一 引言

大型石化企業(yè)一般都有幾套大型或特大型生產(chǎn)裝置組成，各裝置之間互為上下關(guān)系，不但具有生產(chǎn)工藝連續(xù)性強、自動化程度高、易燃易爆、有毒有害、高溫高壓、臨氫和易腐蝕等特性，而且停一次車恢復(fù)正常生產(chǎn)耗時長、停產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失重大。因此對供電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化可以大大提高供電可靠性，也是提高系統(tǒng)投資效益和運行效益的的最有效途徑。

相應(yīng)的供配電系統(tǒng)具有如下特點：

1.1 對供電的可靠性要求非常高

對連續(xù)運行的石化企業(yè)來說，對供電的可靠性要求是非常高的，僅幾個周波的電力系統(tǒng)故障就能造成大量生產(chǎn)裝置停工，甚至引起災(zāi)難性的后果，事故風(fēng)險率高、影響范圍大、經(jīng)濟(jì)損失巨大。因此供電電源至少配備兩個電源，并且從供電能力上，100%的互為備用（電源、線路、母線、開關(guān)、變壓器等），當(dāng)一個系統(tǒng)中止供電時，另一個系統(tǒng)能擔(dān)負(fù)全部用電負(fù)荷。

1.2 負(fù)荷相對平穩(wěn)

石化企業(yè)的負(fù)荷是相對平穩(wěn)的，日負(fù)荷曲線的變化很小，生產(chǎn)裝置運行正常后，負(fù)荷幾乎數(shù)周甚至數(shù)月不變。

1.3 負(fù)荷以異步電動機(jī)為主

石化企業(yè)的負(fù)荷主要是以大型或特大型異步電動機(jī)拖動的風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)以及工藝流程泵為主。由于供電系統(tǒng)內(nèi)具有大量異步電動機(jī)的運行，應(yīng)對其功率因數(shù)進(jìn)行有效的補償。

1.4 裝置生產(chǎn)能力逐步擴(kuò)容

石化企業(yè)的另一特點是隨著生產(chǎn)裝置的不斷擴(kuò)容，用電負(fù)荷隨之增加，新增裝置或改造老裝置是石化企業(yè)司空見慣的事情，因此在設(shè)計石化企業(yè)供配電系統(tǒng)是一定要考慮留有足夠的擴(kuò)展余地。

1.5 對環(huán)境的要求也日益提高

上海石化地處江南海濱，受到大氣濕度和鹽霧雙重作用，生產(chǎn)區(qū)域大氣中存在懸浮固體顆粒和腐蝕性氣體污染；況且石化配電生產(chǎn)裝置運行周期長，連續(xù)生產(chǎn)運行3～5年，供配電設(shè)備無法按照電氣設(shè)備檢修規(guī)程規(guī)定的周期安排檢修，絕緣元件腐蝕和積灰相當(dāng)嚴(yán)重。

本文首先對上海石化大型生產(chǎn)裝置供配電系統(tǒng)的現(xiàn)狀作簡要分析和介紹，之后對乙烯生產(chǎn)裝置總降改造項目中供電系統(tǒng)的接線方案進(jìn)行探討，以期達(dá)到實現(xiàn)供配電系統(tǒng)長周期運行的目的。

二、生產(chǎn)裝置供配電系統(tǒng)接線方案

1 傳統(tǒng)接線方式

1.1 內(nèi)橋接線

內(nèi)橋接線具有高壓斷路器數(shù)量少，變電所占地面積小等優(yōu)點，但同時也存在變壓器的切除和投入較復(fù)雜，線路斷路器檢修時需較長時間中斷線路供電等缺點。

上海石化向生產(chǎn)裝置供配電的35kV變電所均采用內(nèi)橋接線，典型接線方式見圖1，其跨橋連接靠近變壓器側(cè)，省掉變壓器回路的斷路器，僅裝設(shè)隔離開關(guān)。適用于變壓器不經(jīng)常切換或線路較長的變電所，且為一路電源對應(yīng)一臺主變的運行方式，35kV進(jìn)線開關(guān)，又兼主變開關(guān)。一條線路對應(yīng)一臺主變供電，當(dāng)任一回電源進(jìn)線或斷路器檢修（或故障）時，另二條線路和三臺主變?nèi)钥衫^續(xù)供電。

