淺談大型煤化工項目電氣設計與主設備選型

王明康

摘 要：現代煤化工項目投資額度大，自動化程度高，對生產穩定性、安全性要求很高。電氣系統是整個工藝生產系統的動力來源和基礎，一旦停電，就會造成化工生產全線停車，原料的大量消耗、人工的消耗以及異常工況下有毒有害介質的排放，給企業帶來巨大的經濟損失，同時對環境的影響也是不可估量的，因此，供電系統的安全可靠就顯得尤為重要。

關鍵詞：電氣設計 煤化工 設備選型

中圖分類號：TU85 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（a）-0047-02

大型煤化工項目用電負荷設計越來越大，供配電設備容量也越來越大，電壓等級也越來越高，對電氣系統的穩定、可靠、經濟運行都提出了新的考驗。

在大型煤化工項目中電氣專業的設計包括總降變電站、自備電廠、各化工生產裝置區變電所、全廠供電外線系統、動設備的動力配電及照明配電、防雷及接地、電氣設備及材料選擇等多個方面，下列對此做簡單闡述。

1 總變電站的設計

總變電站是集變，配電于一體，功能多樣的綜合變電站，為全廠電力系統的核心，總電源進線為110kV雙電源進線。總變電站內設一座110/35kV主變壓器2臺，110kV配電裝置（GIS）一座。

總變站用電系統采用10/0.4kV干式變壓器為總變范圍內的低壓負荷和二次裝置、生活、辦公、消防暖通等用電設備提供電能。

35kV作為整個化工項目的動力樞紐部分，分4段布置，配電柜采用柜頂雙母線高壓配電柜或GIS配電裝置，其中4段母線為檢修母線，1、2、3段母線為化工裝置區35/10kV變電所提供電源。

110kV采用室內GIS布置，110kV系統采用雙母線接線方式。在GIS室設計配置氣體探測和通風聯動系統，保證SF6意外泄露能及時排出，避免對人身造成傷害。同時GIS設備需配置微水檢測系統在線檢測SF6氣體的運行工況，及時提醒運行維護人員。

2 繼電保護和自動配置

（1）線路保護。110kV線路保護按單套保護配置，保護具有完善的主保護和后備保護功能。

（2）系統保護。保護系統是從機組整體出發，使爐、機，電及各裝置區變電所之間相互配合，及時處理異常工況或用閉鎖條件限制異常工況發生，避開事故擴大或防止誤操作，保證人身和設備的安全。

（3）綜合自動化系統除了對總降變范圍內的電氣設備實施“五遙”以外，通過光纖通訊還可對數公里以外裝置區變電所高壓設備進行“五遙”，實現裝置區變電所的無人值守。

（4）在高壓配電裝置采用先進的微機五防系統防誤閉鎖，具有模擬操作智能判斷、語音提示、自動生成操作票并進行更改及刪除、替換等功能；閉鎖作用貫穿于操作過程始終，杜絕各種誤操作事故的發生。

（5）故障錄波系統，通過故障錄波裝置能夠準確進行故障元件診斷、事故后數據分析、保護動作行為評價等功能完善的電網故障信息綜合分析系統。

（6）廠用電快速切換裝置的應用可以在事故情況下以及正常情況下完成兩路供電電源之間快速、可靠的切換，保證負荷的不斷電運行。

不同于傳統的備自投裝置，快切裝置具有檢查同期的快速切換、同期捕捉切換和檢查殘壓的切換功能。優先檢同期，進行快速切換。快切裝置具有正常情況下的手動切換，事故和不正常情況下的自動切換功能、手動切換加閉鎖功能，可以在操作臺上進行，也可以在裝置面板上進行操作，自動切換由保護啟動或裝置檢測到不正常情況后自行啟動，不正常情況包括工作電源開關誤跳和廠用母線失壓。手動切換方式可選并聯和串聯，自動切換方式可選串聯和并聯。

（7）絕緣油在線檢測系統，實時檢測運行中的絕緣油工況，可生成歷史曲線并存入數據庫，作為運行維護和故障分析的重要依據。

3 自備電站電氣系統

根據全廠的用汽、用電負荷和運行方式，配置多臺小型機組，一般為50MW左右的空冷汽輪發電機組。機組采用與10/35kV升壓變的單元接線方式。同期裝置和勵磁調節系統等自動裝置和發變組保護裝置應采用知名廠家生產的最新產品，發電機組及廠用電系統接入熱電站的電氣綜合自動化，并與總降變電站做通訊連接。

