一 引言

大型石化企業一般都有幾套大型或特大型生產裝置組成，各裝置之間互為上下關系，不但具有生產工藝連續性強、自動化程度高、易燃易爆、有毒有害、高溫高壓、臨氫和易腐蝕等特性，而且停一次車恢復正常生產耗時長、停產經濟損失重大。因此對供電系統進行優化可以大大提高供電可靠性，也是提高系統投資效益和運行效益的的最有效途徑。

相應的供配電系統具有如下特點：

1.1 對供電的可靠性要求非常高

對連續運行的石化企業來說，對供電的可靠性要求是非常高的，僅幾個周波的電力系統故障就能造成大量生產裝置停工，甚至引起災難性的后果，事故風險率高、影響范圍大、經濟損失巨大。因此供電電源至少配備兩個電源，并且從供電能力上，100%的互為備用（電源、線路、母線、開關、變壓器等），當一個系統中止供電時，另一個系統能擔負全部用電負荷。

1.2 負荷相對平穩

石化企業的負荷是相對平穩的，日負荷曲線的變化很小，生產裝置運行正常后，負荷幾乎數周甚至數月不變。

1.3 負荷以異步電動機為主

石化企業的負荷主要是以大型或特大型異步電動機拖動的風機、壓縮機以及工藝流程泵為主。由于供電系統內具有大量異步電動機的運行，應對其功率因數進行有效的補償。

1.4 裝置生產能力逐步擴容

石化企業的另一特點是隨著生產裝置的不斷擴容，用電負荷隨之增加，新增裝置或改造老裝置是石化企業司空見慣的事情，因此在設計石化企業供配電系統是一定要考慮留有足夠的擴展余地。

1.5 對環境的要求也日益提高

上海石化地處江南海濱，受到大氣濕度和鹽霧雙重作用，生產區域大氣中存在懸浮固體顆粒和腐蝕性氣體污染；況且石化配電生產裝置運行周期長，連續生產運行3～5年，供配電設備無法按照電氣設備檢修規程規定的周期安排檢修，絕緣元件腐蝕和積灰相當嚴重。

本文首先對上海石化大型生產裝置供配電系統的現狀作簡要分析和介紹，之后對乙烯生產裝置總降改造項目中供電系統的接線方案進行探討，以期達到實現供配電系統長周期運行的目的。

二、生產裝置供配電系統接線方案

1 傳統接線方式

1.1 內橋接線

內橋接線具有高壓斷路器數量少，變電所占地面積小等優點，但同時也存在變壓器的切除和投入較復雜，線路斷路器檢修時需較長時間中斷線路供電等缺點。

上海石化向生產裝置供配電的35kV變電所均采用內橋接線，典型接線方式見圖1，其跨橋連接靠近變壓器側，省掉變壓器回路的斷路器，僅裝設隔離開關。適用于變壓器不經常切換或線路較長的變電所，且為一路電源對應一臺主變的運行方式，35kV進線開關，又兼主變開關。一條線路對應一臺主變供電，當任一回電源進線或斷路器檢修（或故障）時，另二條線路和三臺主變仍可繼續供電。

1.2繼電保護配置

內橋接線保護主要有：線路縱差保護、主變差動保護、主變過流保護(如果過流保護靈敏度不能滿足要求，釆用低電壓閉鎖過流保護)、6kV母線和分段過流保護。鑒于是內橋式結線方式，過流保護和差動保護釆用和電流。線路縱差保護范圍為35kV線路、35kV線路開關；主變差動保護范圍為主變、35kV母線、主變35kV開關、35kV分段開關、主變6kV開關；過流保護為主變差動保護的后備保護，且兼做6kV母線的主保護；6kV母線、分段過流保護為母線主保護。上述保護具體作用如下。

A、進線保護

1）線路縱差：瞬時動作，作用于進線開關跳閘。

B、主變保護

1）差動保護：瞬時動作，作用于主變高壓開關（或35kV分段開關）和低壓開關跳閘。

2）重瓦斯保護：瞬時動作，作用于主變高壓開關（或35kV分段開關）和低壓開關跳閘。

3）低電壓閉鎖過流保護：延時動作，作用于主變高壓開關（或35kV分段開關）和低壓開關跳閘。為了確保6kV母線短路故障時的靈敏度，低電壓繼電器的電壓宜取自主變低壓側壓變。

