LNG接收站内变配电系统的设计

2020-02-02刘伟

通信电源技术 2020年20期

刘伟

（南京扬子石油化工设计工程有限责任公司，江苏南京 210048）

1 概述

LNG接收站一般包含LNG装卸码头、LNG全容储罐、LNG装车撬、蒸发气压缩机、高压气体外输以及火炬等设施。接收站接收来自远洋货船的LNG并储存在接近常压的LNG储罐，然后从储罐输出LNG，用泵加压至管网压力，气化并计量后进入高压燃气管网。低压LNG装载至槽车供应给其他用户。接收站的蒸发气被加压，升温并外输至中压燃气管网。本工艺装置生产过程连续性强，自动化水平较高，且液化天然气为易燃易爆物质，因此需要一套安全可靠的变配电系统维持正常工况及非正常工况下的装置运行[1-3]。

2 用电负荷及供电要求

2.1 用电负荷

UPS、直流电源系统、消防设备以及应急照明属于一级负荷。LNG高压泵、LNG低压泵、SCV（浸没式燃烧器）系统及其辅助设备、压缩机系统及其辅助设备、仪表空气压缩机、火炬缓冲罐以及电动阀门为二级负荷，能够确保接收站在停电情况下具备一定天然气气化外输能力。其余设备均为三级负荷。

2.2 供电要求

按照《供配电系统设计规范》：一级负荷应由双重电源供电，当一电源发生故障时，另一电源不应同时受到损坏；二级负荷的供电系统由两回线路供电。

3 供配电系统

从外部电网引两路10 kV的供电线路至LNG库区主变电所10 kV进线柜，一用一备，经2台10/6.3 kV、容量为2 500 kVA的变压器降压后供电。另外，库区主变电所将设置2台电压为6 kV、容量为1 500 kVA的事故柴油发电机组，在外部两路电源停电时作为其应急电源，为一级及部分二级负荷供电。码头变电所电源引自库区主变电所6 kV母线。本工程6 kV负荷均由LNG库区主变电所供配电，低压负荷可就近由主变电所或码头变电所供配电。库区及码头区域的分散控制系统（Distributed Control System，DCS）及重要的仪表电源、火灾报警以及电气微机监控系统等，均由各自设置的不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）供电。为提高可靠性，UPS电源的一路主电源引自应急母线[4-7]。

4 变电所设计

4.1 变电所布置

4.1.1 LNG库区变电所布置

LNG变电所属于全厂重要设施，应独立布置，以满足与周边生产装置、辅助设施、建构筑物的安全防护和防火距离的要求。变配电所采用三层结构：一层设置低压配电室、电容器室、变压器室以及柴油发电机室；二层为电缆夹层；三层设置配电室及工程师站，主要布置10 kV及6 kV开关柜、电阻柜、直流屏以及监控柜等[8]。

4.1.2 码头变电所布置

码头变电所设于码头控制楼，高低压开关柜和干式变压器柜同室布置，负责向码头区域内的所有低压用电负荷供电。

4.2 供电系统主接线及系统运行方式

4.2.1 LNG库区变电所（10/6/0.4 kV）

10 kV系统采用单母线接线方式。在正常运行方式下，10 kV两条回路进线开关合上。当一回路电源故障或检修时，母线分段断路器闭合，另一回路电源为全部负荷供电。分段断路器的备用电源自动投入功能设手动、自动切换开关，根据操作需要，可选择实施分段断路器自动或手动投切。6 kV系统正常母线采用单母线分段（AE段/BE段）的接线方式，设母线分段开关。在市电正常供电时，6 kV两回路进线开关合上，母线分段开关断开，分别由上级10 kV母线通过各自变压器降压后供电，负荷分布在两段6 kV母线上。6 kV应急母线采用单母线接线方式，由2台6 kV柴油发电机供电。应急母线与BE段母线之间设置联络开关[9]。

当市电故障时，切除非应急负荷（因柴油发电机供电容量有限只能供部分负荷），自动起动2台6 kV柴油发电机，并联锁合上AE段应急母线与BE段母线之间的联络开关及AE段/BE段之间的母联开关。此时，6 kV母线（AE段/BE段）均由柴油发电机供电。柴油发电机运行时如遇火灾，应急工艺负荷在接收到火灾报警和气体检测系统（Fire Alarm and Gas Detector System，FGS）系统的信号后自动停止运行。消防水泵在接收到消防管网低压力信号后，自动投入运行[10]。

