中腾微网（北京）科技有限公司 李文颖

台湾中油乍得羚羊油田位于乍得南部贝诺依地区，项目地处偏僻，没有市政供电；项目工艺生产单元非常分散，工作环境为爆炸危险区。这样势必要求该项目的供配电系统设计合理、经济、安全、可靠，否则将给项目的正常运行和维护带来很大的影响和危害。选择双燃料燃气轮机作为该项目的供电电源，为保证设备在爆炸环境下能安全、可靠地运行，本项目将保护接地与工作接地相连并接入防雷接地系统，避免了浮点接地系统和多点接地系统中出现的雷击问题。项目采用基于PMS和工业以太网、光纤通信技术相结合的先进配电控制系统，相比传统配电控制系统具有很强的可靠性、灵活性、开放性和安全性。

1 供配电系统

1.1 变配电室选址

由于项目地处偏僻、没有市政电力供应，因此需在该项目中建一座发电站。发电站将建在中央集输站的东南角，并确保该区域为非防爆危险区。在负荷相对比较集中的位置配置一座变配电站，以放射式的配电方式向用电负荷配电。变配电站还应考虑靠近发电站，经综合性考虑后，变配电站位于中央集输站的正南偏西的非爆炸危险区，满足电源电缆距离近、易敷设的要求；与工艺装置满足安全距离。

混输泵站建一座无人值守的变配电站，电能由中央集输站发电站提供，通过33kV架空线输送电能，通过光纤将混输泵站各类信号传递到中央集输站。井口设置独立的箱式变电站，电能由中央集输站发电站提供，通过33kV架空线输送电能。以井口为圆心半径40m的范围内为爆炸危险区，箱式变电站布置在此范围以外，靠近架空线H型终端杆的位置[1]。

1.2 负荷计算

按照《供配电系统设计规范》GB50052-2009中规定，考虑场区处理性质及站场所处位置的实际情况，确定总体负荷等级为二级。负荷计算采用需要系数法，需用系数应符合《工业与民用供配电设计手册》中的要求。

中央集输站变配电室：通过电力负荷统计计算，取同时系数K∑p=K∑q=0.93，则中央集输站变配电室有功功率Pc1、无功功率Qc1、视在功率Sc1分 别 为：Pc1=5865.26kW；Qc1=3291.66kVar；Sc1=6725.79kVA。中央集输站功率因数COSφ=0.87，低压0.4kV侧采用集中无功自动补偿方式以提高功率因数，补偿后功率因数达到COSφ2=0.91，其需要补偿容量QC1=Pc13(tanφ1-tanφ11)=241.24kVar，故QC1取300kVar。由于系统为单母线分段，每段无功补偿值为150kVar。

混输泵站变配电室：根据电力负荷统计计算，混输泵站变配电室有功功率Pc2、无功功率Qc2、视在功率Sc2分别为：Pc2=1660.68kW；Qc2=632.42kVar；低压0.4kV侧采用集中无功自动补偿方式以提高功率因数，低压0.4kV侧功率因数COSφ2=0.84；补偿后功率因数达到COSφ21=0.91，其需要补偿容量QC2=P'c22(tanφ2-tanφ21)=53.83kVar，故Qc2取100 kVar。由于系统为单母线分段，每段无功补偿值为50kVar。

井场变配电室：17座井场的变配电室的配置相同，此处针对1座井场的负荷计算进行分析。据电力负荷统计计算，取同时系数K∑p=K∑q=0.93，则主厂房变配电室有功功率Pc3、无功功率Qc3、视在功率Sc3分别为：Pc3=92.09kW；Qc3=45.70kVar；Sc3=102.80kVA，COSφ3=0.9，故井场不需要低压无功补偿。

1.3 配电设备的选择

1.3.1 电气系统配电形式

供配电的形式大致分为放射式、树干式、链式。本工程综合考虑供电可靠性以及成本的因素，设计采用几种方式的混合形式，在负荷较为集中的区域采用以放射式为主的供电方式，在负荷比较分散且重要程度不高的区域采用树干式供电方式[2]。

1.3.2 配电室电气设备选择

根据以上负荷计算，电气系统设计如下：三台双燃料燃气轮机3×4.1MW，两用一备；应急柴油发电机选择1000kVA，以保证重要负荷或特殊负荷非生产期用电；母线选择单母线分段，燃气轮机组为孤岛电网运行。根据发电机出口端三相短路电流值，选择11kV进线柜内进线断路器的分段能力，发电机超瞬态电抗X"d=0.495Ω。

