化工企业35kV变电所的电气设计

2020-05-15李春阳

化工设计通讯 2020年4期

李春阳

（南京金凌石化工程设计有限公司，江苏南京 210042）

近年来随着化工企业发展，对生产装置的供电质量和供电容量要求越来越高，其原有的110kV/6kV 电网结构难以满足要求，终端的6kV 装置变电所供电距离长，线路损耗大，需新增35kV 电压等级，在数座装置变电所附近规划35kV 区域变电所，从而提高供电可靠性和容量、降低电能损耗、提高终端变电所的供电质量，促进化工企业用电资源的合理流动，保证企业的全面协调可持续性发展。

1 电气主接线设计

为了满足化工装置供电要求，根据靠近负荷中心的原则，确定新建一座 35kV 区域变电所，电压等级分为 35kV、6kV 两种；同时，在该变电所设计两台主变压器（变比为35/ 6.3kV）。依据《35kV～110kV 变电站设计规范》（GB50059—2011）第3.2.3和3.2.4条，35kV 线路宜采用线路分支、桥形、线路变压器组或单母线、单母线分段接线；若线路为8 回以上时，应采用双母线接线。依据前期规划，35kV 区域变电所2回进线电源分别引自上一级总降变电所，遵循供电可靠、接线简洁、节约投资的原则，35kV 线路采用线路变压器组接线方式。

35kV 侧不设负荷开关，无明显断开点，停送电操作须由上级变电所馈线开关柜执行，与传统检修安全习惯不符。经研究，在主变35kV 侧电缆接线箱设置电磁锁和机械编码挂锁（五防厂家配置），主变检修时，其与上级电源侧馈线开关的联锁由电气防误联锁和微机防误系统的防误闭锁逻辑来共同实现。

6kV 侧设3 回馈线及2 回消弧线圈出线，6kV 总负荷为16 220kW，其中最大1回负荷为 7 120kW；根据《35kV～110kV 变电站设计规范》（GB50059—2011）第3.2.5条规定，变电所装有2台主变压器，6kV 系统主接线采用单母线分段接线。正常情况下母线分段断路器断开，母线分段运行，双回路电源分别供电；当一回电源故障或检修时，母线分段断路器闭合，另一回电源供全部负荷用电。6kV分段断路器设自动快切装置，根据操作需要，可选择实施分段断路器自动或手动投切。

总之，电气主接线设计应以长期安全可靠供电为基础，并保证所有操作和维修活动安全和方便的前提下，遵循接线简洁、目的明确的原则，尽可能节省投资。具体主接线如图1所示。

图1 电气主接线图

2 系统中性点接地

2.1 中性点接地方式确定

本文仅论述变电所6kV 中性点接地方式，35kV 中性点接地方式由上一级变电所确定。当前化工企业6kV 系统中性点接地方式一般分为不接地、电阻接地和消弧线圈接地三种方式，其中依据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》（GB50064—2014）第3.1.3条，采用中性点不接地方式电缆系统电容电流不超过10A。经电阻接地的优点是可以抑制电弧接地时的过电压，同时由于接地点电流较大，有利于线路接地保护的选择；缺点是供电可靠性不足，系统无法带故障运行，线路跳闸率较高，一般是下级装置变电所需增加快切装置。经消弧线圈接地的优点是可以使接地点故障残流很小，同时发生瞬间单相接地故障时不断电，可以带故障运行一段时间，供电可靠性较高；缺点是不利于线路接地保护的选择，需增加小电流接地选线装置。考虑到化工装置连续运行的工艺要求，经综合比较，采用中性点经消弧线圈接地方式

2.2 电容电流计算

依据《工业与民用供配电设计手册》（第四版）第四章，p302，p303页的相关公式进行计算，其中变电所内部的变压器、消弧线圈等设备的动力电缆因线路较短，统一考虑在电力设备增加18%电容电流。具体计算过程本文不再赘述，最终计算结果如表1～表2所示。

表1 变电所6kV系统I段电容电流

表2 变电所6kV系统II段电容电流

2.3 消弧线圈容量选择

考虑35kV 变电所的运行方式，按以下三种情况考虑。

（1）正常情况下变电所内两段母线分列运行，每段母线各有一台消弧线圈装置投入运行。

（2）特殊情况下一台变压器故障，两段母线并列运行，此时两台消弧线圈装置也可以同时并列运行。

（3）考虑到一台消弧线圈装置故障，此时母线须并列运行，另一台消弧线圈装置对两段母线的全部线路进行补偿。

按上述一台消弧线圈装置故障的情况考虑，取6kV 系统I段、II 段电容电流之和，则计算的电容电流为Ic=15.53＋16.8= 32.33A

消弧线圈容量计算公式按《工业与民用供配电设计手册》（第四版）第五章P406页式5.7-20进行计算，Qx=1.35×Ic×Un/ 1.732=1.35×32.33×6/1.732=151.2kVA，考虑远景发展，最终选择的消弧线圈容量为200kVA。

3 主要设备选型及变电所布置

3.1 主要设备选型

（1）主变压器户内敞开式布置，考虑到大部分化工装置属于爆炸危险区域，环境腐蚀严重，为延长使用寿命，变压器选择三相双绕组油浸式无载调压全密封电力变压器，规模为两台。变压器型号：S11-20000/35 35±3×2.5%/6.3kV，阻抗电压8.0%，接线组别YN，d11。变压器高压侧电缆接线箱进线，低压侧封闭母线桥出线。

（2）6kV 高压开关柜户内布置，主变低压侧采用全封闭母线穿墙后与进线开关柜连接。选用KYN28A-12金属铠装移开式中置开关柜，内设固封极柱型真空断路器，额定电流分别为2 500A（进线及母联）和1 250A（馈线），额定短路断开电流31.5kA。

（3）消弧线圈应自动跟踪电网电容电流变化、及时调节消弧线圈分接头，使残流达到最佳的状态。同时能抑制谐振过电压产生，限制弧光过电压幅值。经综合比较，选用2台ZDBG 型自动调谐消弧线圈成套装置，配套1台中心控制屏，采用1控2模式，安装在消弧线圈室内。

（4）6kV 系统操作电源采用成套直流电源装置，共两套，每套容量为80Ah，两套装置直流母线之间设母联断路器。蓄电池采用进口阀控铅酸免维护蓄电池和高频开关模块整流器，模块采用N+1冗余。

（5）380V 低压所用配电装置采用低压固定式开关柜。

3.2 变电所布置

按《火力发电厂与变电站设计防火标准》 GB50229—2019的规定，建设物耐火等级为二级，火灾类别6kV 配电室、消弧装置室戊类；主变压器室丙类（耐火等级一级）。按《石油化工企业设计防火标准》（2018年版）GB50160—2008的规定，35kV 变电所为二类区域性重要设施，与周围甲类化工装置防火距离不应小于26.25m。

变电所内设6kV 配电室、消弧装置室、变压器室及辅助用房等，其结构为二层：一层主要为6kV 配电室和消弧装置室，南面布置35kV 主变压器；二层布置中央控制室、检修间、备品备件间等辅助用房。35kV 油浸变压器为低式半敞开布置（下设挡油池），变压器室设钢网门。