1.2繼電保護(hù)配置

內(nèi)橋接線保護(hù)主要有：線路縱差保護(hù)、主變差動保護(hù)、主變過流保護(hù)(如果過流保護(hù)靈敏度不能滿足要求，釆用低電壓閉鎖過流保護(hù))、6kV母線和分段過流保護(hù)。鑒于是內(nèi)橋式結(jié)線方式，過流保護(hù)和差動保護(hù)釆用和電流。線路縱差保護(hù)范圍為35kV線路、35kV線路開關(guān)；主變差動保護(hù)范圍為主變、35kV母線、主變35kV開關(guān)、35kV分段開關(guān)、主變6kV開關(guān)；過流保護(hù)為主變差動保護(hù)的后備保護(hù)，且兼做6kV母線的主保護(hù)；6kV母線、分段過流保護(hù)為母線主保護(hù)。上述保護(hù)具體作用如下。

A、進(jìn)線保護(hù)

1）線路縱差：瞬時動作，作用于進(jìn)線開關(guān)跳閘。

B、主變保護(hù)

1）差動保護(hù)：瞬時動作，作用于主變高壓開關(guān)（或35kV分段開關(guān)）和低壓開關(guān)跳閘。

2）重瓦斯保護(hù)：瞬時動作，作用于主變高壓開關(guān)（或35kV分段開關(guān)）和低壓開關(guān)跳閘。

3）低電壓閉鎖過流保護(hù)：延時動作，作用于主變高壓開關(guān)（或35kV分段開關(guān)）和低壓開關(guān)跳閘。為了確保6kV母線短路故障時的靈敏度，低電壓繼電器的電壓宜取自主變低壓側(cè)壓變。

4）過負(fù)荷保護(hù)：延時動作，作用于發(fā)信。

5）輕瓦斯保護(hù)：延時動作，作用于發(fā)信。

6）溫度保護(hù)：延時動作，作用于發(fā)信。

7）壓力釋放保護(hù)：延時動作，作用于主變高壓開關(guān)（或35kV分段開關(guān)）和低壓開關(guān)跳閘。

C、母線、分段保護(hù)

1）零序保護(hù)：延時動作，作用于發(fā)信。

2）如主變低壓側(cè)一次結(jié)線設(shè)二只開關(guān)分別供二段母線，則主變低壓開關(guān)須設(shè)置母線保護(hù)：過流1、過流2保護(hù)，必要時加低電壓元件（該低電壓元件不宜與主變的低電壓閉鎖過流保護(hù)中的電壓元件合用），過流保護(hù)電流應(yīng)取三相值，以確保保護(hù)靈敏度，主變低電壓閉鎖過流保護(hù)采用和電流結(jié)線。

3）分段保護(hù)：分段開關(guān)在運行狀態(tài)時，作為其中一段6kV母線的主保護(hù)。

1.3 內(nèi)橋接線演變?yōu)榫€路變壓器組接線的條件

當(dāng)線路XL發(fā)生故障時，進(jìn)線開關(guān)DLg自動跳閘或手動分閘，橋開關(guān)DLq自動合閘或手動合閘，與故障線路同一側(cè)的主變ZB仍然能夠通過“ 一線帶二變”方式運行。

由于“ 一線帶二變”并不能改變變電所單電源運行的實質(zhì)，當(dāng)主變?nèi)萘磕軡M足一線帶二變負(fù)荷要求時，6kV側(cè)的兩段母線完全可以通過合上分段開關(guān)DLf的方式并列運行，達(dá)到內(nèi)橋接線中合上橋開關(guān)DLq同樣的供電條件，即可以推行35kV線路變壓器組接線方案。

2 35kV線路變壓器組

線路變壓器組具有線路最簡單，設(shè)備少、投資省、操作簡便、宜于擴(kuò)建，變電所占地面積小等優(yōu)點，但同時也存在不夠靈活，線路故障或檢修時變壓器停運等缺點。適用于一回電源線路帶一臺變壓器的變電所。

2.1 典型接線方式見圖2

2.2繼電保護(hù)配置

線路變壓器組主要保護(hù)有：線路縱差保護(hù)、主變差動保護(hù)、主變過流保護(hù)(如果過流保護(hù)靈敏度不能滿足要求，釆用低電壓閉鎖過流保護(hù))、6kV母線和分段過流保護(hù)。

