石化企业大型生产装置供配电系统接线方案优化选择

一 引言

大型石化企业一般都有几套大型或特大型生产装置组成，各装置之间互为上下关系，不但具有生产工艺连续性强、自动化程度高、易燃易爆、有毒有害、高温高压、临氢和易腐蚀等特性，而且停一次车恢复正常生产耗时长、停产经济损失重大。因此对供电系统进行优化可以大大提高供电可靠性，也是提高系统投资效益和运行效益的的最有效途径。

相应的供配电系统具有如下特点：

1.1 对供电的可靠性要求非常高

对连续运行的石化企业来说，对供电的可靠性要求是非常高的，仅几个周波的电力系统故障就能造成大量生产装置停工，甚至引起灾难性的后果，事故风险率高、影响范围大、经济损失巨大。因此供电电源至少配备两个电源，并且从供电能力上，100%的互为备用（电源、线路、母线、开关、变压器等），当一个系统中止供电时，另一个系统能担负全部用电负荷。

1.2 负荷相对平稳

石化企业的负荷是相对平稳的，日负荷曲线的变化很小，生产装置运行正常后，负荷几乎数周甚至数月不变。

1.3 负荷以异步电动机为主

石化企业的负荷主要是以大型或特大型异步电动机拖动的风机、压缩机以及工艺流程泵为主。由于供电系统内具有大量异步电动机的运行，应对其功率因数进行有效的补偿。

1.4 装置生产能力逐步扩容

石化企业的另一特点是随着生产装置的不断扩容，用电负荷随之增加，新增装置或改造老装置是石化企业司空见惯的事情，因此在设计石化企业供配电系统是一定要考虑留有足够的扩展余地。

1.5 对环境的要求也日益提高

上海石化地处江南海滨，受到大气湿度和盐雾双重作用，生产区域大气中存在悬浮固体颗粒和腐蚀性气体污染；况且石化配电生产装置运行周期长，连续生产运行3～5年，供配电设备无法按照电气设备检修规程规定的周期安排检修，绝缘元件腐蚀和积灰相当严重。

本文首先对上海石化大型生产装置供配电系统的现状作简要分析和介绍，之后对乙烯生产装置总降改造项目中供电系统的接线方案进行探讨，以期达到实现供配电系统长周期运行的目的。

二、生产装置供配电系统接线方案

1 传统接线方式

1.1 内桥接线

内桥接线具有高压断路器数量少，变电所占地面积小等优点，但同时也存在变压器的切除和投入较复杂，线路断路器检修时需较长时间中断线路供电等缺点。

上海石化向生产装置供配电的35kV变电所均采用内桥接线，典型接线方式见图1，其跨桥连接靠近变压器侧，省掉变压器回路的断路器，仅装设隔离开关。适用于变压器不经常切换或线路较长的变电所，且为一路电源对应一台主变的运行方式，35kV进线开关，又兼主变开关。一条线路对应一台主变供电，当任一回电源进线或断路器检修（或故障）时，另二条线路和三台主变仍可继续供电。

1.2继电保护配置

内桥接线保护主要有：线路纵差保护、主变差动保护、主变过流保护(如果过流保护灵敏度不能满足要求，釆用低电压闭锁过流保护)、6kV母线和分段过流保护。鉴于是内桥式结线方式，过流保护和差动保护釆用和电流。线路纵差保护范围为35kV线路、35kV线路开关；主变差动保护范围为主变、35kV母线、主变35kV开关、35kV分段开关、主变6kV开关；过流保护为主变差动保护的后备保护，且兼做6kV母线的主保护；6kV母线、分段过流保护为母线主保护。上述保护具体作用如下。

A、进线保护

1）线路纵差：瞬时动作，作用于进线开关跳闸。

B、主变保护

1）差动保护：瞬时动作，作用于主变高压开关（或35kV分段开关）和低压开关跳闸。

2）重瓦斯保护：瞬时动作，作用于主变高压开关（或35kV分段开关）和低压开关跳闸。

3）低电压闭锁过流保护：延时动作，作用于主变高压开关（或35kV分段开关）和低压开关跳闸。为了确保6kV母线短路故障时的灵敏度，低电压继电器的电压宜取自主变低压侧压变。

