安化公司供电系统存在的问题及改造建议

杨新凯，康钰涛，杜 燕

(安阳化学工业集团有限责任公司，河南 安阳 455133)

1 概 述

安阳化学工业集团有限责任公司(简称安化公司)供电电源由安阳供电公司茶棚220 kV变电站经Ⅰ茶化、Ⅱ茶化2条110 kV线路分列运行提供，线路长4.3 km；Ⅰ茶化、Ⅱ茶化由茶棚站采用2.3 km架空线路(2×LGJ-240/30)通过单塔单回架空方式至保险粉装置区东侧，单塔双回引下电缆，采用6根110 kV电缆(规格型号YJLW03-1×800)通过桥架敷设方式穿过(0.4 km)保险粉装置区，由保险粉装置区西侧引上电缆至单塔双回架空线杆塔至乙二醇界区北门岗处(0.3 km)引下，然后经由6根110 kV电缆(规格型号YJLW03-1×400)经1.3 km电缆隧道接至总降110 kV GIS高压室。

安化公司供电系统结构简图见图1。安化公司有2座110 kV变电站，分别为总降变电站和九龙变电站。总降变电站110 kV高压室有9个间隔，共有2台40 MVA的主变，电压等级为110 kV/6 kV。九龙变电站110 kV高压室有9个间隔，从总降变电站110 kV GIS室通过电缆(规格型号YJLW03-1×400)馈出2条线路分别接至九龙变电站110 kV GIS室，站内共有3台31.5 MVA的主变，电压等级为110 kV/35 kV；35 kV系统分3段，3台主变分别为35 kV系统的三段供电，平时运行模式为母联龙3501和龙3502在分位、龙3503在合位。

图1 安化公司供电系统结构简图

九龙变电站35 kV高压室共有30台35 kV户内开关柜：电压等级35 kV/6 kV、容量31.5 MVA的有4台，分别为302站1#变、2#变和乙二醇1#变、2#变；电压等级35 kV/6 kV、容量20 MVA的有4台，分别为十循1#变、2#变和九久1#变、2#变；电压等级35 kV/6 kV、容量16 MVA的有4台，分别为11#锅炉1#变、2#变和PSA系统1#变、2#变，6 kV母线均采用单母线分段方式。

2 供电系统存在的主要问题

(1)安化公司所在化工园区，根据用电负荷在化工连续生产过程中的重要性及连续性要求划分为一级负荷，而据《化工企业供电设计技术规定》(HG/T 20664—1999)之4.2.1条的要求，一级负荷应由2个电源供电，采用架空线路时不宜共塔架设。

(2)2005年，随着安化公司甲胺、DMF装置区的建成投产，总降变电站110 kV高压室电源采用架空线路入厂后通过电缆隧道接入，而这种接入方式是不符合有关标准的相关规定的：HG/T 20664—1999之7.1.1.2条要求的总变电站应便于各级电压进出线并有足够的线路走廊；《工业企业总平面设计规范》(GB 50187—2012)要求，总变电站位置的选择应符合便于输电线路进出、靠近负荷中心或主要用户；《35 kV～110 kV变电站设计规范》(GB 50059—2011)之2.0.1.3条要求总变电站应便于架空线路和电缆线路的引入和引出。简言之，总降变电站和九龙变电站被甲胺、DMF强腐蚀性生产装置区及净化分公司生产装置等包围，与爆炸、火灾、重腐蚀等场所的防护间距不符合HG/T 20664—1999之7.1.2条的规定(见表1)。

表1 总变电所与总配电装置距各种化工场所的最小防护间距 m

(3)110 kV电缆隧道内有多电压等级电缆，110 kV、35 kV系统电缆中间头较多，而现阶段35 kV系统接地方式为中性点不接地方式，35 kV系统电缆中间头是35 kV供电系统中的薄弱环节——35 kV供电系统产生异常过电压可能导致35 kV系统电缆中间头发生接地现象，形成稳定性的接地电弧，有可能烧坏设备或引起两相、三相短路，甚至可能燃烧波及110 kV系统电缆而致全厂电网失压。

(4)九龙变电站35 kV系统分3段运行，龙1#主变电源引自九龙变电站110 kV系统西母线，龙3#主变电源引自九龙变电站110 kV系统东母线，根据负荷情况龙2#主变电源可引自九龙变电站110 kV系统东母线或西母线，不论何种运行方式，九龙变电站35 kV系统始终有2台主变电源引自同一母线，造成部分6 kV配电室电源明为双电源实为单电源，无法满足用电负荷等级的要求。