線路縱差保護(hù)范圍為35kV線路；主變差動保護(hù)范圍為主變和主變6kV開關(guān)；過流保護(hù)為主變差動保護(hù)和6kV母線的的后備保護(hù)；6kV母線、分段過流保護(hù)為母線主保護(hù)。上述保護(hù)具體作用如下。

A、進(jìn)線保護(hù)

1）線路縱差：瞬時動作，作用于電廠側(cè)饋線和主變6kV進(jìn)線開關(guān)跳閘。

B、主變保護(hù)

1）差動保護(hù)：瞬時動作，作用于電廠側(cè)饋線和主變6kV進(jìn)線開關(guān)跳閘。

2）重瓦斯保護(hù)：瞬時動作，作用于電廠側(cè)饋線和主變6kV進(jìn)線開關(guān)跳閘。

3）低電壓閉鎖過流保護(hù)：延時動作，作用于電廠側(cè)饋線和主變6kV進(jìn)線開關(guān)跳閘。為了確保6kV母線短路故障時的靈敏度，低電壓繼電器的電壓宜取自主變低壓側(cè)壓變。

4）過負(fù)荷保護(hù)：延時動作，作用于發(fā)信。

5）輕瓦斯保護(hù)：延時動作，作用于發(fā)信。

6）溫度保護(hù)：延時動作，作用于發(fā)信。

7）壓力釋放保護(hù)：延時動作，作用于主變高壓開關(guān)（或35kV分段開關(guān)）和低壓開關(guān)跳閘。

C、母線、分段保護(hù)

1）零序保護(hù)：延時動作，作用于發(fā)信。

2）如主變低壓側(cè)一次結(jié)線設(shè)二只開關(guān)分別供二段母線，則主變低壓開關(guān)須設(shè)置母線保護(hù)：過流1、過流2保護(hù)，必要時加低電壓元件（該低電壓元件不宜與主變的低電壓閉鎖過流保護(hù)中的電壓元件合用），過流保護(hù)電流應(yīng)取三相值。

3）分段保護(hù)：分段開關(guān)在運行狀態(tài)時，作為其中一段6kV母線的主保護(hù)。

電源側(cè)配置一套方向信號全線速斷主保護(hù)SEL-351，加一套過流后備保護(hù)SEL-551；用戶側(cè)SEL-351要帶非電量光隔輸入型號裝置，以接入非電量； SEL-587及非電量通過SEL-351啟動遠(yuǎn)跳；本方案不考慮電源測旁代方式時有全線快速主保護(hù)，僅按常規(guī)保護(hù)配置。

2.3 采用線路變壓器組接線的好處

2.3.1 6kV側(cè)有望選用國際知名品牌的GIS開關(guān)柜，由于采用SF6絕緣，開關(guān)柜結(jié)構(gòu)更加緊湊；同時氣密焊接的殼體，免維護(hù)的元件和密封電纜接頭，使供電可靠性更高，運行費用更省。

2.3.2有望選用不吊芯主變、主變套管和外接銅排支持絕緣子提高一個電壓等級。

2.3.3 接線簡捷、目的明確、設(shè)備數(shù)量少、故障幾率小、可靠性高。

2.3.4 大幅度延長檢修周期、減少檢修工作量，將使整個35kV變電所的設(shè)備檔次和可靠性發(fā)生質(zhì)的飛躍，有望實現(xiàn)長周期運行的目標(biāo)。

2.3.5合理使用投資、占地少、檢修任務(wù)減少、節(jié)約檢修費用。

2.3.6兩個及以上電源互為備用：進(jìn)線來自兩個及以上不同獨立電源， 6kV側(cè)設(shè)有備自投裝置，使用世界一流的一次、二次設(shè)備，能夠滿足任何類型用戶的要求。