4）过负荷保护：延时动作，作用于发信。

5）轻瓦斯保护：延时动作，作用于发信。

6）温度保护：延时动作，作用于发信。

7）压力释放保护：延时动作，作用于主变高压开关（或35kV分段开关）和低压开关跳闸。

C、母线、分段保护

1）零序保护：延时动作，作用于发信。

2）如主变低压侧一次结线设二只开关分别供二段母线，则主变低压开关须设置母线保护：过流1、过流2保护，必要时加低电压元件（该低电压元件不宜与主变的低电压闭锁过流保护中的电压元件合用），过流保护电流应取三相值，以确保保护灵敏度，主变低电压闭锁过流保护采用和电流结线。

3）分段保护：分段开关在运行状态时，作为其中一段6kV母线的主保护。

1.3 内桥接线演变为线路变压器组接线的条件

当线路XL发生故障时，进线开关DLg自动跳闸或手动分闸，桥开关DLq自动合闸或手动合闸，与故障线路同一侧的主变ZB仍然能够通过“ 一线带二变”方式运行。

由于“ 一线带二变”并不能改变变电所单电源运行的实质，当主变容量能满足一线带二变负荷要求时，6kV侧的两段母线完全可以通过合上分段开关DLf的方式并列运行，达到内桥接线中合上桥开关DLq同样的供电条件，即可以推行35kV线路变压器组接线方案。

2 35kV线路变压器组

线路变压器组具有线路最简单，设备少、投资省、操作简便、宜于扩建，变电所占地面积小等优点，但同时也存在不够灵活，线路故障或检修时变压器停运等缺点。适用于一回电源线路带一台变压器的变电所。

2.1 典型接线方式见图2

2.2继电保护配置

线路变压器组主要保护有：线路纵差保护、主变差动保护、主变过流保护(如果过流保护灵敏度不能满足要求，釆用低电压闭锁过流保护)、6kV母线和分段过流保护。

线路纵差保护范围为35kV线路；主变差动保护范围为主变和主变6kV开关；过流保护为主变差动保护和6kV母线的的后备保护；6kV母线、分段过流保护为母线主保护。上述保护具体作用如下。

A、进线保护

1）线路纵差：瞬时动作，作用于电厂侧馈线和主变6kV进线开关跳闸。

B、主变保护

1）差动保护：瞬时动作，作用于电厂侧馈线和主变6kV进线开关跳闸。

2）重瓦斯保护：瞬时动作，作用于电厂侧馈线和主变6kV进线开关跳闸。

3）低电压闭锁过流保护：延时动作，作用于电厂侧馈线和主变6kV进线开关跳闸。为了确保6kV母线短路故障时的灵敏度，低电压继电器的电压宜取自主变低压侧压变。

4）过负荷保护：延时动作，作用于发信。

5）轻瓦斯保护：延时动作，作用于发信。

6）温度保护：延时动作，作用于发信。

7）压力释放保护：延时动作，作用于主变高压开关（或35kV分段开关）和低压开关跳闸。

C、母线、分段保护

1）零序保护：延时动作，作用于发信。

2）如主变低压侧一次结线设二只开关分别供二段母线，则主变低压开关须设置母线保护：过流1、过流2保护，必要时加低电压元件（该低电压元件不宜与主变的低电压闭锁过流保护中的电压元件合用），过流保护电流应取三相值。

3）分段保护：分段开关在运行状态时，作为其中一段6kV母线的主保护。

电源侧配置一套方向信号全线速断主保护SEL-351，加一套过流后备保护SEL-551；用户侧SEL-351要带非电量光隔输入型号装置，以接入非电量； SEL-587及非电量通过SEL-351启动远跳；本方案不考虑电源测旁代方式时有全线快速主保护，仅按常规保护配置。

2.3 采用线路变压器组接线的好处

2.3.1 6kV侧有望选用国际知名品牌的GIS开关柜，由于采用SF6绝缘，开关柜结构更加紧凑；同时气密焊接的壳体，免维护的元件和密封电缆接头，使供电可靠性更高，运行费用更省。

