化工厂低压配电采用660V供电技术探讨

2013-11-20赵瑞萍

化工设计 2013年2期

赵瑞萍

航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司兰州 730050

当前，我国各大中小型化工装置供电系统的电压等级普遍为10kV和380V，有少数老厂改扩建装置依然采用6kV和380V的电压等级。一般是从地区电力网接受35kV或110kV的高压电能，架空线或电缆引至厂区内总降变电所，经降压降为6kV或10kV，再由电缆送至各区域变电所。各区域变电所根据用电设备的不同来确定电压等级。

随着化工装置规模的大型化、自动化，各种用电设备不断增多，单机容量相应增大。由于化工装置区大多属于防爆区，各变电所设在非防爆区，而各用电设备大多分布在防爆场所，供电线路长且分散，线路损耗较大。大型低压电动机启动时，启动电流大，线路上的压降与损耗更大，特别是电动机群启动时，启动电流更大，势必影响电动机正常启动，使电动机容易损坏。

化工装置是连续性很强的生产装置，对供电可靠性要求较高，其负荷大多属于二级及二级以上负荷，这些不利因素，很难保证生产装置的连续性，严重时会造成低压系统瘫痪。要改变这种状况，从改变电压等级着手，减小启动电流和线路损耗是有效的技术措施之一。

1 低压配电采用660V供电的可行性

1.1 用电设备的电压等级

化工厂所用电动机大多采用额定电压为380V的隔爆型或增安型电动机，660V的电动机同380V一样都是技术成熟的产品，多为大型工厂、矿山所采用。4kW及以上容量的电机多为六桩头接线，将额定电压为380V“Δ”接线改成“Y”接线后，用于660V系统中，电机使用性能不会发生任何变化。

1.2 配电设备的电压等级

对于低压断路器来说，目前所用空气断路器或塑壳断路器额定工作电压可达690～1000V，回路中所用接触器、熔断器、热继电器、软起动器也有相应电压产品。对于微型断路器，工作电压大约为230/400V，主要用于照明回路、电加热器等一些容量较小的配电回路。对这些回路，可另加专用变压器或采用三绕组变压器，使之副边电压为10000/690/400V。三绕组变压器可为10kV、0.69kV、0.4kV 三个电压等级的设备供电。对这些工作电压为230V的设备，采用380V标称电压系统中的相电压供电即可。

1.3 电力电缆电压等级的选择

在380V系统中，低压电力电缆多选用0.6/1kV级的，控制电缆多选用0.45/0.75kV级的。根据GB 50217-2007《电力工程电缆设计规范》3.3.1和3.3.2条规定，按照中性点非有效接地系统计算：

Uab=1.732Ua

式中，Uab为线电压，取660V；Ua为相电压，660V标称电压系统中，取380V。

电力电缆采用0.6/1kV级，其相电压和线电压均大于系统的相电压和线电压。故在660V系统中，传输电缆选用0.6/1kV级完全满足系统要求。控制电缆仍选用0.45/0.75kV级的。

2 低压配电采用660V供电的意义

2.1 节能

电网在运行过程中，每个环节都有电能损耗。这些损耗一般可分为两种：与负荷功率或电流的平方成正比的可变损耗；与电压高低有关的固定损耗。供电电压的高低直接影响线路上的损耗和变压器的损耗。

据有关资料介绍，如果全国电力部门的平均线损率下降1%，每年就可以节约3240kW·h。在电能输送过程中，加强线路损耗管理，采取降损措施，降低线损率是作为用电大户的化工厂应考虑的问题之一。

化工厂低压配电一般采用电缆沿电缆桥架或电缆沟敷设，对于电缆线路，电能损耗为：

ΔA=3TI2RL×10-3

式中，T为计算线损的时段，h；I为时间T内该段线路上的电流，A；R为导线电阻，Ω；L为该段线路的长度，km。

表1为在负荷相等、距离相等、运行时间相同的情况下，380V和660V电压等级用电缆沟敷设供电时的线损计算结果进行比较。

表1 380V和660V电压等级用电缆沟敷设供电时的线损比较

注：括号中数值为0.66kV的电机功率数据; 供电距离为0.5km。

由表1可见，线路上的电流越大，损耗越大；电流越小，损耗越小。对同容量的用电设备来说，电压越大，电流越小，则传输电缆的截面就越小，传输距离就越长。完全能够满足化工厂长距离供电的要求。

2.2 电动机启动得到改善

根据《石油化工企业生产装置电力设计技术规范》SH 3038-2000 3.4.2条：电动机容量在160kW以上或需要变压器容量为160kV·A以上者，宜采用中压供电方式；电动机容量小于160kW或需要变压器容量小于160kV·A者，宜采用低压供电。笔者认为此时的低压供电应为660V。据初步计算，额定电压采用660V比用380V的电动机综合投资约低25～40%。，有色金属的消耗量减少5%左右，线路上的损耗减少1/3～1/5，电动机启动电流明显减小，特别适合给同时启动的电动机群供电的变压器。

2.3 对大功率变频调速电机采用660V电压的意义

对于160kW以上的电动机，按《石油化工企业生产装置电力设计技术规范》SH 3038-2000 3.4.2条的规定，需采用10kV供电，但对于电动机容量在2000kW以下时，采用高压变频调速性价比很低，用户很难接受。如改用660V变频器，无论变频器还是与之配套的电机价格均低很多。有人认为，采用660V变频器，要增加变压器，在10kV供电系统内，要添置10/0.66kV的变压器，这样会增加造价。但是这种想法不够全面，要知道，即使采用10kV级变频器，为不使变频器整流时产生的高次谐波串入电网，也得添加专用整流变隔离变压器与之配套，并且随着电压等级的提高，电机的绝缘必须提高，变频器中电力半导体器件的串联数量加大，成本上升。由此可见，对容量在2000kW以下需变频调速的电动机，采用660V电压是有必要的。