4）過負荷保護：延時動作，作用于發信。

5）輕瓦斯保護：延時動作，作用于發信。

6）溫度保護：延時動作，作用于發信。

7）壓力釋放保護：延時動作，作用于主變高壓開關（或35kV分段開關）和低壓開關跳閘。

C、母線、分段保護

1）零序保護：延時動作，作用于發信。

2）如主變低壓側一次結線設二只開關分別供二段母線，則主變低壓開關須設置母線保護：過流1、過流2保護，必要時加低電壓元件（該低電壓元件不宜與主變的低電壓閉鎖過流保護中的電壓元件合用），過流保護電流應取三相值，以確保保護靈敏度，主變低電壓閉鎖過流保護采用和電流結線。

3）分段保護：分段開關在運行狀態時，作為其中一段6kV母線的主保護。

1.3 內橋接線演變為線路變壓器組接線的條件

當線路XL發生故障時，進線開關DLg自動跳閘或手動分閘，橋開關DLq自動合閘或手動合閘，與故障線路同一側的主變ZB仍然能夠通過“ 一線帶二變”方式運行。

由于“ 一線帶二變”并不能改變變電所單電源運行的實質，當主變容量能滿足一線帶二變負荷要求時，6kV側的兩段母線完全可以通過合上分段開關DLf的方式并列運行，達到內橋接線中合上橋開關DLq同樣的供電條件，即可以推行35kV線路變壓器組接線方案。

2 35kV線路變壓器組

線路變壓器組具有線路最簡單，設備少、投資省、操作簡便、宜于擴建，變電所占地面積小等優點，但同時也存在不夠靈活，線路故障或檢修時變壓器停運等缺點。適用于一回電源線路帶一臺變壓器的變電所。

2.1 典型接線方式見圖2

2.2繼電保護配置

線路變壓器組主要保護有：線路縱差保護、主變差動保護、主變過流保護(如果過流保護靈敏度不能滿足要求，釆用低電壓閉鎖過流保護)、6kV母線和分段過流保護。

線路縱差保護范圍為35kV線路；主變差動保護范圍為主變和主變6kV開關；過流保護為主變差動保護和6kV母線的的后備保護；6kV母線、分段過流保護為母線主保護。上述保護具體作用如下。

A、進線保護

1）線路縱差：瞬時動作，作用于電廠側饋線和主變6kV進線開關跳閘。

B、主變保護

1）差動保護：瞬時動作，作用于電廠側饋線和主變6kV進線開關跳閘。

2）重瓦斯保護：瞬時動作，作用于電廠側饋線和主變6kV進線開關跳閘。

3）低電壓閉鎖過流保護：延時動作，作用于電廠側饋線和主變6kV進線開關跳閘。為了確保6kV母線短路故障時的靈敏度，低電壓繼電器的電壓宜取自主變低壓側壓變。

4）過負荷保護：延時動作，作用于發信。

5）輕瓦斯保護：延時動作，作用于發信。

6）溫度保護：延時動作，作用于發信。

7）壓力釋放保護：延時動作，作用于主變高壓開關（或35kV分段開關）和低壓開關跳閘。

C、母線、分段保護

1）零序保護：延時動作，作用于發信。

2）如主變低壓側一次結線設二只開關分別供二段母線，則主變低壓開關須設置母線保護：過流1、過流2保護，必要時加低電壓元件（該低電壓元件不宜與主變的低電壓閉鎖過流保護中的電壓元件合用），過流保護電流應取三相值。

3）分段保護：分段開關在運行狀態時，作為其中一段6kV母線的主保護。

電源側配置一套方向信號全線速斷主保護SEL-351，加一套過流后備保護SEL-551；用戶側SEL-351要帶非電量光隔輸入型號裝置，以接入非電量； SEL-587及非電量通過SEL-351啟動遠跳；本方案不考慮電源測旁代方式時有全線快速主保護，僅按常規保護配置。

2.3 采用線路變壓器組接線的好處

2.3.1 6kV側有望選用國際知名品牌的GIS開關柜，由于采用SF6絕緣，開關柜結構更加緊湊；同時氣密焊接的殼體，免維護的元件和密封電纜接頭，使供電可靠性更高，運行費用更省。

