化工企業的供配電設計

尹東華

摘要：化工企業的供配電一直是供配電領域較為典型的，需要在依據供配電設計的規范諸如《低壓配電設計規范》《通用用電設備配電設計規范》《供配電系統設計規范》等的同時，結合《爆炸危險環境電力裝置設計規范》《石油化工企業設計防火規范》的要求進行整合設計。

本文根據最新規范的要求，對化工類廠房的電氣消防設計，進行了全面的總結，為指導后續工程設計，提供整體思路。

關鍵詞：供配電;化工企業供電;消防供配電

1 化工企業供配電的特點

1.1供電等級要求高

化工企業由于涉及的介質一般具有爆炸危險性，同時工藝的生產過程具有連續性。停電對于物料的反應起到重大的影響。故對連續運行的石化企業來說，對供配電的可靠性要求是非常高的，一些重要的負荷均為一級負荷，僅幾個周波的電力系統故障就能造成大量生產裝置停工，甚至造成重大損失和傷亡。

1.2負載穩定

石化企業的負載是相對平穩的，連續運行曲線的變化很小，生產裝置穩定投產后，負載一般維持在一定水平。

1.3負載以交流電動機為主

石油化工單位的負載主要是以大型異步交流電動機拖動的風機、攪拌器、水泵、壓縮機為主。由于石油化工企業供配電系統內具有大量交流異步電動機的運行，且功率因數一般在0.8～0.9之間，因此，需要進行無功補償。當采用電容器補償時，電力電容器組宜安裝在主變電所或多區域變電所內，采用就地補償和集中補償集合的方式。

1.4大型設備的啟動沖擊大

壓縮機等大型電動機的啟動雖然次數很少，但啟動沖擊大，是影響企業供配電系統穩定的重要因素。所以，大型設備的啟動是供配電設計時不得不考慮的問題。

1.5具有自備電廠

很多石化企業都具有企業自己的自備電廠，其規模與企業的裝機規模及當地園區的用電負荷缺口有關，像山東鄒平某大型化工企業除了發電自用外還能為本地其它企業提供一定電力和保安電源。石油化工企業的自備電廠的主要作用是為企業內提供汽源，因此汽輪機多以背壓式、抽汽背壓式或抽汽凝汽式為主。一旦電力系統發生故障造成石化企業大面積停電，生產裝置會立即停止用汽，各發電動機很難保證此時的穩定運行。通常大型石化企業的熱電廠既是企業供配電系統的中心。

1.6負荷容量隨裝置的新建逐步增大

石油化工企業電力系統的另一個重要特點是，隨著企業的發展，企業向上下游擴展，新增上下游產業鏈的化工裝置及改造擴容是石化企業司空見慣的事情，因此在設計石化企業內供配電系統時一定要考慮留有足夠的擴展余地。

2石油化工企業供配電設計

2.1供配電網絡電壓等級的選取

根據石油化工企業發展負荷擴展余量大的特點，最高一級供電電壓的選取，除了考慮附近電網電壓等級外，還應考慮到企業的發展。例如，對于運行容量在50MVA左右及以上的企業，按照我國電壓等級的劃分，常規企業選取35kV電壓等級較為合適，但是對于石油化工企業，選取110kV甚至220kV作為第一級電力網絡電壓更合適。

2.2供配電網絡的設計

宜采用總變電所和區域變電所結合的方式進行配電，全廠一個主變電所，一個或多個區域變電所進行供電。主變電所內設置高壓無功補償，分變電所內設置低壓無功補償和低壓設備配電室室。

2.3雙電源和保安電源的設置

石油化工企業由于停電時，可能會造成人身傷害時，同時停電將在經濟上造成較大或重大損失，另外停電將影響企業的正常運行，故均采取雙路電源供電。雙路供電供到總變電所一級。

另外，對于一些特別重要的負荷，比方說消防水泵及突然停電后造成重大損失的負荷，應該設置柴油發電機作為保安電源，或者設置柴油消防泵。另外對于一些特別重要的電機，可以設置專用動力EPS作為一個或幾個電機的保安電源。

