化工企業35kV變電所的電氣設計

李春陽

（南京金凌石化工程設計有限公司，江蘇南京 210042）

近年來隨著化工企業發展，對生產裝置的供電質量和供電容量要求越來越高，其原有的110kV/6kV 電網結構難以滿足要求，終端的6kV 裝置變電所供電距離長，線路損耗大，需新增35kV 電壓等級，在數座裝置變電所附近規劃35kV 區域變電所，從而提高供電可靠性和容量、降低電能損耗、提高終端變電所的供電質量，促進化工企業用電資源的合理流動，保證企業的全面協調可持續性發展。

1 電氣主接線設計

為了滿足化工裝置供電要求，根據靠近負荷中心的原則，確定新建一座 35kV 區域變電所，電壓等級分為 35kV、6kV 兩種；同時，在該變電所設計兩臺主變壓器（變比為35/ 6.3kV）。依據《35kV～110kV 變電站設計規范》（GB50059—2011）第3.2.3和3.2.4條，35kV 線路宜采用線路分支、橋形、線路變壓器組或單母線、單母線分段接線；若線路為8 回以上時，應采用雙母線接線。依據前期規劃，35kV 區域變電所2回進線電源分別引自上一級總降變電所，遵循供電可靠、接線簡潔、節約投資的原則，35kV 線路采用線路變壓器組接線方式。

35kV 側不設負荷開關，無明顯斷開點，停送電操作須由上級變電所饋線開關柜執行，與傳統檢修安全習慣不符。經研究，在主變35kV 側電纜接線箱設置電磁鎖和機械編碼掛鎖（五防廠家配置），主變檢修時，其與上級電源側饋線開關的聯鎖由電氣防誤聯鎖和微機防誤系統的防誤閉鎖邏輯來共同實現。

6kV 側設3 回饋線及2 回消弧線圈出線，6kV 總負荷為16 220kW，其中最大1回負荷為 7 120kW；根據《35kV～110kV 變電站設計規范》（GB50059—2011）第3.2.5條規定，變電所裝有2臺主變壓器，6kV 系統主接線采用單母線分段接線。正常情況下母線分段斷路器斷開，母線分段運行，雙回路電源分別供電；當一回電源故障或檢修時，母線分段斷路器閉合，另一回電源供全部負荷用電。6kV分段斷路器設自動快切裝置，根據操作需要，可選擇實施分段斷路器自動或手動投切。

總之，電氣主接線設計應以長期安全可靠供電為基礎，并保證所有操作和維修活動安全和方便的前提下，遵循接線簡潔、目的明確的原則，盡可能節省投資。具體主接線如圖1所示。

圖1 電氣主接線圖

2 系統中性點接地

2.1 中性點接地方式確定

本文僅論述變電所6kV 中性點接地方式，35kV 中性點接地方式由上一級變電所確定。當前化工企業6kV 系統中性點接地方式一般分為不接地、電阻接地和消弧線圈接地三種方式，其中依據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》（GB50064—2014）第3.1.3條，采用中性點不接地方式電纜系統電容電流不超過10A。經電阻接地的優點是可以抑制電弧接地時的過電壓，同時由于接地點電流較大，有利于線路接地保護的選擇；缺點是供電可靠性不足，系統無法帶故障運行，線路跳閘率較高，一般是下級裝置變電所需增加快切裝置。經消弧線圈接地的優點是可以使接地點故障殘流很小，同時發生瞬間單相接地故障時不斷電，可以帶故障運行一段時間，供電可靠性較高；缺點是不利于線路接地保護的選擇，需增加小電流接地選線裝置。考慮到化工裝置連續運行的工藝要求，經綜合比較，采用中性點經消弧線圈接地方式

2.2 電容電流計算

依據《工業與民用供配電設計手冊》（第四版）第四章，p302，p303頁的相關公式進行計算，其中變電所內部的變壓器、消弧線圈等設備的動力電纜因線路較短，統一考慮在電力設備增加18%電容電流。具體計算過程本文不再贅述，最終計算結果如表1～表2所示。