一次接線力求簡捷：電器是電力系統(tǒng)中最薄弱的元件，在滿足兩個及以上電源互為備用的前提下，電器數(shù)量越少，供電可靠性越高。

2.3.7 可靠：滿足不中斷供電的要求；滿足電能質(zhì)量要求。

2.3.8 高負(fù)荷：主變極限負(fù)荷率提高到66％。

2.3.9 安全：設(shè)備安全和人身安全有保障。

2.3.10強適應(yīng)：通常我們要求兩套及以上大型重要生產(chǎn)裝置，如果不安排同時檢修，則不應(yīng)由同一座變電所供電。6kV配電裝置改用GIS后，停電檢修周期可望延長到10年，檢修耗時很短，10年中生產(chǎn)裝置如果有機(jī)會同時停車，則一座35kV變電所可望為多套不同時檢修的化工生產(chǎn)裝置供電。

2.3.11 可擴(kuò)充：主變擴(kuò)容或者新增電源，都無須考慮35kV配電裝置，容易實施，節(jié)省投資。

比內(nèi)橋接線便于擴(kuò)充。圖3提供了一種成熟的、高可靠性、大容量變電所的接線形式。

2.3.12經(jīng)濟(jì)（與內(nèi)橋接線比較）：以上海石化乙烯總降改造為例:

三主變變電所的6kV側(cè)以30回饋線測算：

采用復(fù)合絕緣開關(guān)柜需41臺（6kV供電系統(tǒng)6＋1臺＋4臺母線壓變）：

以SIEMENS或ABB的柜加進(jìn)口綜保為例：

14.5萬元/臺×41臺＝594.5萬元

采用GIS需要39臺（6kV供電系統(tǒng)6＋3臺）：

以SIEMENS或ALSTOM為例：

23萬元/臺×39臺＝897萬元

改用GIS需要增加投資：897－594.5＝302.5萬元

35kV側(cè)以ABB ZS3.2型（配HD4斷路器）復(fù)合絕緣柜為例測算：

可節(jié)省投資（未計入開關(guān)室土建投資）：26萬元/臺×13臺＝338萬元

35kV側(cè)節(jié)省的投資可用于：彌補6kV側(cè)改用GIS增加投資之后尚余（338－302.5＝35.5萬元）彌補選購全焊接不可吊芯主變增加的投資。

2.4 采用線路變壓器組有關(guān)問題說明

2.4.1 35kV側(cè)避雷器問題

按照設(shè)計規(guī)范，輸電線路兩端應(yīng)裝設(shè)避雷器。運行實踐證明，電源側(cè)配電母線戶內(nèi)布置、采用SF6斷路器，輸電線路采用電纜并敷設(shè)在地下，雷電感應(yīng)電壓和操作過電壓不會使避雷器導(dǎo)通。間歇弧光過電壓可達(dá)到3～4U0，足以造成相間短路，是電纜配電網(wǎng)中最嚴(yán)重的過電壓。上海石化2005年“麥莎”臺風(fēng)來襲時熱電一站35kV系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重的間歇弧光過電壓，A相接地25 ms后B、C相短路，繼而三相短路。查金衛(wèi)總降#2主變35kV穿墻套管相間短路，化一總降金化612進(jìn)線避雷器三相短路，但是避雷器仍未導(dǎo)通。

現(xiàn)有工程實踐中數(shù)百米長度的電纜短線路不裝設(shè)避雷器，長線路由于電纜線路電容量大，數(shù)千米長度的電纜線路相當(dāng)于并聯(lián)電容器組，對電源側(cè)產(chǎn)生的操作過電壓有緩沖作用，緩沖作用并隨線路長度增加。據(jù)此分析，短線路可不裝設(shè)避雷器，長線路也不必裝設(shè)避雷器。

2.4.2 乙烯總降改造后，由于6kV采用GIS開關(guān)柜，給運行人員搖測饋線回路（尤其是電動機(jī)回路）絕緣帶來不便。

三 結(jié)論

通過優(yōu)化選擇，乙烯總降改造采用線路變壓器組，將使整個變電所的設(shè)備檔次和可靠性發(fā)生質(zhì)的飛躍。是主動適應(yīng)生產(chǎn)裝置大型化和長周期的一項技術(shù)措施，符合生產(chǎn)裝置對配電系統(tǒng)安全性、可靠性和穩(wěn)定性的要求。有望實現(xiàn)長周期運行的目標(biāo)。

（摘編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“石化企業(yè)大型生產(chǎn)裝置供配電系統(tǒng)接線方案優(yōu)化選擇”，作者為沈蔚。）