神華榆林公司供電可靠性研究

神華榆林公司供電可靠性研究

馬明武

(中國神華煤制油化工有限公司榆林化工分公司，陜西 榆林 719302)

摘要：煤化工企業興起比較晚，對于供電可靠性的研究也沒有進行專業論證，煤化工工藝對供電可靠性要求很高，供電突然中斷將會造成數以億計的損失。在實際生產過程中，由于電網結構及處于電網的地理位置不同，外電網供電電源可靠性也不同，相應的煤化工企業接線方式及自動裝置也是不同的，針對電網及自身機組情況，選擇適當的接線方式和配置不同的自動裝置非常必要。鑒于此，對神華榆林公司供電可靠性進行分析。

關鍵詞：煤化工；供電可靠性；接線方式；自動裝置

收稿日期:2015-04-27

作者簡介：馬明武(1965—)，男，陜西神木人，電力工程師，研究方向：發電廠技術管理。

1電力系統簡況

中國神華煤制油化工有限公司的甲醇下游加工等項目位于榆林神木縣大保當鎮的榆神工業園區清水煤化學工業園內，屬于榆林電網供電范圍內。距離該項目最近的變電站有大保當330 kV變電站和擬建小阿包110 kV變電站，其次還有錦開、石巖灣和榆樹灣三座110 kV變電站。大保當330 kV變電站位于神木縣大保當鎮東北方向的小阿包村東北處，距離大保當鎮約9 km，在S204省道及神延鐵路的東側，西距神延鐵路約7 km。地處毛烏素沙漠東部邊緣，已經于2011年建成投運。大保當330 kV變電站已建設2×240 MVA主變，遠景預留3×360 MVA主變的規模，各通過兩回330 kV出線與榆林變、神木變相連，并預留4回330 kV出線間隔；110 kV出線遠景規劃出線18回，已建成11回，即一回至錦開變、兩回至石巖灣變、兩回至榆樹灣變、6回為清水園區預留。小阿包110 kV變電站位于大保當330 kV變電站東側約1.5 km處，該變電站建有2×50 MVA主變，其110 kV采用單母線分段接線，有4回出線；35 kV采用單母分段接線，出線10回；10 kV采用單母分段接線，出線6回。

2榆林電網負荷預測

隨著榆林市經濟建設的飛速發展，榆林電網負荷同時保持較快增長態勢。2000年最大負荷650 MW，2005年1 374 MW，到2010年為2 412 MW，“十一五”期間年均增長率為11.9%；2000年榆林電網用電量為17.9億kW·h，2005年為69.4億kW·h，2010年為123.6億kW·h，“十一五”期間年均增長率為12.2%。“十二五”期間，榆林將在推進經濟發展方式轉型升級、能化基地建設、現代特色農業基地建設、促進城鄉一體化發展、塞上生態名市建設、增強經濟發展活力、建設西部文化大市、構建和諧榆林等8個方面實現新的跨越。到2015年榆林市GDP將達到4 000億元，“十二五”期間年均增長率為21.7%。“十二五”期間，榆林電網負荷增長點將重點圍繞上述“兩區六園”、能源工業的建設。根據陜西電網“十二五”規劃的成果，預測榆林電網2015年最大負荷5 800 MW，“十二五”期間負荷增長率為19.18%。2015年用電量292億kW·h，“十二五”期間負荷增長率為18.76%。電網平衡計劃：電力平衡選取電網負荷最大的冬季進行。備用容量：備用主要有負荷備用、事故備用、檢修備用三部分。總備用按網內最高發電負荷的18%計算。電源裝機按照《陜西電網“十二五”主網架規劃設計報告》中的裝機安排。火電電源按投產當年參加電力電量平衡考慮。風電、光伏發電等新能源發電裝機不參加電力平衡。平衡不考慮寧夏電網、山西電網的供電。由電力平衡可以得出，“十二五”期間，隨著大中型火電機組和熱電聯產機組的陸續投運，榆林電網電力基本處于盈余狀態，盈余電力最大約為1 320 MW，僅在2013年有少量電力缺額。

3大保當330 kV變電站負荷預測和電力平衡

中國神華煤制油化工有限公司的甲醇下游加工項目等3個項目距離最近的供電區為大保當330 kV變電站。該變電所主要為錦界開發區和包西電氣化鐵路相關牽引變供電，同時還將為規劃中的清水工業園區新增負荷供電，新建了石巖灣和小阿包110 kV變電站，預計2015年大保當330 kV供電區最大負荷約285.4 MW。目前，大保當330 kV變電站電源接入點僅有瑤鎮自備電廠，裝機容量37 MW；神華甲醇下游加工等3個項目中擬建設的2×25 MW機組將隨著項目的建成接入大保當供電區。大保當供電區2015年最大負荷將達到285.4 MW，其供電區內電源有瑤鎮自備電廠37 MW和本項目的50 MW裝機容量，區內電源和大保當330 kV變兩臺240 MVA主變形成了較為充足的供電能力，即使一臺主變故障，也能夠滿足區內負荷供電。