2.3.2有望选用不吊芯主变、主变套管和外接铜排支持绝缘子提高一个电压等级。

2.3.3 接线简捷、目的明确、设备数量少、故障几率小、可靠性高。

2.3.4 大幅度延长检修周期、减少检修工作量，将使整个35kV变电所的设备档次和可靠性发生质的飞跃，有望实现长周期运行的目标。

2.3.5合理使用投资、占地少、检修任务减少、节约检修费用。

2.3.6两个及以上电源互为备用：进线来自两个及以上不同独立电源， 6kV侧设有备自投装置，使用世界一流的一次、二次设备，能够满足任何类型用户的要求。

一次接线力求简捷：电器是电力系统中最薄弱的元件，在满足两个及以上电源互为备用的前提下，电器数量越少，供电可靠性越高。

2.3.7 可靠：满足不中断供电的要求；满足电能质量要求。

2.3.8 高负荷：主变极限负荷率提高到66％。

2.3.9 安全：设备安全和人身安全有保障。

2.3.10强适应：通常我们要求两套及以上大型重要生产装置，如果不安排同时检修，则不应由同一座变电所供电。6kV配电装置改用GIS后，停电检修周期可望延长到10年，检修耗时很短，10年中生产装置如果有机会同时停车，则一座35kV变电所可望为多套不同时检修的化工生产装置供电。

2.3.11 可扩充：主变扩容或者新增电源，都无须考虑35kV配电装置，容易实施，节省投资。

比内桥接线便于扩充。图3提供了一种成熟的、高可靠性、大容量变电所的接线形式。

2.3.12经济（与内桥接线比较）：以上海石化乙烯总降改造为例:

三主变变电所的6kV侧以30回馈线测算：

采用复合绝缘开关柜需41台（6kV供电系统6＋1台＋4台母线压变）：

以SIEMENS或ABB的柜加进口综保为例：

14.5万元/台×41台＝594.5万元

采用GIS需要39台（6kV供电系统6＋3台）：

以SIEMENS或ALSTOM为例：

23万元/台×39台＝897万元

改用GIS需要增加投资：897－594.5＝302.5万元

35kV侧以ABB ZS3.2型（配HD4断路器）复合绝缘柜为例测算：

可节省投资（未计入开关室土建投资）：26万元/台×13台＝338万元

35kV侧节省的投资可用于：弥补6kV侧改用GIS增加投资之后尚余（338－302.5＝35.5万元）弥补选购全焊接不可吊芯主变增加的投资。

2.4 采用线路变压器组有关问题说明

2.4.1 35kV侧避雷器问题

按照设计规范，输电线路两端应装设避雷器。运行实践证明，电源侧配电母线户内布置、采用SF6断路器，输电线路采用电缆并敷设在地下，雷电感应电压和操作过电压不会使避雷器导通。间歇弧光过电压可达到3～4U0，足以造成相间短路，是电缆配电网中最严重的过电压。上海石化2005年“麦莎”台风来袭时热电一站35kV系统发生严重的间歇弧光过电压，A相接地25 ms后B、C相短路，继而三相短路。查金卫总降#2主变35kV穿墙套管相间短路，化一总降金化612进线避雷器三相短路，但是避雷器仍未导通。

现有工程实践中数百米长度的电缆短线路不装设避雷器，长线路由于电缆线路电容量大，数千米长度的电缆线路相当于并联电容器组，对电源侧产生的操作过电压有缓冲作用，缓冲作用并随线路长度增加。据此分析，短线路可不装设避雷器，长线路也不必装设避雷器。

2.4.2 乙烯总降改造后，由于6kV采用GIS开关柜，给运行人员摇测馈线回路（尤其是电动机回路）绝缘带来不便。

三 结论

通过优化选择，乙烯总降改造采用线路变压器组，将使整个变电所的设备档次和可靠性发生质的飞跃。是主动适应生产装置大型化和长周期的一项技术措施，符合生产装置对配电系统安全性、可靠性和稳定性的要求。有望实现长周期运行的目标。

（摘编自《电气技术》，原文标题为“石化企业大型生产装置供配电系统接线方案优化选择”，作者为沈蔚。）