通過升壓變35kV管母與總降變電所的35kV母線連接，為全廠提供正常運行工況下的電能供給。自備電站廠用電根據機爐數量配置配電所室。

4 裝置變電所

（1）化工裝置區變電站為10kV，380V配電系統，多設計為單母線分段接線方式，380V系統分段數量根據化工裝置區的系列數量對應配置。

（2）除一級負荷中特別重要負荷外，生產裝置區有一、二級負荷的10kV配電裝置，均采用取自不同配電母線段的雙回路電源供電，單母線分段分列運行，母聯開關設自投裝置，每回路均能帶100%負荷。

（3）有一、二級負荷的10/0.4kV降壓變電所，10kV變電所采用取自不同配電母線段的雙回路電源供電，2臺變壓器，低壓單母線分段運行，對有一級負荷的母聯設電源快切裝置。一臺變壓器故障時，另一臺能帶2臺變壓器的100%負荷。

（4）三級負荷可采用單回路供電，單臺降壓變壓器，變壓器負荷率通常可按60%～80%左右選擇。

（5）裝置區變電所綜合保護。裝置應具有獨立性、完整性、成套性、被保護設備包括電動機、變壓器、饋線及電容器等，在裝置內應具有被保護設備所必需的保護功能。

（6）低壓負荷的分級。為了保持接觸器在晃電情況下短時間的吸合狀態，保證重要生產裝置不停機，低壓電動機控制回路加入了抗晃電模塊，這會造成同一母線負荷同時啟動，導致母線電壓拉低、整條母線停電，為此，應對低壓設備做好分級，根據分級合理的整定配置。

5 特殊電源裝置的使用

（1）UPS電源裝置。UPS不間斷電源為重要的用電負荷供電，包括工業計算機、重要電動執行機構的動力電源，也作為電控設備的二次控制電源，保證重要設備的抗晃電性能。endprint

（2）直流系統供電包括事故潤滑油泵工作電源，可交流失電情況下保證重要設備安全停機；也作為高壓控制回路提供合閘、控制電源。

（3）柴油發電機與保安電源。由柴發和保安段配電柜組成了保安電源系統，通常也是作為汽輪機等大型機組事故停機情況下保證安全停機的電源系統，通過雙電源組成與廠用電互為備用電源，為重要負荷提供事故情況下供電。

6 照明

按照明方式可分為：一般照明、局部照明和混合照明。按種類可分為：正常照明、應急照明、障礙照明等。其中應急照明包括備用和應急疏散指示燈。

煙囪、高塔等設施應加裝障礙指示燈。

應急照明原則上采用EPS供電，應急照明時間應不低于30min。

7 節能設計

（1）大型化工廠照明用電負荷大，宜采用LED照明，同時配合光控加時控方式自動控制開閉時間。

（2）風機、水泵宜采用變頻器控制可有效地減少電能消耗。

（3）使用新型高效節能電機、電氣設備。

（4）在各裝置區變電所10kV系統安裝無功補償裝置，能有效提高系統功率因數，維持系統電壓。

8 接地系統

110kV系統經小電阻接地或經隔離開關接地；6/10kV系統經消弧線圈或電阻接地或不接地；380V系統中性點直接接地。

生產裝置內一般采用共用接地裝置，即工作接地、保護接地、防雷接地、防靜電接地連接在同一接地網上的綜合接地系統，滿足設備工作接地對接地電阻的要求。電氣專業的共用接地裝置還需與自控接地、通信接地連在一起，并滿足上述專業對接地電阻的要求。

易燃易爆介質在化工廠有著廣泛的應用，管道防靜電跨接作為一項重要防靜電技術措施，必須引起設計施工人員的高度重視。

9 設備的選擇

電氣設備和材料的設計標準均應不低于國家標準，設備和材料的選擇均滿足當地的地理、氣象條件，以及周圍環境化學腐蝕、氣體或粉塵爆炸、風沙污穢等環境條件對電氣設備的要求，對防護、防爆特性做出必要的要求。GIS裝置、變壓器、微機繼電保護等自動裝置，高壓電纜、管型母線等重要設備材料宜采用業界知名品牌。

10 結語

大型煤化工項目關乎地區能源安全和經濟社會發展，電氣系統的合理設計和安全穩定運行對生產的連續穩定運行有著極其重要的作用。電氣系統作為一個公用基礎支持系統廣泛應用于各行各業，卻因為服務于不同的行業有著自身的特點，通過上述介紹我們可以從供電系統的整體設計上進行把握，設計出適合煤化工行業生產特點的電氣系統。

參考文獻

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