2.3.2有望選用不吊芯主變、主變套管和外接銅排支持絕緣子提高一個電壓等級。

2.3.3 接線簡捷、目的明確、設備數量少、故障幾率小、可靠性高。

2.3.4 大幅度延長檢修周期、減少檢修工作量，將使整個35kV變電所的設備檔次和可靠性發生質的飛躍，有望實現長周期運行的目標。

2.3.5合理使用投資、占地少、檢修任務減少、節約檢修費用。

2.3.6兩個及以上電源互為備用：進線來自兩個及以上不同獨立電源， 6kV側設有備自投裝置，使用世界一流的一次、二次設備，能夠滿足任何類型用戶的要求。

一次接線力求簡捷：電器是電力系統中最薄弱的元件，在滿足兩個及以上電源互為備用的前提下，電器數量越少，供電可靠性越高。

2.3.7 可靠：滿足不中斷供電的要求；滿足電能質量要求。

2.3.8 高負荷：主變極限負荷率提高到66％。

2.3.9 安全：設備安全和人身安全有保障。

2.3.10強適應：通常我們要求兩套及以上大型重要生產裝置，如果不安排同時檢修，則不應由同一座變電所供電。6kV配電裝置改用GIS后，停電檢修周期可望延長到10年，檢修耗時很短，10年中生產裝置如果有機會同時停車，則一座35kV變電所可望為多套不同時檢修的化工生產裝置供電。

2.3.11 可擴充：主變擴容或者新增電源，都無須考慮35kV配電裝置，容易實施，節省投資。

比內橋接線便于擴充。圖3提供了一種成熟的、高可靠性、大容量變電所的接線形式。

2.3.12經濟（與內橋接線比較）：以上海石化乙烯總降改造為例:

三主變變電所的6kV側以30回饋線測算：

采用復合絕緣開關柜需41臺（6kV供電系統6＋1臺＋4臺母線壓變）：

以SIEMENS或ABB的柜加進口綜保為例：

14.5萬元/臺×41臺＝594.5萬元

采用GIS需要39臺（6kV供電系統6＋3臺）：

以SIEMENS或ALSTOM為例：

23萬元/臺×39臺＝897萬元

改用GIS需要增加投資：897－594.5＝302.5萬元

35kV側以ABB ZS3.2型（配HD4斷路器）復合絕緣柜為例測算：

可節省投資（未計入開關室土建投資）：26萬元/臺×13臺＝338萬元

35kV側節省的投資可用于：彌補6kV側改用GIS增加投資之后尚余（338－302.5＝35.5萬元）彌補選購全焊接不可吊芯主變增加的投資。

2.4 采用線路變壓器組有關問題說明

2.4.1 35kV側避雷器問題

按照設計規范，輸電線路兩端應裝設避雷器。運行實踐證明，電源側配電母線戶內布置、采用SF6斷路器，輸電線路采用電纜并敷設在地下，雷電感應電壓和操作過電壓不會使避雷器導通。間歇弧光過電壓可達到3～4U0，足以造成相間短路，是電纜配電網中最嚴重的過電壓。上海石化2005年“麥莎”臺風來襲時熱電一站35kV系統發生嚴重的間歇弧光過電壓，A相接地25 ms后B、C相短路，繼而三相短路。查金衛總降#2主變35kV穿墻套管相間短路，化一總降金化612進線避雷器三相短路，但是避雷器仍未導通。

現有工程實踐中數百米長度的電纜短線路不裝設避雷器，長線路由于電纜線路電容量大，數千米長度的電纜線路相當于并聯電容器組，對電源側產生的操作過電壓有緩沖作用，緩沖作用并隨線路長度增加。據此分析，短線路可不裝設避雷器，長線路也不必裝設避雷器。

2.4.2 乙烯總降改造后，由于6kV采用GIS開關柜，給運行人員搖測饋線回路（尤其是電動機回路）絕緣帶來不便。

三 結論

通過優化選擇，乙烯總降改造采用線路變壓器組，將使整個變電所的設備檔次和可靠性發生質的飛躍。是主動適應生產裝置大型化和長周期的一項技術措施，符合生產裝置對配電系統安全性、可靠性和穩定性的要求。有望實現長周期運行的目標。

（摘編自《電氣技術》，原文標題為“石化企業大型生產裝置供配電系統接線方案優化選擇”，作者為沈蔚。）