4神華甲醇下游加工項目電力平衡和接入方案

神華集團公司榆神工業區清水煤化學工業園動力供應與高純潔凈氣體項目中擬建設一座動力中心，為整個神華甲醇下游加工等3個項目提供生產用蒸汽，除此之外按以汽定電的原則，生產部分電力供本項目生產裝置使用。動力中心裝機規模為：4×260 t/h高溫高壓煤粉鍋爐+2×CB25抽汽背壓式汽輪發電機組。

通過本項目的用電負荷表可知，在正常運行條件下，本項目配置的2×25 MW的抽汽背壓式供熱機組，其所有發電量都將被本項目裝置用完，除此之外還需系統供給50.8 MW電量。按裝置年運行8 000 h計算，為保證供需平衡，還需從電網購入4.06×108kW·h電量才能滿足生產需要。在兩臺發電機都退出運行的條件下，本項目的用電需要全部由系統供給，共需10.08 MW電量，按裝置年運行8 000 h計算，為保證供需平衡，還需從電網購入8.06×108kW·h電量才能滿足生產需要。

4.1項目電力接入方案

根據上述電力負荷預測及電力平衡分析，為滿足本項目負荷用電，擬建設一座110 kV總變電所。根據接入系統報告，經綜合分析比較后，新建總變電所的兩路110 kV聯絡線接至大保當330 kV變電站110 kV母線。本總變電所110 kV母線按雙母線接線方式，35 kV母線按單母線分段接線方式，兩者之間由兩臺主變相連接，主變數量按一用一備的原則配置；主變容量按兩臺發電機均退出運行，且一臺主變因故障退出運行時，另一臺主變仍能滿足全廠用電負荷的供給極端工況考慮。根據用電負荷表，扣除低密度聚乙烯裝置二次壓縮機的用電負荷，全廠還需79.2 MW用電負荷；故本期總變電所內裝設2×90 MVA三繞組變壓器，低壓繞組為平衡繞組，考慮到機組投切會造成電壓波動，主變調壓方式選用有載調壓，電壓變比為115±8×1.25%/37/10.5 kV。遠期為后續負荷發展預留兩臺主變位置。總變電所通過110 kV線路與電力系統連接，擬采用線路縱差保護作為主保護，方向距離和零序保護作為后備保護。為滿足電力系統的調度要求，在總變電所和動力中心內分別裝設一套電氣綜合自動化系統和電氣綜合系統子站，該綜合自動化系統或子站既可作為總變電所或動力中心的監控裝置，又可通過光纖或者MODEN作為遠動通道，向上級電力調度所輸送所要的采集量。遠動通道及調度所端的設施由相關電力局統一考慮。本工程與電力系統的連接：根據陜西省電力設計院完成的接入系統設計，本工程110 kV總變電站以雙回110 kV線路接入大保當330 kV變電站110 kV母線，新建110 kV線路2×12 km，大保當變需要擴建兩個110 kV出線間隔，線路按兩個單回路架設。本期動力中心裝機規模為：4×260 t/h高溫高壓煤粉鍋爐+2×CB25抽汽背壓式汽輪發電機組。動力中心的兩臺機組以雙回35 kV電纜線路接入神華榆林110 kV總變電站，以兩回35 kV電纜線路2×0.5 km接入總變電站35 kV開關柜，機組考慮采用兩個單元接線。接線如圖1所示。

圖1　接入電力系統示意圖

4.2無功補償

為了保證供電質量，提高用電的功率因數，變電站應該配置無功補償裝置，補償容量應使功率因數滿足國際要求。根據電氣專業統一規定：項目全廠無功補償采取就地集中補償的原則，在各裝置區各變配電室內就地進行無功補償。380 V系統由380 V電容器在變配電所補償。要求補償后的功率因數均在0.92以上。10 kV系統功率因數應不小于0.9，否則應在各裝置區35/10 kV變電所設無功補償裝置。動力中心和總變電所的無功由動力中心的發電機過勵磁來補償。但是，由于動力中心是以熱定電的原則進行生產安排的，在個別極端工況下，為滿足裝置區用熱需求，動力中心的兩臺發電機可能都退出運行，在如此運行工況下，動力中心和總變電所正常運行所需的無功供應無法滿足，從而導致總變電所110 kV進線處功率因數偏低，不能滿足國家現行有關規定及當地供電公司的要求。故需要在總變電所35 kV母線處設置無功補償裝置，容量按動力中心和總變電所主變正常運行所需的無功容量進行補償。

