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(qiáng)、自動(dòng)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(chē)恢復(fù)正常生產(chǎn)耗時(shí)長(zhǎng)、停產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失重大。因此對(duì)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(yùn)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(diǎn)：

1.1 對(duì)供電的可靠性要求非常高

對(duì)連續(xù)運(yùn)行的石化企業(yè)來(lái)說(shuō)，對(duì)供電的可靠性要求是非常高的，僅幾個(gè)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(xiǎn)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(gè)電源，并且從供電能力上，100%的互為備用（電源、線(xiàn)路、母線(xiàn)、開(kāi)關(guān)、變壓器等），當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)中止供電時(shí)，另一個(gè)系統(tǒng)能擔(dān)負(fù)全部用電負(fù)荷。

1.2 負(fù)荷相對(duì)平穩(wěn)

石化企業(yè)的負(fù)荷是相對(duì)平穩(wěn)的，日負(fù)荷曲線(xiàn)的變化很小，生產(chǎn)裝置運(yùn)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(dòng)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(dòng)機(jī)拖動(dòng)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(dòng)機(jī)的運(yùn)行，應(yīng)對(duì)其功率因數(shù)進(jìn)行有效的補(bǔ)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(diǎn)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(jiàn)慣的事情，因此在設(shè)計(jì)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(duì)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(yùn)行周期長(zhǎng)，連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行3～5年，供配電設(shè)備無(wú)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(duì)上海石化大型生產(chǎn)裝置供配電系統(tǒng)的現(xiàn)狀作簡(jiǎn)要分析和介紹，之后對(duì)乙烯生產(chǎn)裝置總降改造項(xiàng)目中供電系統(tǒng)的接線(xiàn)方案進(jìn)行探討，以期達(dá)到實(shí)現(xiàn)供配電系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行的目的。

二、生產(chǎn)裝置供配電系統(tǒng)接線(xiàn)方案

1 傳統(tǒng)接線(xiàn)方式

1.1 內(nèi)橋接線(xiàn)

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

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(xiàn)，典型接線(xiàn)方式見(jiàn)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(kāi)關(guān)。適用于變壓器不經(jīng)常切換或線(xiàn)路較長(zhǎng)的變電所，且為一路電源對(duì)應(yīng)一臺(tái)主變的運(yùn)行方式，35kV進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)，又兼主變開(kāi)關(guān)。一條線(xiàn)路對(duì)應(yīng)一臺(tái)主變供電，當(dāng)任一回電源進(jìn)線(xiàn)或斷路器檢修（或故障）時(shí)，另二條線(xiàn)路和三臺(tái)主變?nèi)钥衫^續(xù)供電。

1.2繼電保護(hù)配置

內(nèi)橋接線(xiàn)保護(hù)主要有：線(xiàn)路縱差保護(hù)、主變差動(dòng)保護(hù)、主變過(guò)流保護(hù)(如果過(guò)流保護(hù)靈敏度不能滿(mǎn)足要求，釆用低電壓閉鎖過(guò)流保護(hù))、6kV母線(xiàn)和分段過(guò)流保護(hù)。鑒于是內(nèi)橋式結(jié)線(xiàn)方式，過(guò)流保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)釆用和電流。線(xiàn)路縱差保護(hù)范圍為35kV線(xiàn)路、35kV線(xiàn)路開(kāi)關(guān)；主變差動(dòng)保護(hù)范圍為主變、35kV母線(xiàn)、主變35kV開(kāi)關(guān)、35kV分段開(kāi)關(guān)、主變6kV開(kāi)關(guān)；過(guò)流保護(hù)為主變差動(dòng)保護(hù)的后備保護(hù)，且兼做6kV母線(xiàn)的主保護(hù)；6kV母線(xiàn)、分段過(guò)流保護(hù)為母線(xiàn)主保護(hù)。上述保護(hù)具體作用如下。

A、進(jìn)線(xiàn)保護(hù)

1）線(xiàn)路縱差：瞬時(shí)動(dòng)作，作用于進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)跳閘。

B、主變保護(hù)

1）差動(dòng)保護(hù)：瞬時(shí)動(dòng)作，作用于主變高壓開(kāi)關(guān)（或35kV分段開(kāi)關(guān)）和低壓開(kāi)關(guān)跳閘。

2）重瓦斯保護(hù)：瞬時(shí)動(dòng)作，作用于主變高壓開(kāi)關(guān)（或35kV分段開(kāi)關(guān)）和低壓開(kāi)關(guān)跳閘。