(5)目前九龙变电站35 kV系统为中性点不接地系统，九龙变电站35 kV系统出线电缆长度约20 km，当发生单相接地故障时，非故障相电压对地升高30.5倍，对地电容电流较大，电弧不易熄灭，会形成稳定或间歇性的电弧，易导致烧坏设备或两相、三相短路情况发生。

(6)供电系统无保安电源，无法保证事故状态下的可靠供电，给生产装置的安全停车、事故及时处理、防止事故扩大化等埋下了隐患。

3 改造建议

结合安化公司所在化工园区的现状，本着可靠性、可操作性的原则，笔者提出以下改造建议。

(1)随着安化公司所在化工园区原料路线的升级改造，将化肥厂变电站降级为区域变电站，将九龙110 kV变电站改造为总降压站，将Ⅰ化龙2、Ⅱ化龙2线路间隔改为Ⅰ茶化2、Ⅱ茶化2线路间隔，110 kV东母线和西母线各增加1套110 kV GIS间隔，作为原料气改造项目110 kV/10 kV变压器间隔，将现Ⅰ化龙、Ⅱ化龙110 kV系统电缆作为110 kV/10 kV变压器电源线路，将110 kV/10 kV变压器安装在总降压站院内，随原料气改造项目同步实施。

(2)建议自保险粉装置东侧17#杆将Ⅰ茶化、Ⅱ茶化分成两路，其中，Ⅰ茶化沿原路线引至九龙变电站，Ⅱ茶化自17#杆向南延伸经保险粉装置南侧引至九龙变电站。

(3)建议增设第4台电压等级110 kV/35 kV、容量31.5 MVA的变压器，将35 kV系统分成两个独立系统，每个系统分段运行：① 将4台变压器两两分组，以有效解决九龙变电站35 kV系统因三段母线配置造成部分6 kV配电室电源明为双电源实为单电源的问题，以满足用电负荷等级的要求；② 将现有35 kV用电设备按4段母线供电进行重新分配，以解决供电系统中发电负荷较低或无发电负荷时单台变压器容量不能满足所带负荷要求而被迫合环运行的隐患。

(4)建议九龙变电站35 kV系统每段分别采用消弧线圈接地方式，以有效减少35 kV供电系统发生单相接地故障时由于不能熄灭电弧所导致的系统谐振概率，进而避免诱发设备烧坏或两相、三相短路情况的发生；另外，新增1套专用新型小电流选线装置，以便及时查找确认出故障线路，提前停运检修，防止事故扩大化。

4 改造方案及优缺点分析

4.1 改造方案

4.1.1 110 kV系统的进线路径

自保险粉装置东侧17#杆将Ⅰ茶化、Ⅱ茶化分成两路：Ⅰ茶化沿原路线引至九龙变电站；由于通道限制，Ⅱ茶化自17#杆采用架空线路向西南延伸至无架空线路通道处，新建一基钢管塔，转110 kV单芯电缆，沿保险粉装置南侧新增电缆桥架引至九龙变电站。

4.1.2 110 kV系统的间隔

九龙变电站110 kV GIS高压室有9个间隔，Ⅰ化龙2、Ⅱ化龙2线路间隔改为Ⅰ茶化2、Ⅱ茶化2线路间隔；110 kV系统西母线没有备用间隔，东母线有1个备用间隔，将其用于35 kV系统新增第4台变压器(电压等级110 kV/35 kV，容量31.5 MVA)；110 kV东母线和西母线各增加1台110 kV GIS间隔，作为原料气改造项目110 kV/10 kV系统1#变、2#变间隔(变压器安装在总降压站院内，暂沿用化1#、化2#名称)，现Ⅰ化龙、Ⅱ化龙110 kV电缆作为110 kV/10 kV变压器电源线路；化1#、龙1#、龙2#主变由110 kV系统西母线供电，化2#、龙3#、新增主变由110 kV系统东母线供电。

4.1.3 新增变压器的安装位置

4.1.3.1方案一

新增第4台变压器(电压等级110 kV/35 kV，容量31.5 MVA)安装在乙二醇装置1#变西侧(乙二醇装置1#变围栏距离6号路东侧路基22 m)，新增变压器低压侧采用铜管母线方式接至九龙变电站35 kV高压室。

优点：新增第4台变压器(电压等级110 kV/35 kV，容量31.5 MVA)安装在乙二醇装置1#变西侧，可以利用现有电缆隧道进行110 kV电缆布线，并在其北侧开设一大门作为消防专用，将6号路作为新增第4台变压器的检修和消防通道，投资相对较少。

