩種模式，差異點(diǎn)主要在對(duì)于遠(yuǎn)距離低壓負(fù)荷和6KV罐內(nèi)泵兩處的供電方式.

（2）海南LNG發(fā)電機(jī)電壓等級(jí)考慮。海南LNG項(xiàng)目的應(yīng)急負(fù)荷的分布特點(diǎn)是：高壓負(fù)荷數(shù)量少，集中在儲(chǔ)罐區(qū)；低壓負(fù)荷數(shù)量多，分布不集中，分散在海水變區(qū)和碼頭變區(qū)。海南LNG占地57.2公頃，是國(guó)內(nèi)占地面積最大的LNG接收站。其中碼頭變遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，距離發(fā)電機(jī)的線路路徑長(zhǎng)達(dá)1500米。

低壓供電半徑：正常電源低壓供電半徑一般考慮200m,而柴油發(fā)電機(jī)的供電對(duì)象僅為應(yīng)急負(fù)荷，其負(fù)荷密度較一般負(fù)荷密度小得多，所以供電半徑可以放大到到300m.而且對(duì)線路較長(zhǎng)或容量較大的電動(dòng)機(jī)回路應(yīng)校驗(yàn)電壓降以及保護(hù)靈敏度，必要的時(shí)候需增加供電線路的電纜截面。這些對(duì)投資經(jīng)濟(jì)性需要考慮。

2.3運(yùn)行方式

（1）系統(tǒng)正常和緊急情況下的運(yùn)行方式

總變電所內(nèi)110kV及6kV的母線均為雙電源進(jìn)線，采用單母線分段的接線型式，各級(jí)母線均采用母聯(lián)備用自投的方式進(jìn)行電源切換，同時(shí)6kV系統(tǒng)設(shè)應(yīng)急母線段，應(yīng)急母線段與正常母線段通過母聯(lián)連接。正常情況下全廠高低壓負(fù)荷由正常電源供電，在外部電源盡失的情況下，啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，并切斷與正常母線段的連接，由應(yīng)急電源向界區(qū)內(nèi)的特別重要負(fù)荷供電。

總變電所內(nèi)低壓正常380/220V系統(tǒng)和應(yīng)急380/220V系統(tǒng)均為單母線分段接線，采用母聯(lián)備用自投的方式進(jìn)行電源切換。

碼頭變電所采用兩路電源供電，一路電源來(lái)自主變電所6kV正常母線段，另一路電源引自主變電所6 kV應(yīng)急母線段，通過兩臺(tái)變壓器降至380/220V。380/220V系統(tǒng)為單母線分段接線型式，采用母聯(lián)備用自投的方式進(jìn)行電源切換。

（2）緊急柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。接收站設(shè)置一臺(tái)出口電壓為6.3kV，功率為1600kW的柴油發(fā)電機(jī)組。應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)只是在緊急狀況下使用的，這種概率很小，所以該發(fā)電機(jī)不設(shè)備用。

在外部電源失去時(shí)，為一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷供電。事故電源引自事故發(fā)電機(jī)組，組成6kV事故母線段，為總變電所內(nèi)380/220V低壓系統(tǒng)、海水變電所、碼頭變電所提供應(yīng)急電源各一路。

3　結(jié)語(yǔ)

海南LNG事故發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路重點(diǎn)考慮了：

（1）應(yīng)急負(fù)荷計(jì)算與發(fā)電機(jī)容量的選擇；

（2）事故段電壓等級(jí)選擇問題；

（3）LNG接收站的應(yīng)急用電設(shè)備空間分布廣，輸電距離遠(yuǎn)，相比項(xiàng)目化工項(xiàng)裝置更要考慮電壓下降的影響；

（4）統(tǒng)籌考慮容量、電壓、距離的選擇對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性考慮。

最終選擇的容量和電壓等級(jí)是最為適合工藝生產(chǎn)需要的，充分考慮的碼頭變空間距離遠(yuǎn)的考慮，在項(xiàng)目實(shí)施和經(jīng)濟(jì)成本方面具有優(yōu)勢(shì)。

在海南LNG建成投產(chǎn)平穩(wěn)生產(chǎn)期間，若發(fā)生上級(jí)雙回路電源都失電的情況下，柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)應(yīng)急負(fù)荷重新啟動(dòng)，保證工藝安全停車。

參考文獻(xiàn)：

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.144