0.4 kV正常母线及应急母线均采用单母线接线方式，应急母线与正常母线之间设置联络开关。在市电正常供电时，应急母线与正常母线的两回路进线开关合上，分别由上级6 kV母线（AE段/BE段）通过各自变压器降压后供电，母线联络开关断开。当市电故障时，切除接在6 kV AE段母线上的非应急负荷，联锁合上接在6 kV BE段母线上的馈电开关，由柴油发电机供电。

4.2.2 码头低压变电所（6/0.4 kV）

码头低压变电所通过变压器降压后，为BE段母线供电。当市电故障时，联锁合上接在6 kV BE段母线上的馈电开关，由柴油发电机供电。为满足规范“重要消防低压用电设备的供电应在最末一级配电装置或配电箱处实现自动切换”的要求，码头消防炮控制箱由LNG库区变电所引来第二路电源经双电源切换后供电[11]。

4.3 中性点接地方式

本工程各级电压系统的中性点接地方式和控制操作电源的接地方式，如表1所示。

表1 中性点接地方式及控制操作电源的接地方式

4.4 计量

在LNG库区变电所的1台10 kV计量柜上设1块（由供电部门提供）电度表计，精度为0.5级。

4.5 功率因数补偿及谐波限制

根据《全国供用电规则》的要求，本工程10 kV进线接入点处功率因数应达到0.92以上。因此，在变电站6 kV配电系统和0.4 kV配电系统均设置并联电容无功补偿柜，自动投切，补偿后功率因数不小于0.95[12]。本工程非线性谐波主要来自UPS电源和直流屏等电子产品设备，为此采取以下措施加以限制。首先，变压器采用D,Yn11接线组别，为3次谐波电流提供环流通路。其次，采用静止无功补偿装置，合理配置电抗器参数，避免电容器放大谐波。最后，对于UPS电源和直流屏等，将设备注入电网的各次谐波电流值控制在规范要求的范围内。

4.6 继电保护

10 kV/6 kV进线和分段、变压器馈线、电动机馈线、电容器馈线及库区变电所低压进线、分段开关的继电保护，均采用微机综合保护装置实现，就地安装在开关柜上。

4.7 综合自动化系统

本工程设置综合自动化系统。该系统由站控层和间隔层两部分组成，并用分层、分布以及开放式网络系统实现连接。站控层由计算机网络连接的计算机监控主机和操作员站构成，提供人机联系界面，能够实现管理控制间隔层设备等功能。间隔层由工控网络/计算机网络连接的若干个监控子系统组成。在站控层和网络失效的情况下，它仍能独立完成间隔设备的就地监控功能。

站控层设备集中布置在LNG变电所内，间隔层设备分散设置。LNG变电所内的中压（10 kV/6 kV）开关和低压进线母联开关的保护测控装置，直接安装在开关柜等一次设备控制面板上。各综合保护装置采用现场总线方式与通信管理机相连，通信管理机至站控层的后台系统采用屏蔽双绞线。对低压电机设置集成电动机控制系统（MCC管理系统），码头部分的电气设备设置通信管理机，能够收集码头变电所内的电气参数，通过光纤将信号传输至站控层后台系统。

4.8 直流系统

库区变电所设一套直流系统，用于操作和控制所内10 kV开关柜、6 kV开关柜及信号电源。直流系统电压为220 V，容量为100 Ah。工作时间按全所事故停电1 h考虑。直流系统采用单母线接线，配置一套充电装置和一组蓄电池。充电装置采用高频开关电源。每组蓄电池采用全密封免维护铅酸蓄电池，按浮充电方式运行。直流系统设有绝缘在线监测及接地故障监测装置、电池监测装置以及集中监控装置，并预留远方通信接口。

4.9 柴油发电系统

柴油发电机房采用两台柴油发电机，主用发电机组功率为1 500 kVA，备用发电机组功率为1 500 kVA，电压为6.3 kV。每台机组旁设置1台电池柜，内含2组蓄电池（冗余配置），每组电池容量能保证机组6次起动。机房内设有日用油箱间，油箱间放置一个1 000 L日用油箱和一个200 L排油箱。机房外设有20 000 L埋地油罐，与机房相距约13 m。油罐与油箱、油箱与机组之间采用管道连接，油罐与油箱之间设有一主一备的电动供油泵，使用0#轻质柴油。