张铁飞

（杭州电化集团有限公司，浙江杭州311228）

氯碱企业供电电压等级的选择

张铁飞

（杭州电化集团有限公司，浙江杭州311228）

通过对不同电压等级的方案设计和设备选型，从整体布局、工程投资、运行费用及远景预留等方面进行了比较，为新建氯碱企业选择电源电压等级提供了参考。

氯碱生产；供电；电压；等级

目前，氯碱行业高速发展，烧碱的产量快速增长，几乎所有新上的氯碱装置，均采用了离子膜复极电槽。同时，电网的建设日异月新，国内最高的电压等级从500 kV升到750 kV和1 000 kV，存在着较多的电压等级。新建的氯碱企业如何选择合理、合适的电压等级作为供电电压，是值得探讨的一个课题。

1 进线电压等级的选择

根据杭州市政府的统一安排，杭州电化集团有限公司由杭州滨江区搬迁至萧山临江工业园区，规划建设30万t/a烧碱和16万t/a PVC工程，本期建设20万t/a烧碱和12万t/a PVC以及配套项目，根据设计院的用电负荷计算，总功率约为97 MW。

新建装置对电源电压等级的定位，应综合各种因素反复比较。在酝酿企业搬迁方案时，选择了220 kV和110 kV进行论证，基于2种因素的考虑：（1）由于历史原因或规模制约，氯碱企业尚无采用220 kV的先例；（2）对用户准入门槛信息的滞后。根据《国家电网公司业扩供电方案编制导则》规定，变压器容量超过100 MW时，采用220 kV电源供电。

1.1 电气主接线的设计和设备的选择

（1）采用220 kV做为电源的总变

建设规模：采用1条220kV架空进线，1条35kV架空进线的方式。1台SF9-90 MVA/220 kV/35 kV型双线圈无载调压电力主变，2台SFZ9 16 MVA/35 kV/ 10 kV型双线圈有载调压电力变。

电气主接线的设计：220 kV采用线路变压器的接线方式；35 kV和10 kV采用单母线分段的接线方式。220 kV按AIS设备进行选型，220 kV设备短路热稳定电流按50 kA；35 kV设备短路热稳定电流按25 kA。

（2）采用110 kV做为电源的总变

建设规模：采用2条110 kV架空进线方式。2台SFZ9-50 MVA/110 kV型三线圈有载调压电力主变。

电气主接线的设计：110 kV采用内桥接线方式；35 kV和10 kV采用单母线分段的接线方式。110 kV按AIS设备进行选型。110 kV设备短路热稳定电流按31.5 kA。

1.2 经济性比较

因35 kV设备及10 kV设备为相同配置，本文仅对2个方案的差异设备投资进行估算比较。

运行费用主要考虑运行基本电费和电度电价。基本电费和电度电费的价格，按2006年浙江电网销售电价表。

110 kV与220 kV的综合比较汇总见表1。

表1 综合比较汇总表

1.3 110 kV 和220 kV的比较

1.3.1 110kV电源总变的特点

110 kV电源总变的优点：（1）运行的可靠性高，实现双路电源供电，2条线路可轮流进行检修不需要停产，既使其中一路电源（变压器、高压设备）发生故障，另一路供电设备仍能保证10万t/a烧碱生产不受影响；（2）设备投资相对节省。线路投资约为280万元/km（钢管杆），采用铁塔投资费用约160万元/km，且可与其他单位合用，节约一半投资。

其缺点是运行电费相对较高，每年多支出171万元。

1.3.2 220kV电源总变的特点

220 kV电源总变的优点是（1）运行电费较省，如表1所示，每年可节约电费约171万元；（2）随着电力体制改革，采用220 kV的用户可以实现跨省购电的许可，通过电力交易市场，付50万元的通道费，从外省电网可购得相对便宜的电。

缺点：（1）运行的可靠性低，特别是对于仅为20万t/a烧碱的生产规模来讲，因20万t/a烧碱的整流电源全部由220 kV的主变供电，如果该条线路出现故障或线路检修等情况时，将导致氯碱生产全停，如果是由于变压器故障，停产时间将长达数月之久，经济损失更大，当然，10 kV动力系统因采用2路电源可保证供电；（2）投资费用高，其中，设备投资约330余万元；线路投资一步到位；220 kV采用单回线铁塔，180万元/km左右，且还需单独投资35 kV的架空线路，费用约50万元/km；线路总长约6 km，因而，线路投资增加560~920万元。