表1 變電所6kV系統I段電容電流

表2 變電所6kV系統II段電容電流

2.3 消弧線圈容量選擇

考慮35kV 變電所的運行方式，按以下三種情況考慮。

（1）正常情況下變電所內兩段母線分列運行，每段母線各有一臺消弧線圈裝置投入運行。

（2）特殊情況下一臺變壓器故障，兩段母線并列運行，此時兩臺消弧線圈裝置也可以同時并列運行。

（3）考慮到一臺消弧線圈裝置故障，此時母線須并列運行，另一臺消弧線圈裝置對兩段母線的全部線路進行補償。

按上述一臺消弧線圈裝置故障的情況考慮，取6kV 系統I段、II 段電容電流之和，則計算的電容電流為Ic=15.53＋16.8= 32.33A

消弧線圈容量計算公式按《工業與民用供配電設計手冊》（第四版）第五章P406頁式5.7-20進行計算，Qx=1.35×Ic×Un/ 1.732=1.35×32.33×6/1.732=151.2kVA，考慮遠景發展，最終選擇的消弧線圈容量為200kVA。

3 主要設備選型及變電所布置

3.1 主要設備選型

（1）主變壓器戶內敞開式布置，考慮到大部分化工裝置屬于爆炸危險區域，環境腐蝕嚴重，為延長使用壽命，變壓器選擇三相雙繞組油浸式無載調壓全密封電力變壓器，規模為兩臺。變壓器型號：S11-20000/35 35±3×2.5%/6.3kV，阻抗電壓8.0%，接線組別YN，d11。變壓器高壓側電纜接線箱進線，低壓側封閉母線橋出線。

（2）6kV 高壓開關柜戶內布置，主變低壓側采用全封閉母線穿墻后與進線開關柜連接。選用KYN28A-12金屬鎧裝移開式中置開關柜，內設固封極柱型真空斷路器，額定電流分別為2 500A（進線及母聯）和1 250A（饋線），額定短路斷開電流31.5kA。

（3）消弧線圈應自動跟蹤電網電容電流變化、及時調節消弧線圈分接頭，使殘流達到最佳的狀態。同時能抑制諧振過電壓產生，限制弧光過電壓幅值。經綜合比較，選用2臺ZDBG 型自動調諧消弧線圈成套裝置，配套1臺中心控制屏，采用1控2模式，安裝在消弧線圈室內。

（4）6kV 系統操作電源采用成套直流電源裝置，共兩套，每套容量為80Ah，兩套裝置直流母線之間設母聯斷路器。蓄電池采用進口閥控鉛酸免維護蓄電池和高頻開關模塊整流器，模塊采用N+1冗余。

（5）380V 低壓所用配電裝置采用低壓固定式開關柜。

3.2 變電所布置

按《火力發電廠與變電站設計防火標準》 GB50229—2019的規定，建設物耐火等級為二級，火災類別6kV 配電室、消弧裝置室戊類；主變壓器室丙類（耐火等級一級）。按《石油化工企業設計防火標準》（2018年版）GB50160—2008的規定，35kV 變電所為二類區域性重要設施，與周圍甲類化工裝置防火距離不應小于26.25m。

變電所內設6kV 配電室、消弧裝置室、變壓器室及輔助用房等，其結構為二層：一層主要為6kV 配電室和消弧裝置室，南面布置35kV 主變壓器；二層布置中央控制室、檢修間、備品備件間等輔助用房。35kV 油浸變壓器為低式半敞開布置（下設擋油池），變壓器室設鋼網門。

4 結束語

35kV 變電所是一個相對獨立的單元，對上、下級電網結構及周圍環境都有影響。由于需要靠近負荷中心，周圍基本屬于爆炸危險區域的生產裝置，要求在滿足功能的基礎上盡可能緊湊，且對供電可靠性要求較高，導致在設計時與一般35kV 變電所略有不同，本文依據實際工程案例對上述電氣一次部分的設計內容進行了總結。