3期甲醇項目調試生產供電方案

穆 想， 程遠偉

(威德環境科技股份有限公司， 河北 石家莊 050021)

目前，國家供電標準為雙電源供電，雙電源系指對重要用戶在正常或主要供電電源以外增設的第2電源，以作備用[1-4]。化工企業生產的特點是高溫高壓、易燃易爆、有毒有害以及生產過程連續。當發生事故時，設備非受控停車后，極易導致生產過程紊亂，更嚴重的會造成物料泄漏、環境污染，甚至發生爆炸事故[5-8]。由此看來，合理安排運行方式尤為重要。

國內某公司(以下簡稱公司)現有110 kV變電站當初的設計容量可滿足現有的1期和2期全部負荷。現在3期甲醇項目(以下間稱甲醇項目)的負荷需要新建一個110 kV變電站來提供電源。由于甲醇項目的土建已基本完成，馬上要進入調試和試運行階段，但是新的110 kV變電站還未建成。在甲醇項目試運行期間將一直是臨時供電。按照國家供電標準，從安全可靠性考慮，供電設備不能在滿負荷下運行，即使在單臺設備故障情況下也不能達到滿負荷[9-12]。在分析了公司現有的供電系統穩定性、運行方式及承受的能力，并兼顧1期和2期的穩定運行，在甲醇工程試生產順利進行的基礎上，經過科學論證，得出甲醇項目試生產期間公司供電系統的最為合適的供電方案、運行方式及應急措施。

1 甲醇項目供電系統概況

甲醇項目設計有甲醇和空分2個高壓變電站，2變電站正常運行時的有功負荷、計算電流及試生產時的估算有功負荷、計算電流如表1所示。甲醇變電站設計進線電纜為2根3×240 mm2交聯電纜。主要設備有3用1備4臺3 100 kW煤氣壓縮機，1用1備2臺220 kW鍋爐給水泵，4臺500 kW的循環水泵；還有1根3×50 mm2交聯電纜，3臺250 kW的高壓消防水泵，屬于1級負荷。空分變電站設計進線電纜為2根3×150 mm2交聯電纜，主要設備有6 000 kW空壓機1臺 、2 600 kW氧壓機1臺、520 kW氮壓機1臺。

表1 甲醇項目變電站負荷情況

2 公司現有供電系統概況

110 kV變電站現有2臺25 000 kVA主變，在發電機停機、2臺主變同時運行的情況下，最大可以帶2×25 000×0.9=45 MW的有功負荷，按設計規范的要求，變壓器負荷率要考慮設備啟動時的沖擊，其長期工作負荷率不宜大于85%。因此，公司2臺主變同時長期運行時所帶負荷不宜超過38.25 MW。除去現有1期和2期20 MW的負荷，理論上還可以帶18.25 MW的有功負荷。考慮到運行方式要求上的平均分配，因而實際上只能帶15 MW左右的有功負荷(如變壓器長期工作負荷率適當放寬到不超過90%時，實際能帶的有功負荷可以到17.5 MW左右，但這時必須保證主變油溫不超過85℃)，與試生產時16.3 MW的估算負荷基本相等。在發電機開機的情況下，除去3中變的自耗電，發電機輸出給公司電網的有功容量約為10 MW。110 kV變電站和發電機在多種運行方式下負荷狀況分析見表2。

在110 kV變電站2臺主變同時運行，1期和2期滿負荷生產的條件下，汽輪發電機無論是停機還是運行，甲醇項目都可以進行試生產。只不過在發電機停機情況下，只能剛好保證甲醇項目試生產的要求，而在汽輪發電機運行的情況下，可以較好的保證甲醇項目試生產需要，并且在一定程度上還可以進行生產的調節。

表2 110 kV變電站和發電機在各種運行方式下負荷狀況分析

3 甲醇調試的供電方案

3.1 甲醇調試、試生產臨電接入點的選擇

根據甲醇項目所處位置和公司供電系統的實際情況，甲醇項目調試、試生產臨時電源可以接入的地點只有3中變和4中變兩處：一個方案是甲醇和空分變電站都從3中變出；另一個方案是甲醇變電站從4中變出，空分變電站從3中變出。消防水泵一路用現有的2中變到3期的臨電帶，因此，暫不考慮此路。

3中變、4中變供電設施狀況和允許帶載能力見表3。

3.1.1 電源從4中變取 從表3看，如果甲醇變電站臨電電源從4中變取，4中變單路運行的帶載能力只有783 A，而甲醇試生產時，甲醇變電站的實際負荷加4中變的現有負荷將達到1 020 A，大于4中變的單路允許帶載能力。因而4中變單路帶甲醇變電站是不可行的。如果4中變兩路進線分列運行，一路帶甲醇變電所，一路帶2期凈化運行，從表面上看，每路進線所帶的負荷均小于每路進線的允許載流量。但考慮到2期凈化設備的實際運行方式，所有負荷不可能集中到一路上，其中有一部分負荷必須和甲醇變電站在一路上，此時的負荷有可能就超過了4中變單路進線的允許載流量。此時若4中變一路進線故障，因其單路進線的帶載能力有限，為保證2期凈化的正常運行，甲醇變電站就必須停止運行。因此，甲醇變電站臨時電源從4中變接入的方案是不可行的。