1.4 站场内防爆电气设备选择

防爆设计第一步是对站内区域进行危险区域划分。根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-2014中爆炸性气体混合物出现的频繁程度和持续时间进行划分，中央集输站站和混输泵站属于2区，站内的释放源属于第二级释放源。第二个关键步骤是选择适宜的电气元件，原则仍是安全与经济的结合，电气元件选型为ExdⅡBT6 Gb。

1.5 电缆的选择

主变配电室11kV母线上的短路电流为8.62kA，33kV母线上的短路电流为0.876kA，根据电缆的热稳定性校验选择电缆最小截面积：Smin为电缆最小截面积mm2；Qt为短路电流热效应kA2s；c为热稳定系统。

对于11kV系统，Ith=8.62kA，Ith=1，c=143代入上式可得最小截面积60.28mm2，该项目取70mm2。对于33kV系统，Ith=0.876kA，tth=1.5，c=143代入上式可得最小截面积7.50mm2，该项目取35mm2。

中央集输站变配电室、混输泵站变配电室、井场变配电室高压进线电缆选择分别如下：补偿后视在功率6584kVA/1744kVA/103kVA，电压等级11kV/33kV/33kV，COSφ0.89/0.95/0.90，计算电流346A/31A/2A，按照载流量选择240mm2/50mm2/35mm2，按照热稳定性选择70mm2/35mm2/35mm2，敷设距离0.14km/ 0.4km/0.2km，压降损失0.015%/ 0.029%/0.001%，按照压降损失选择150mm/ 35mm2/35mm2，选择结果240mm2/50mm2/35mm2。

1.6 接地及防雷防静电接地

由于采用中性点直接接地系统会导致大大增加了人体的触电电流，单相接地时会形成单相短路，故中央集输站变配电室11kV和33kV系统采用中性点非有效接地系统，通过电阻柜进行接地。站场内设联合接地网，接地电阻不大于4欧姆。

发电站按第一类防雷建筑物考虑，分别在发电机周围设置三根独立式避雷针以保护发电机房不遭雷电侵害。防雷接地和设备接地的接地电阻不大于10欧姆。中央集输站和混输泵站属于第三类防雷建筑物，最高工艺设备为压缩机（高12米），工艺设备、管线的壁厚为6mm，故站内可不做辅助避雷设备，但应保证工艺设备、管道及设备非带电金属外壳应按规程进行防静电接地，接地电阻不大于30欧姆。

PMS、DCS及计算机系统分别设单独接地系统，其接地电阻均不大于1欧姆；仪表设备保护接地将与电气接地系统共用，接地电阻不大于4欧姆。当操作人员在触碰站内设备前应穿好绝缘鞋，并触碰静电接地球后（消除人体静电），方能进行操作[3]。

2 控制系统

2.1 控制系统简介

本项目采用分布式PMS控制系统。该PMS控制系统是基于ABB最先进的800xA PMS系统和工业以太网、光纤通信技术相结合的先进控制系统。相比于传统的控制系统具有很强的可靠性、灵活性、开放性和安全性。

2.2 控制系统组成

服务器通过软件互为冗余，系统采用双网进行通信。无论从逻辑概念上还是从物理概念上将变电站的功能分为三层，即站控层、间隔层和过程层[4]。

站控层设在中央集输站的控制室内，为实现不同厂商的设备互联，易于与Internet连接且信号传输距离不超过百米，故采用高速工业以太网通讯，通讯速率为100MB/s，通讯介质是超五类双绞线。混输泵站与主站间通过总线进行数据采集与交换，通讯介质采用单模光纤，以实现全部工艺生产设备的监控。工程师站用来完成编程组态并具有操作员站操作功能，操作员站主要用于操作，网络打印机完成日常生产报表及故障报警记录等。

间隔层通过Modbus RTU总线方式与站控层设备进行数据通信。为了简化通讯结构，间隔层采用Modbus环形连接，实现间隔层的通讯冗余；过程层设备包括变压器、断路器、隔离开关、电流/电压互感器等一次设备及其所属的智能组件以及独立的智能电子装置。一次设备与间隔层设备共同安装在柜内、距离很近，为了增加操作系数、便于检修，采用硬线连接方式进行信号交换，硬线方式比较直观，成本较低[5]。

综上，随着石油化工企业的规模不断扩大，电气供配电正朝着智能化方向发展，安全性对电气设备选择和控制方式的拟定有较大的影响。企业在关注自身经济效益的同时，需要完善自身的安全机制，保障石化企业电气系统设计与线路安装的安全性，防止造成巨大的经济损失。