缺点：原有事故油池需要北移，会增加一定的土建施工费用。

4.1.3.2方案二

新增第4台变压器(电压等级110 kV/35 kV，容量31.5 MVA)安装在PSA高压室西侧(PSA高压室西侧墙体距离6号路东侧路基20 m)，新增变压器低压侧采用铜管母线方式接至九龙变电站35 kV高压室。

优点：原有事故油池位置无需作调整，可以直接借用(容量需要设计院重新核算)，不用开设消防大门，6号路即可作为新增第4台变压器的检修和消防通道。

缺点：110 kV电缆隧道需要向北延伸，相较于方案一，方案二的投资有所增加。

4.1.4 九龙变电站35 kV高压室四段母线配置

35 kV高压室南北两排高压柜位置均按照能够安装16台高压柜设计，现北侧布置有35 kV系统Ⅲ段和Ⅰ段、Ⅱ段新增高压柜；新增第4台变压器(电压等级110 kV/35 kV，容量31.5 MVA)后，将现有35 kV系统三段配置变更为四段配置，南侧布置35 kV系统Ⅲ段和Ⅳ段高压柜，北侧布置35 kV系统Ⅰ段、Ⅱ段高压柜，将35 kV系统分成两个独立系统，两个独立系统间设置母联，以备应急使用。

4.1.5 35 kV系统中性点接地方式

35 kV系统中35 kV/6 kV变压器均为YN，d11变压器，消弧线圈可接于YN，d11接线的变压器中性点上，需与设计单位交流沟通确定消弧线圈的安装容量、规格及安装位置。

4.1.6 110 kV电缆隧道技改

针对110 kV电缆隧道敷设多规格电缆且35 kV电缆中间头较多的情况，建议采取以下方案进行改进：① 加装电缆隧道自动防火门，自动防火门耐火极限符合要求，自动防火门与火灾报警系统、视频监控系统等联动；② 电缆中间头加装防爆保护壳，以有效预防中间接头爆炸，避免电气火灾；③ 电缆隧道内采用悬挂式干粉自动灭火装置；④ 增设电缆无线测温系统，以便对电缆隧道所有电缆中间头温度进行实时在线监测；⑤ 增设视频监控系统，以便对电缆隧道内的现场防护目标进行准确、实时监控。

4.2 改造方案的优缺点分析

4.2.1 优 点

(1)将九龙变电站110 kV供电系统改造为园区110 kV总变电站，预计投资1 200万元左右，改造投资在可接受范围以内。

(2)九龙35 kV系统分四段分列运行后，龙1#、新增主变电源引自九龙变电站110 kV系统西母线，龙2#、龙3#主变电源引自九龙变电站110 kV系统东母线，部分6 kV配电室电源明为双电源实为单电源的情况将不复存在。

(3)九龙变电站35 kV系统改为中性点经消弧线圈接地后，单相接地异常过电压抑制在2.8倍相电压以下，当发生单相接地故障后能够迅速补偿电感电流，防止接地电流达到一定程度不能熄灭而形成稳定或间歇性的电弧，从而可减小烧坏设备或引起两相、三相短路情况发生的概率。

(4)电缆隧道采取有针对性的技改措施，施工范围不大，施工周期也不长，但能使防护效果最大化。

4.2.2 缺 点

(1)九龙变电站空间狭小，无升级扩建空间，九龙变电站110 kV GIS高压室东母线、西母线各新增1套110 kV GIS间隔，需对110 kV GIS高压室进行扩建，扩建后其距离龙1#主变较近，导致龙1#主变西侧没有检修通道和消防通道，但也有解决办法，那就是可以利用龙1#主变东侧和南侧的检修通道和消防通道。

(2)九龙变电站处于装置区内部，不利于化工园区后期项目建设总体规划布局。

5 结束语

化工企业生产装置具有高温、高压、易燃、易爆等特点，而化工装置长周期、连续运行是其最基本的安全标准化要求，电力系统作为化工装置的动力系统之一，保障其安全、稳定运行尤为重要。针对安化公司所在化工园区供电系统存在的问题，笔者提出了一些改造建议，希望能为安化公司供电系统的优化改造提供一点参考，为有类似问题的化工企业供电系统的优化改进提供一些借鉴。当然了，实际改造时，还应将企业供配电的特点和各种安全、节能因素及关联事宜统统考虑在内，以使企业供电系统的运行更加安全、稳定、优质。