3）低電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)：延時(shí)動(dòng)作，作用于主變高壓開(kāi)關(guān)（或35kV分段開(kāi)關(guān)）和低壓開(kāi)關(guān)跳閘。為了確保6kV母線(xiàn)短路故障時(shí)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(guò)負(fù)荷保護(hù)：延時(shí)動(dòng)作，作用于發(fā)信。

5）輕瓦斯保護(hù)：延時(shí)動(dòng)作，作用于發(fā)信。

6）溫度保護(hù)：延時(shí)動(dòng)作，作用于發(fā)信。

7）壓力釋放保護(hù)：延時(shí)動(dòng)作，作用于主變高壓開(kāi)關(guān)（或35kV分段開(kāi)關(guān)）和低壓開(kāi)關(guān)跳閘。

C、母線(xiàn)、分段保護(hù)

1）零序保護(hù)：延時(shí)動(dòng)作，作用于發(fā)信。

2）如主變低壓側(cè)一次結(jié)線(xiàn)設(shè)二只開(kāi)關(guān)分別供二段母線(xiàn)，則主變低壓開(kāi)關(guān)須設(shè)置母線(xiàn)保護(hù)：過(guò)流1、過(guò)流2保護(hù)，必要時(shí)加低電壓元件（該低電壓元件不宜與主變的低電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)中的電壓元件合用），過(guò)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(guò)流保護(hù)采用和電流結(jié)線(xiàn)。

3）分段保護(hù)：分段開(kāi)關(guān)在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，作為其中一段6kV母線(xiàn)的主保護(hù)。

1.3 內(nèi)橋接線(xiàn)演變?yōu)榫€(xiàn)路變壓器組接線(xiàn)的條件

當(dāng)線(xiàn)路XL發(fā)生故障時(shí)，進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)DLg自動(dòng)跳閘或手動(dòng)分閘，橋開(kāi)關(guān)DLq自動(dòng)合閘或手動(dòng)合閘，與故障線(xiàn)路同一側(cè)的主變ZB仍然能夠通過(guò)“ 一線(xiàn)帶二變”方式運(yùn)行。

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

2 35kV線(xiàn)路變壓器組

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

2.1 典型接線(xiàn)方式見(jiàn)圖2

2.2繼電保護(hù)配置

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

線(xiàn)路縱差保護(hù)范圍為35kV線(xiàn)路；主變差動(dòng)保護(hù)范圍為主變和主變6kV開(kāi)關(guān)；過(guò)流保護(hù)為主變差動(dòng)保護(hù)和6kV母線(xiàn)的的后備保護(hù)；6kV母線(xiàn)、分段過(guò)流保護(hù)為母線(xiàn)主保護(hù)。上述保護(hù)具體作用如下。

A、進(jìn)線(xiàn)保護(hù)

1）線(xiàn)路縱差：瞬時(shí)動(dòng)作，作用于電廠(chǎng)側(cè)饋線(xiàn)和主變6kV進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)跳閘。

B、主變保護(hù)

1）差動(dòng)保護(hù)：瞬時(shí)動(dòng)作，作用于電廠(chǎng)側(cè)饋線(xiàn)和主變6kV進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)跳閘。

2）重瓦斯保護(hù)：瞬時(shí)動(dòng)作，作用于電廠(chǎng)側(cè)饋線(xiàn)和主變6kV進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)跳閘。

3）低電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)：延時(shí)動(dòng)作，作用于電廠(chǎng)側(cè)饋線(xiàn)和主變6kV進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)跳閘。為了確保6kV母線(xiàn)短路故障時(shí)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(guò)負(fù)荷保護(hù)：延時(shí)動(dòng)作，作用于發(fā)信。

5）輕瓦斯保護(hù)：延時(shí)動(dòng)作，作用于發(fā)信。

6）溫度保護(hù)：延時(shí)動(dòng)作，作用于發(fā)信。

7）壓力釋放保護(hù)：延時(shí)動(dòng)作，作用于主變高壓開(kāi)關(guān)（或35kV分段開(kāi)關(guān)）和低壓開(kāi)關(guān)跳閘。

C、母線(xiàn)、分段保護(hù)

1）零序保護(hù)：延時(shí)動(dòng)作，作用于發(fā)信。

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

3）分段保護(hù)：分段開(kāi)關(guān)在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，作為其中一段6kV母線(xiàn)的主保護(hù)。

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

2.3 采用線(xiàn)路變壓器組接線(xiàn)的好處

2.3.1 6kV側(cè)有望選用國(guó)際知名品牌的GIS開(kāi)關(guān)柜，由于采用SF6絕緣，開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)更加緊湊；同時(shí)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(yùn)行費(fèi)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(gè)電壓等級(jí)。