2.4低壓配電的設計要點

2.4.1設計過程中一般以200KW為界線，200KW以上的電動機用中壓，200KW以下的用低壓，傳統的低壓都用220/380V系統。

2.4.2老化工企業高壓電機大都使用6kV等級，因此中壓供電系統也是6kV等級，隨著電氣設備制造業技術水平的提高，現在10kV電機的質量是安全穩定可靠的，因此建議使用10kV供電系統，并使用10KV高壓電動機。

2.4.3用電負荷分類：用電負荷等級可以分為三類：一類是普通負荷，如辦公生活用電及一些不重要的負荷用電，這些負荷屬于三級負荷，一般選單電源供電即可滿足要求;另一類是生產裝置的用電設備，停電時可使化工裝置停產或減產，這一類屬于二級負荷，化工企業大部分屬于這一類;最后一類是化工裝置中的重要設備，停電可造成裝置的損壞或設備報廢等，這其中還有部分設備特別重要，停電可致使有毒有害氣體泄漏，引起火災或爆炸等危害，這后一類設備屬于一級負荷。

2.4.4干式變壓器的配置：建議均采用兩兩成對設計，互為備用的方式進行供電設計，對于裝置中的成對負荷，均布在兩個成對的變壓器上。

2.4.5抗晃電設計：

普通低壓電動機控制回路的防晃電措施：低壓電動機在化工裝置中的使用量很大，要使低壓電動機在晃電后自動運行，需在控制回路采取措施。可行的方法有：使用抗晃電電機保護器;使用常規時間繼電器，將時間繼電器的延時斷開觸點串接在起動回路中;使用交流UPS電源或直流電源作為電動機控制回路電源，交流停電時，控制電源不停電;設計使用單獨的PLC控制柜解決晃電問題。

變頻器控制設備的防晃電措施

變頻器調速電機的抗晃電措施：變頻器對電壓的變化更為敏感，有時系統稍有波動，即使變頻器控制的設備停機。解決變頻器晃電停機有兩個方案：對于普通的變頻器控制的設備，可利用變頻器自身的參數設置菜單將變頻器低電壓報警停機功能解除，在控制回路采取晃電控制措施。當電壓恢復后，變頻器會自檢，當檢測到起動條件具備時可自動起動;對于變頻器控制的特別重要的設備（不允許停機的設備）可采用DCBANK（直流支撐系統）為變頻器供電，當檢測交流停電后，并接于變頻器直流母線的DCBABK系統立即投入運行，使變頻器的逆變部分繼續工作，機械設備不停機，當電源恢復后，DCBANK系統自動退出運行。

2.5繼電保護定值的整定

繼電保護定值整定是關系到供電系統安全的重要環節，只有定值設計合理，才能在系統內部故障時，準確、可靠、快速、有選擇的將故障設備切除，保證系統的安全運行。

關于上下級定值的配合，對于末端設備保護定值的設計在保證被保護設備安全的前提下盡量將定值取小，而上一級設備的定值在保證設備安全的前提下適當加大，即增大級差和時間差，盡量避免越級跳閘，縮小停電范圍。

有時靈敏度、選擇性、可靠性是不能兼顧的，要根據實際情況取舍。當一路外電源停電時，母線備自投開關的動作順序，不同的設計人員會有不同的處理方式。

2.6爆炸危險區域

由于化工企業的原材料復雜且多樣化，部分材料屬于危險爆炸性的材料粉末，因此，設計人員在進行材料分放的過程中，要根據化學材料的性質和成分進行相應的區分，防止化學材料受外界因素影響而產生的爆炸性氣體對周圍環境產生的危害，設計人員要對爆炸危險區域內的電氣設備和材料進行相應的保護措施，以免材料產生化學性質，嚴重影響著化工企業的正常運行。

2.7計算負荷

化工企業在供配電系統設計的過程中，一般采用負荷計算的方法，負荷計算的方法有效的保證了計算結果的精準性，在計算數據時，還要重視短路電流的計算，有效的保證了化工企業供配電系統的高效運轉。結合系統所提供的所有數據和參數進行參考，合理的制定出供配電系統的計算負荷方案。

3 結語

結論目前，隨著我國社會經濟生產能力以及在科學技術方面的迅猛發展，化工企業供配電應用技術日益成熟，在實際設計過程中應考慮到化工企業的供電特點，并根據供電特點擬定供電方案，并根據化工企業爆炸危險區域較多的特性合理選擇防爆電氣設備。

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