4.3繼電保護及其安全自動裝置

大保當330 kV變電站到神華110 kV變電站兩回110 kV線路每回配置一套光纖電流差動保護，階段式距離保護作為后備保護，光纖電流差動保護使用專用的光纖通道，線路采用檢同期重合閘方式，線路兩端配置電壓互感器。神華110 kV變電站配置一套110 kV母線保護，配置一套35 kV分段保護，一套微機故障錄波裝置和一套低周低壓減載裝置。調度自動化，神華110 kV變電站屬于榆林市供電公司調度，相關遠動信息和電能量數據上傳榆林調，其調度自動化裝置應與榆林調相協調，并滿足電網商業化運營的要求，神華110 kV變電站配置調度專用數據網接入及二次安全防護設備，不同系統之間、不同分區設備之間應滿足“安全分區、網絡專用、橫向隔離”的原則。綜合自動化系統可對整個總變電所的主變、110 kV GIS配電裝置、35 kV GIS配電裝置、所用電、直流及UPS系統等進行遙測、遙控、遙信、遙調、繼電保護等；通過通訊管理機與各裝置區的35/10 kV變電所及動力中心的電氣綜合自動化系統子站聯系，與各子站相互配合，完成對整個廠區電氣系統的控制；上級調度可通過遠動數據處理及通信裝置監視總變電所的實時運行參數；各級領導可即時查看各種報表等。其功能特點可歸結為簡潔、方便、可靠、靈活，技術先進。總變電所設正常照明和事故照明兩種供電網絡，電壓均為220 V。正常照明和事故照明分開供電，正常照明由動力和照明共用的變壓器供電，事故照明平時由交流電源通過EPS電源供電，當交流電失去后，直流電源自動切入，經EPS的逆變器供電。總變電所的主要出入口、通道、樓梯間的事故照明采用應急燈。廠區照明與動力中心廠區照明統一考慮。在電氣中央控制室裝設直流常明燈。

5存在的問題

(1) 從大保當330 kV變電站到我公司110 kV總變電所采用電力電纜和架空線組成的混合線路，由于電力電纜和架空線的實際長度、電力電纜占線路總長度的比例各不相同，同時電力電纜型號規格多種多樣，其設備參數復雜，運行方式特殊，混搭給供電可靠性帶來許多問題，最直接的就是重合閘的投退。

(2) 從大保當330 kV變電站到我公司110 kV總變電所采用兩條單塔單回架空線和電力電纜混合線路，由于以架空線路為主，而架空線路部分易受環境條件，如冰、風、雨、雪、溫度、化學腐蝕、雷電等的影響，不夠安全可靠，同時單塔單回架空線造成本項目投資增大、土地浪費、植被破壞。

(3) 該項目動力中心升壓變高壓側到總變電所35 kV母線沒有隔離開關(刀閘)，等于沒有明顯的斷開點，在變壓器或者機組檢修時，所做安全措施不夠完善，容易造成誤傷檢修人員，存在人身傷害的風險；同時在做實驗時需要將電纜與35 kV母線徹底解除連接，多次操作后容易造成電纜頭損壞，存在設備損壞的風險。

(4) 該項目動力中心發電機出口到廠用變無斷路器，導致廠用變故障檢修時必須將發變組系統轉檢修，影響發電機正常運行。

6建議和改進

(1) 針對電力電纜和架空線組成的混合線路配合問題，大多數混合線路的跳閘故障是由架空線引起的，架空線的故障基本上屬于瞬時故障，可以自恢復，此時未投入重合閘裝置，勢必造成整個混合線路停電，加之從大保當330 kV變電站到我公司110 kV總變電所12 km的距離以架空線為主，此時未投入重合閘裝置，勢必造成整個混合線路停電，給輸電線路運行可靠性指標帶來較大不利影響，同時電力電纜不易受周圍環境和污染的影響，送電可靠性和穩定性較高，故筆者認為應該投入重合閘。

(2) 針對本項目兩條單塔單回架空線和電力電纜混合線路的設計問題，筆者認為隨著征地費用日益昂貴，砍伐樹木及拆遷賠償等費用不斷上升，在榆林項目所在地同桿并架雙回線路的造價遠低于兩條單塔單回架空線和電力電纜混合線路，也可以避免土地浪費和植被破壞，建議在擴建變電所時可以考慮采用同桿并架雙回線路。同時由于大保當變至榆林公司尾河變僅12 km，筆者認為可以考慮全線采用電力電纜連接地下敷設，雖然投資增大，但是考慮到電力電纜不易受周圍環境和污染的影響，線間絕緣距離小，占地少，無干擾電波，不占地面與空間，既安全可靠，又不易暴露目標，筆者認為也是合適的。

(3) 針對升壓變高壓側到總變電所35 kV母線沒有明顯的斷開點，存在安全風險，建議在35 kV母線上加裝隔離開關(刀閘)，作為線路中可見的斷開點，對于確保人員和設備安全是有意義的。將電器設備與帶電的電網隔離，以保證被隔離的電氣設備有明顯的斷開點，能安全地進行檢修實驗。

(4) 針對廠用變故障影響發電機運行的現象，建議在廠用變一次側加裝斷路器，起隔離電壓的作用，將高壓配電裝置中需要停電的部分與帶電部分可靠隔離，以保證檢修工作的安全。

7結語

供電可靠性的研究是大型煤化工企業的一個值得研究的課題，根據電網的性質不同、接入點不同、電壓等級不同等因素造成的接線方式、機組容量、自動裝置不同，需要進行大量的論證，沒有一個統一的模式，也不能按照普通電廠的接入系統進行論證，要把煤化工企業的供電可靠性提高到電廠接入系統可靠性上進行論證。

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