2.3.3 接線(xiàn)簡(jiǎn)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(zhǎng)檢修周期、減少檢修工作量，將使整個(gè)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(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期運(yùn)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(fèi)用。

2.3.6兩個(gè)及以上電源互為備用：進(jìn)線(xiàn)來(lái)自?xún)蓚€(gè)及以上不同獨(dú)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(mǎn)足任何類(lèi)型用戶(hù)的要求。

一次接線(xiàn)力求簡(jiǎn)捷：電器是電力系統(tǒng)中最薄弱的元件，在滿(mǎn)足兩個(gè)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(mǎn)足不中斷供電的要求；滿(mǎn)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(qiáng)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(shí)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(zhǎng)到10年，檢修耗時(shí)很短，10年中生產(chǎn)裝置如果有機(jī)會(huì)同時(shí)停車(chē)，則一座35kV變電所可望為多套不同時(shí)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(wú)須考慮35kV配電裝置，容易實(shí)施，節(jié)省投資。

比內(nèi)橋接線(xiàn)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(xiàn)形式。

2.3.12經(jīng)濟(jì)（與內(nèi)橋接線(xiàn)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(xiàn)測(cè)算：

采用復(fù)合絕緣開(kāi)關(guān)柜需41臺(tái)（6kV供電系統(tǒng)6＋1臺(tái)＋4臺(tái)母線(xiàn)壓變）：

以SIEMENS或ABB的柜加進(jìn)口綜保為例：

14.5萬(wàn)元/臺(tái)×41臺(tái)＝594.5萬(wàn)元

采用GIS需要39臺(tái)（6kV供電系統(tǒng)6＋3臺(tái)）：

以SIEMENS或ALSTOM為例：

23萬(wàn)元/臺(tái)×39臺(tái)＝897萬(wàn)元

改用GIS需要增加投資：897－594.5＝302.5萬(wàn)元

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

可節(jié)省投資（未計(jì)入開(kāi)關(guān)室土建投資）：26萬(wàn)元/臺(tái)×13臺(tái)＝338萬(wàn)元

35kV側(cè)節(jié)省的投資可用于：彌補(bǔ)6kV側(cè)改用GIS增加投資之后尚余（338－302.5＝35.5萬(wàn)元）彌補(bǔ)選購(gòu)全焊接不可吊芯主變?cè)黾拥耐顿Y。

2.4 采用線(xiàn)路變壓器組有關(guān)問(wèn)題說(shuō)明

2.4.1 35kV側(cè)避雷器問(wèn)題

按照設(shè)計(jì)規(guī)范，輸電線(xiàn)路兩端應(yīng)裝設(shè)避雷器。運(yùn)行實(shí)踐證明，電源側(cè)配電母線(xiàn)戶(hù)內(nèi)布置、采用SF6斷路器，輸電線(xiàn)路采用電纜并敷設(shè)在地下，雷電感應(yīng)電壓和操作過(guò)電壓不會(huì)使避雷器導(dǎo)通。間歇弧光過(guò)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(guò)電壓。上海石化2005年“麥莎”臺(tái)風(fēng)來(lái)襲時(shí)熱電一站35kV系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重的間歇弧光過(guò)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(xiàn)避雷器三相短路，但是避雷器仍未導(dǎo)通。

現(xiàn)有工程實(shí)踐中數(shù)百米長(zhǎng)度的電纜短線(xiàn)路不裝設(shè)避雷器，長(zhǎng)線(xiàn)路由于電纜線(xiàn)路電容量大，數(shù)千米長(zhǎng)度的電纜線(xiàn)路相當(dāng)于并聯(lián)電容器組，對(duì)電源側(cè)產(chǎn)生的操作過(guò)電壓有緩沖作用，緩沖作用并隨線(xiàn)路長(zhǎng)度增加。據(jù)此分析，短線(xiàn)路可不裝設(shè)避雷器，長(zhǎng)線(xiàn)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(kāi)關(guān)柜，給運(yùn)行人員搖測(cè)饋線(xiàn)回路（尤其是電動(dòng)機(jī)回路）絕緣帶來(lái)不便。

三 結(jié)論

通過(guò)優(yōu)化選擇，乙烯總降改造采用線(xiàn)路變壓器組，將使整個(gè)變電所的設(shè)備檔次和可靠性發(fā)生質(zhì)的飛躍。是主動(dòng)適應(yīng)生產(chǎn)裝置大型化和長(zhǎng)周期的一項(xiàng)技術(shù)措施，符合生產(chǎn)裝置對(duì)配電系統(tǒng)安全性、可靠性和穩(wěn)定性的要求。有望實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期運(yùn)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(xiàn)方案優(yōu)化選擇”，作者為沈蔚。）