1.3.3 用电负荷增加，变压器增容的可行性分析

在20万t/a烧碱和12万t/aPVC产量开足后，预计用电负荷将维持在80 MW左右，但由于远景为30万t/a烧碱以及厂区北部区块的其他化工产品所需的动力用电，届时，变压器增容是不可避免的。

（1）采用110 kV方案，当烧碱产量由20万t/a扩产至30万t/a时，可以根据用电量选择增加1台合适容量的110 kV电力变，电源可从其中任一个110 kV线路上T接，按线路变压器的接线方式，为目前杭州电力局扩容的常用方案，以节约基本电费。110 kV的线路不需要投资和调整，施工和管理比较简单和方便。在这种接线方式下，任何一条线路故障或变压器故障，仍可保证20万t/a烧碱的生产不受影响。

（2）采用220 kV方案，当烧碱产量由20万t/a扩产至30万t/a时，将增加33 MW左右的负荷，现有的接线方式不能满足供电要求，220 kV主变已基本满负荷，35 kV的供电线路只能供25 MW左右的功率。因而，需要将35 kV线路升格为110 kV，增加投资以及增加1台40 MVA电力变，这种接线方式施工和管理比较复杂。2条线路不能互为备用，最坏情况下，只能保证10万t/a烧碱的生产。

在220 kV的方案中，离子膜电解为单电源供电，供电可靠性差。但离子膜电解负荷应属于二级负荷，根据《工业和民用配电设计手册》对二级负荷的解释，中断供电将在经济上造成重大损失。所谓较大损失指主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱，需较长时间恢复、重点企业大量减产等，二级负荷必须采用双路电源供电。因此，该公司进线电压确定为110 kV。

2 整流变电压的确定

在进线电压确定为110 kV后，需要确定整流变的电压等级，而整流变电压将左右总变主接线定型。整流是大容量用电设备，一般而言，其变电电压等级应为进线电压，尽量避免二次降压。以10万t/a烧碱年耗电为例，经一级变压后，变压器损耗按0.36%计算（负载率按80%），将高达75万kW·h/a。然而，电压等级的选择又与整流单机容量（独立系统的烧碱产量）有关。金属电槽系统大，选用110 kV即可。离子膜复极槽有1万t/a、2万t/a以及2.5万t/a的各种规格，于是，出现了所谓的“一机一槽（10 kV或35 kV供电）”、“一机二槽（35 kV或110 kV供电）”。

该公司新建20万t/a烧碱工程，采用日本氯工程的BITAC-891复极式电槽，产量1.667万t/a，共12台电槽。电槽的整流系统设计额定电压337 V，20 kA，整流系统采用一机二槽的供电方式，整流变压器额定容量16 000 kVA。选择110 kV和35 kV，从经济性和合理性进行论证。

2.1 主接线方式及设备选择

（1）采用110 kV做为整流变的供电电压。110 kV总变主接线采用单母线分段，装设2台110/10 kV的16 MVA的动力变，6回110 kV整流馈线。110 kV的设计可采用2个方案，110 kV设备采用GIS选型，电缆出线。其优点是占地面积小，但投资费用巨大，一个出线回路的GIS设备比AIS设备贵30%，而110 kV的电缆投资费用约为500万元/km；110 kV设备采用AIS选型，架空出线，优点是投资费用少，但占地面积较大。因而，宜采用110 kV设备采用AIS选型，架空出线。

（2）采用35 kV做为整流变的供电电压。110 kV总变主接线方式，采用内桥接线装设2台110/35/ 10 kV的50 MVA的主变，35 kV母线供6台整流变，采用单母线接线方式，10 kV采用单母线分段接线，供动力系统用电。10 kV与35 kV的比较见表2。

