綜合能源站的電氣設計研究

中海油石化工程有限公司 趙曉娟

1 引言

隨著新能源汽車使用數量的增多，急需建設加油、加氣和充電一體的綜合能源站，并在降低碳排放，合理使用綠電的前提下，配套光伏發電系統。本站擬利用站內建筑屋頂，設置光伏發電裝置一套，以補充站內的用電需求，結合用電情況和實際可用屋頂面積，計算光伏發電的裝機容量。本文將主要闡述綜合能源站電氣設計的工作內容。

2 綜合能源站的供配電系統的設計

2.1 用電負荷分級及供電方式

綜合能源站的主要用電設備為加氫用電設備（氫氣壓縮機、加氫機冷水機組、壓縮機冷水機組和加氫機、加氣機、CNG 子站壓縮機）、加油用電設備（加油機、潛油泵）、充電樁用電設備（充電機等）、道路及罩棚照明、站房（暖通設備、照明、電信系統、儀表自控系統等）等。本綜合能源站根據規范[1]要求，大部分用電設備分為三級負荷，另外一部分為一級負荷，包括電信、儀表自控系統、應急照明，因此從附近市政高壓電網引進一路10kV電源，供給三級負荷，電力與照明在母線上統一供電；電信系統、儀表自控系統供電采用UPS 電源；應急照明采用EPS或蓄電池供電。

2.2 配電系統的設計

根據負荷等級、總平面布置、不同電壓等級的用電負荷分布、供電距離等因素，按380V 配電裝置以允許配電半徑布置的原則，同時結合工藝裝置、輔助生產裝置、公用工程等用電單位的用電容量及需求，安裝一臺干式變壓器，負責整個站區供電，采用380/220V 系統單母線的接線方式，采用放射式向各裝置區的低壓用電負荷配電，接地型式采用TN-S[2]。計量方式采用無功補償采用高、低壓集中補償，補償后功率因數不低于0.95。本站利用站內建筑屋頂，設置光伏發電裝置一套，以補充站內加氫工藝等用電要求。根據站所在地的總輻射能、光伏方陣面積、電池組件轉換效率等計算出光伏方陣年發電量，轉換為符合要求的交流電之后直接接入站內公共電網，供給本站的用電設備。

2.3 電纜截面及敷設方式的選擇

2.3.1 電纜截面的選擇

控制電纜截面選擇的基本原則為：第一，交流電動機主回路導線或者電纜的載流量；爆炸危險區域環境內，1kV及以下的鼠籠感應電動機選擇的電纜截面的長期載流量應滿足Iz（電纜截面的長期載流量）≥1.25×Irm（電動機額定電流）；第二，電動機回路壓降不應超過+5%～-5%；第三，當發生短路時，電纜要滿足熱穩定要求；第四，電纜的經濟電流密度。

控制電纜截面選擇的基本原則為：第一，滿足機械強度要求，控制回路導體截面積為≥1.5mm2；第二，按電壓降校驗控制線路截面。

2.3.2 電纜敷設方式的選擇

綜合能源站內電纜采用鎧裝電纜直埋、穿管或沿電纜溝敷設。直埋敷設時埋于凍土層以下，電纜外皮至地面深度，必須為≥0.7m，過路時埋深1m以下；穿墻、出地面、穿越道路應穿熱鍍鋅鋼管保護。

電纜在與工藝管道平行敷設時dmin為1.0m，交叉時dmin為0.5m，電力電纜與通信線之間的dmin為0.1m。在爆炸危險環境區域敷設的電纜，應采取隔離密封措施；鋼管配線時，在電機的進線口處應加防爆撓性連接管。對于落地式的充電樁[3]，應安裝在車位左/右后方，充電設備基礎室內高出地坪不宜低于50mm，室外基礎不宜低于200mm。

3 照明系統的設計

綜合能源站內的配電室、控制室、工具間、便利店、充電區、辦公室、加氣加油罩棚、衛生間及工藝裝置區其照度標準值[3]；其中充電區、配電室、加氣加油罩棚、控制室、便利店內設置應急備用照明，應急備用照明采用EPS 供電，其不間斷供電時間要求為≥90min；其中配電室、控制室、樓梯間內設置消防應急照明和疏散指示系統，采用非集中控制電源供電，連續供電時間不應少于30min；配電室、工具間為200lx，控制室、便利店、辦公室為300lx，充電區、工藝裝置區為75lx，罩棚、衛生間為100lx。