表3 3中變、4中變供電設施狀況和允許帶載能力

3.1.2 電源從3中變取 如果甲醇、空分變電站的電源都從3中變取，為確保甲醇調試時盡可能不影響現有裝置的正常運行，甲醇、空分變電站的電源都接在3中變的5#母線上，而發電機在4#母線上，3中變的4#、5#母線分列運行。甲醇、空分變電站調試、試生產時的負荷電流在1 kA左右，較3中變單路進線的允許載流量小，所以3中變二路進線帶3期甲醇項目調試、試生產是可行的。但如果3中變二路故障，須由3中變一路進線帶甲醇項目時，需要考慮兩點：① 發電機的發電量可能在3中變就被全部消耗，需供電局許可；② 3中變的母聯聯絡線不是母排，而是2根3×240 mm2的交聯電纜，其長期運行允許載流量只有783 A，此時需要限制甲醇項目的負荷大小。

因此，3期甲醇項目調試、試運行的電源全部從3中變5#母線接線是可行的，只是要確保3中變二路進線故障時，一路進線能夠帶甲醇項目的負荷，運行時就需要在3中變母聯處加1根3×240 mm2的電纜。

3.2 相關項目及費用

甲醇調試、試生產臨電接入3中變的相關項目及費用見表4。

表4 甲醇調試、試生產臨電接入3中變的相關項目及費用

4 供電系統的運行方式及應急措施

4.1 供電系統的運行方式

甲醇項目調試、試生產時，為了保證不影響公司現在的生產狀況，總的原則是公司1期和2期負荷和3期負荷分開，即110 kV變電站1#主變帶1期和2期負荷，2#主變帶甲醇、空分變電所及1和4中變部分負荷。各站具體運行方式如下。

(1) 110 kV變電站：111合帶1#主變、112合帶2#主變，145斷自投退出。501和544合，1#主變帶10 kV 4#母線運行；502合，2#主變帶10 kV 5#母線運行；545斷自投退出。145自投退出是因為現110 kV站是按1期和2期的負荷設計的，帶甲醇后可能會超出110 kV的設計容量；545自投退出，是因為如果自投投入，在發電機停機的情況下，若1臺主變故障后，另1臺主變帶1期和2期及甲醇的負荷會造成過負荷運行，使事故擴大。

(2) 1中變、4中變根據站內吸氣機的運行方式有以下兩種：① 1中變：一路進線211合，234合帶10 kV 3#、4#母線，二路進線212合帶10 kV 5#母線，245熱備，1期凈化2#吸氣機運行，5#母線負荷控制在3 MW以下。4中變：一路進線241合，245合帶全站負荷，242熱備。② 1中變：一路進線211合，234合，245合帶全站負荷，212、213熱備。4中變：一路進線241合帶10 kV 4#母線，二路進線242合帶10 kV 5#母線，245熱備，每段母線各帶一臺吸氣機，5#母線負荷控制在4 MW以下。

(3) 3中變，一路進線231合帶10 kV 4#及10 kV 4#甲、5#甲母線，二路進線232合帶10 kV 5#母線，245熱備，發電機運行，10 kV 4#母線帶一期干熄焦變電站，10 kV 5#母線帶甲醇、空分變電站。

(4) 2中變、5中變均為一路進線及母聯合帶全站負荷，二路進線熱備狀態。

4.2 供電系統故障后的應急措施

(1) 110 kV站2#主變、10 kV 5#母線故障后，甲醇項目執行緊急停車。等故障排除再恢復甲醇項目的正常調試和試運行。

(2) 發電機因故停機后不影響現有生產情況。

(3) 110 kV站1#主變或10 kV 4#母線故障后，甲醇裝置應在限定時間內停產，然后用2#主變或10 kV 5#母線帶1、2期負荷。

(4) 各用戶單位的高壓負荷因生產需要倒負荷時，應先經公司主管部門同意，在系統允許的前提下才能倒負荷。

(5) 500 kW及以上的大容量電機啟動前，各用戶單位需先向公司相關部門匯報，經110 kV站確認系統容量可以滿足啟動要求時方能實施。

(6) 110 kV變電站加強對主變負荷變化及主變油溫變化的監控，確保主變不過負荷運行或者在主變允許的過負荷能力下運行。

5 結 語

在新110 kV變電站未建成投入使用之前，公司目標是在確保公司1期和2期正常生產的同時，保證3期甲醇項目能夠正常調試和試運行。當供電系統出現問題后要確保1期和2期的正常生產，甩掉3期的負荷。在運行期間，相關人員要時刻監測運行狀況和運行數據，一旦出現異常要及時采取措施，保證公司的正常生產。后期可以根據公司各部門的運行情況，對3期的負荷做適當調整。當然，要加快新建110 kV變電站的建設，爭取早日投運。只有這樣才能保證公司1～3期的正常生產運行，才能從根本上保證公司的安全穩定用電。在新變電站投運之前，通過科學論證，合理安排運行方式，尋找最合適的措施，才能更好地保證公司供電系統的穩定可靠[13-15]。此方案對大型生產企業在建設初期供電問題的解決提供了很好的借鑒。

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