表2 综合比较汇总表

2.2 运行经济性

根据工艺选择的氯工程BITAC-891电槽，设计提供的电气专业的额定直流电压为337 V，直流电流为20 kA，整流变压器的额定设计容量达到16 000 kVA。而在实际的运行中，满足20万t/a产量只需每台电槽运行直流电流16 kA，电槽电压280V，实际每台整流变压器的运行功率为9500 kW。而变更整流变直流电压和直流电流的设计值，是不能得到外方的同意和确认的。因而，采用总变主变的容量按实际运行功率考虑，根据运行经验，2×50 MVA的变压器容量已足够，每年可节约936万元的基本电费。

当然，如果整流运行直流功率的设计余量保持在10%左右（如该公司1995年引进意大利迪若拉公司的离子膜电槽，设计直流电压500 V，直流电流13 kA，实际运行为490 V左右，12.5 kA），对110 kV直降整流变而言，则极大地节约基本电费。

很明显，采用110 kV作为整流变的电压，省下了一级供电损耗，具有较好的节能和经济效益。

50 MVA三绕组变压器P0=52 kW、Pf=225 kW，按80%负载率，损耗196 kW；16 MVA双绕组变压器P0=19 kW、Pf=77 kW，按80%负载率，损耗68 kW。110 kV直降整流变比35 kV整流变损耗增加约5 kW/台（参照电力变的损耗标准），合计可节约电费约108万元/a。

由于总变距离整流较近，电缆敷设约200 m，损耗忽略不计。

2.3 总平面布置

对总变的选址，应考虑下列因素：（1）靠近负荷中心；（2）电源进线方便，30万t/a烧碱离子膜电槽厂房规划在整个厂区的南面，为东西朝向布置，110 kV总变布置于电解厂房旁边，如整流变采用架空出线的布局，110kV的整流出线间隔应与整流变压器的间隔对应布置，即也为东西朝向布置，则不利于110 kV进线由南面引入，否则架空线路占用较大的用地，或电缆投资较大。

从变电楼的占地面积考虑，根据电槽厂房的布置，30万t/a烧碱的电槽厂房长度为135 m，若采用110kV整流变，则110kV的出线间隔也不小于135m，考虑到2台16 MVA的动力变，以及约40台10 kV高压开关柜以及控制室和配套辅助厂房，总变变电楼的占地面积非常大，约2 000 m2，而采用35 kV整流变的变电楼占地面积约1 200 m2。

2个方案的建筑面积均约为2 700 m2，土建费用相差无几。

综上几点，该公司的供电结构采用2回110 kV进线，110 kV内桥接线，设置2台SSZ10-50 MVA 110/35/10 kV的电力主变，35 kV经电缆出线供6台整流变的用电，10 kV供全厂动力用电。

3 结论和思考

（1）企业的供电电压等级的的确定，与企业的生产规模、远景规划相关。新建或搬迁企业一次建成20万t/a烧碱的规模，远期规划为40万t/a烧碱以上，且在四五年之内可以实施，可以考虑采用220 kV的进线电压等级。若远期规划实现较难，则宜采用110 kV进线。

（2）整流变供电电压的确定除了与进线电压有关外，还与整流变压器的容量有关。5MVA及以下，宜采用10 kV电压供电；5~20 MVA，宜采用35 kV电压供电；大于20 MVA，宜采用110 kV电压供电。

（3）整流变供电电压的确定还应从投资费用、运行费用及平面布置的合理性等各方面进行综合考虑，本文仅对设备投资进行比较，是比较粗略的，建议委托专业电力设计院对方案的经济性进行比较，以获得较大的综合效益。

（4）对于小容量电槽采用110 kV直降式整流，从工艺与整流的连锁以及整流故障给系统造成的影响等方面考虑，一机二槽已为工艺所接受，从整流变压器的结构设计、设备布置以及工艺连锁方式等考虑，一机三槽的整流模式是否可行，还有待于实践。

Choice of power supply voltage of chlor－alkali device

ZHANG Tie－fei
（Hangzhou Electrochemical Group，Hangzhou 311228，China）

Through the design and equipment selection of different voltage levels，the overall layout，project investment，operating costs，vision reserved and other aspects were compared for new chlor－alkali enterprises choosing voltage level to provide a reference.

chlor－alkali production；power supply；voltage；level；select

TM461

B

1009－1785(2011)03-0011-03

2010-09-13