4 防雷接地系統

4.1 防雷保護

4.1.1 站房防雷

站房按照三類防雷設計，站房屋面為混凝土結構，沿屋面敷設為≤20m×20m或24m×16m的網格。站房上安裝太陽能光伏板，光伏板組件邊框是金屬材質，且高于屋面，雷電擊中金屬邊框時，會擊壞光伏組件。因此在站房屋面上設計接閃桿，根據滾球半徑法計算桿的高度，布置接閃桿的位置需要考慮接閃桿保護的范圍和接閃桿對光伏組件的影響。接閃桿通過引下線、接地體接入接地干線網。引下線采用柱內兩根主鋼筋（≥φ16）或明敷專設引下線熱鍍鋅圓鋼（≥φ10），通過接地體引入到接地干線。屋面金屬設備、光伏發電系統的金屬設備（設備外殼、光伏系統支架等）都要求可靠接地，并與聯合接地體等電位連接。

4.1.2 加氣加油罩棚防雷

加氣加油罩棚按照二類防雷設計，加氣加油罩棚為鋼結構，應滿足板間的連接是持久的電氣貫通，還有在金屬板下面如有易燃物品，熱鍍鋅鋼板的厚度應不小于4mm或者夾有非易燃物保溫層的雙金屬板（上層金屬板的厚度不小于0.5mm），利用屋頂自身做接閃器，與柱內鋼筋可靠連接，采用混凝土柱內鋼筋作為引下線，與接地網做可靠連接。

4.1.3 充電區的防雷

充電區按照三類防雷設計，充電區屋面為金屬雨棚，金屬雨棚的厚度達不到作為接閃器的要求，所以沿整個屋面設置接閃桿，接閃桿與引下線連接（鋼柱作為引下線），并與接地干網做可靠連接。

4.1.4 工藝裝置區的防雷

工藝裝置區的油罐區、儲氫罐等采用第二類防雷措施。油罐埋在地下，通氣管都安裝有阻火器，油罐和儲氫罐材質為碳鋼，壁厚大于4mm，利用油罐和儲氫罐自身作為接閃器和引下線，并與接地網相連；根據工藝及管道專業條件，氫氣放散管排放氣體為氫氣，管口距地為10m，無管帽，其中對接閃器作出了明顯規定，詳細界定了保護范圍：針對無管帽類型，應設置半球體，集中在放散管上部，其半徑一般為5m；本次設置了一根接閃桿對該管和管口上方半徑5m 的半球體、順序控制閥組、卸氣柱、壓縮機、冷凍機組、儀表風和氮氣吹掃閥組等進行防雷保護；根據工藝及管道專業條件，放散管排放氣體為天然氣，管口距地為10m，帶阻火器，其材質為鉻鎳不銹鋼S30408，厚度大于4mm。在爆炸危險場所設置的放散管，尤其是增設了阻火器的類型，可以不采用接閃器達到防雷保護目的，但是需要連接屋面防雷設備。

4.2 防靜電保護

在采取防靜電接地時，相關設備和管道等應實現獨立連接，主要是與接地干線等，避免采用串聯接地方式。對一些加油站等的設備，如油罐車等，應在附近合理設置防靜電接地裝置，同時應配備各種檢測儀器完成對這些裝置的監視，確保其處于正常運行狀態；對一些重要的進出管道或者危險場合的邊緣位置，應采取防靜電接地處理并合理設置接地電阻，使其低于100Ω。

儲罐汽車周圍要設計等電位連接裝置（等電位連接板、專用接地線、接地線夾），作業前，連接儲罐汽車的設備到等電位連接裝置，作業后去除。

4.3 接地系統

室外接地干線采用-50×5 熱鍍鋅扁鋼，埋深0.8m，埋設深度應在凍土層以下。室內接地干線采用-50×5 熱鍍鋅扁鋼，沿墻0.3m 距地暗敷，過門處沿地面暗敷，要躲開電氣插座或電信信息插座，接地支線的材料為熱鍍鋅扁鋼，規格為-40×4，埋地敷設，出地面處穿DN50 的硬質PVC 管保護。人工接地極需合理選擇材質和參數為熱鍍鋅角鋼∠50×5，L為2.5m，接地極埋深0.8m，入口處埋深1m，埋設間距不小于5m，接地電阻不應大于4Ω。

5 綜合能源站的爆炸危險區域劃分

綜合能源站的釋放源主要集中在加氫流程、加油流程、加CNG 流程；根據工藝提出的介質性能、管道提出具體釋放源位置、規范[4]等劃分爆炸危險環境區域。

5.1 加氫流程爆炸危險環境劃分

加氫流程釋放爆炸危險氣體的設備為加氫機（罩棚下）、高壓氫氣儲罐（戶外）、中壓氫氣儲罐（戶外）、撬裝壓縮機組（戶外）、卸氣柱（戶外）；其中釋放源是氫氣，二級釋放源，均為通風良好場所。加氫機、氫氣卸氣柱內部空間為1 區；氫氣儲罐設備本身為1 區；撬裝壓縮機組內為1 區。加氫機、氫氣儲罐及撬裝壓縮機組以外輪廓開始，往外延伸4.5m距離的空間內為2區。氫氣儲罐的放空管采用集中設置，從管口計算，四周延伸距離為4.5m，頂部延伸距離為7.5m的空間內為2區。

5.2 加油流程爆炸危險環境劃分

加油流程釋放爆炸危險氣體的設備為加油機（罩棚下）、汽油儲罐（埋地）和油罐車（戶外）；其中釋放源為汽油，二級釋放源。汽油儲罐（埋地）油品表面上部空間為0 區；油罐車同樣設置該區域為0 區。對于加油機，應主要參考其下箱體位置，并將其中的空間作為1 區；對于汽油儲罐，需要考慮其人孔（閥）井，并參考其中的空間，結合通氣管口和密封卸油口，將其看作中心位置分別設置一定的球形區域，設置不同的半徑，分別為0.75m 和0.5m，這些構成的區域為1 區；對于油罐車，考慮到通氣口和密封卸油口，將其看作中心位置分別設置一定的球形區域，設置不同的半徑，分別為1.5m 和0.5m，這些構成的區域為1 區。對于加油機，主要參考其中心線，以地面和設備下箱體頂部為參考位置，分別設置半徑4.5m（3m）、0.15m 和1.5m，其共同構成的區域為2 區；對于汽油儲罐，參考其人孔井，并考慮其邊緣位置，距離設置為1.5m，參考地面位置，設置了1m 的高度，形成了一定的空間，有油氣回收的裝置，定義管口為圓心、半徑為2.0m 的空間；定義封閉的卸油口為圓心、半徑為1.5m 的空間，應劃分為2 區，密閉卸油口設在卸油坑內時，坑內的空間應劃分為1 區，坑口外1.5m 范圍內的空間應劃分為2 區；對于油罐車，考慮其通氣口和密封卸油口，將其看作中心位置分別設置一定的球形區域，設置不同的半徑，為3.0m 和1.5m，這些構成的區域為2 區。

5.3 加CNG流程爆炸危險環境劃分

加CNG流程釋放爆炸危險氣體的設備為加氣機（罩棚下）、儲氣CNG 井組（戶外，并筒埋地）、CNG 壓縮機組（戶外）、卸氣柱（戶外）等。其中CNG 為二級釋放源。加氣機（罩棚下）、卸氣柱（戶外）的內部區域應劃分為1區。儲氣CNG井組、加氣機（罩棚下）、卸氣柱（戶外）的外殼為邊界，距離四周區域為4.5m，高度上規定距離外殼上部邊界的為5.5m，將其作為2 區。對于罩棚，如果其相對于地面達到不高于5.5m 的距離，應作為非防爆區，并主要集中在其上部。距CNG 壓縮機組（戶外）殼體水平方向4.5m以內并延至地面的空間，距壓縮機殼體頂部以上7.5m的空間應劃分為2區。

6 結語

本文對綜合能源站的配電系統、照明系統、防雷接地系統及爆炸危險區域劃分電氣設計進行了分析和實施建議。隨著新能源的創新式發展，綜合能源站設施的階躍式進步，綜合能源站的理論設計和實際建設中、運行中遇到的問題，需要進一步研究適合綜合能源站的發展需求的設計方案，以期保障綜合能源站的安全穩定運行。