張洪福

(中國化學工程第十一建設(shè)有限公司，河南 開封 475002)

隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們越來越重視工業(yè)企業(yè)的智能化進程。其中，化工企業(yè)與國民經(jīng)濟和社會發(fā)展息息相關(guān)，化工企業(yè)的發(fā)展會更好地促進國家發(fā)展。為了推動化工產(chǎn)品發(fā)展，人們首先需要確?；て髽I(yè)安全穩(wěn)定地運行，而這一前提是安全可靠的能源供應與分配，以確保企業(yè)生產(chǎn)所必須的能源需求得到滿足。這是近年來化工和配電系統(tǒng)工作人員所需要迫切解決的主要問題之一，因此對其進行研究具有重要的現(xiàn)實意義。

1 化工企業(yè)供配電特點

1.1 對供電可靠性要求高

化工企業(yè)的設(shè)備需要保持長時間連續(xù)運行，這對電源可靠性有非常高的要求，一般而言，化工企業(yè)通常每天24 h都處于運營狀態(tài)，在這一過程中除設(shè)備維護外，大多數(shù)情況下生產(chǎn)設(shè)備會保持全天運行，而一旦出現(xiàn)幾次電網(wǎng)故障就會導致生產(chǎn)設(shè)備的大規(guī)模停機，造成大量經(jīng)濟損失的同時，嚴重情況下可能會導致災難性事故。因此，化工企業(yè)和工作人員需要從供配電系統(tǒng)(電源、總線、線路、變壓器、開關(guān))的角度出發(fā)，定期對企業(yè)的供配電系統(tǒng)進行全面維護，在確保安全供電的同時為化工企業(yè)的持續(xù)運營奠定良好基礎(chǔ)。

1.2 負荷相對平穩(wěn)

在20世紀90年代初，我國的化工企業(yè)的工藝技術(shù)存在有很大的不足，這使得化工企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品規(guī)模單一且產(chǎn)量有限，在這一生產(chǎn)力限制下，化工企業(yè)的用電設(shè)備數(shù)量較少且總負荷較低，工程的供配電結(jié)構(gòu)簡單。隨著國內(nèi)化工技術(shù)的進步，在2000年左右化工企業(yè)的生產(chǎn)工藝開始朝著復雜化方向發(fā)展，生產(chǎn)集中能力增強，與之相對的企業(yè)規(guī)模也不斷擴大。因此，化工廠的輸入功率從原來的35 kV和10 kV增加到110 kV和220 kV，這對負載穩(wěn)定性提出了更高的要求。

在化工企業(yè)的生產(chǎn)過程中，由于電力系統(tǒng)需要適當?shù)匮a償功率因數(shù)，以免由于功率因數(shù)不足而加大化工企業(yè)用電負擔，并使供配電系統(tǒng)無法正常運行。與其他大型行業(yè)相比，化工企業(yè)的供配電系統(tǒng)在運行過程中是穩(wěn)定的，這表現(xiàn)在其日負荷曲線僅略有變化上。

1.3 裝置生產(chǎn)能力不斷擴容

石油化工企業(yè)的主要特征之一是隨著其用電規(guī)模的不斷擴大，生產(chǎn)過程中的電力負荷也隨之增加。考慮到在化工企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，添加新設(shè)備或翻新舊設(shè)備是非常普遍的情況，因此企業(yè)在計劃電力能源供應和分配系統(tǒng)時，必須考慮到未來的業(yè)務發(fā)展和企業(yè)規(guī)模擴大，以便留有未來的發(fā)展空間。否則，由于配電系統(tǒng)的負荷無法滿足生產(chǎn)設(shè)備要求，則會將阻礙企業(yè)未來的運營和發(fā)展。

2 化工企業(yè)對供電電源的要求

2.1 簡潔快速

化工企業(yè)的耗電量往往很高，因此必須存在兩個或更多獨立電源才能滿足用電要求，這使得通常情況下工廠的總功率消耗超過了60 MW。技術(shù)人員在組件的選擇應符合最新的設(shè)計規(guī)范，并嘗試使用具有良好性能和高可靠性的成熟產(chǎn)品。例如，使用具有強大滅弧能力的斷路器，壓縮空氣斷路器等來代替油斷路器保護等，在此基礎(chǔ)上根據(jù)環(huán)境選擇合適的電氣設(shè)備。對于在爆炸性氣體環(huán)境中以及工業(yè)上通常具有易燃或爆炸性粉塵的環(huán)境中運行的電氣設(shè)備，企業(yè)應合理選擇防爆電氣設(shè)備，確保相應的設(shè)計規(guī)范適用于防爆電氣結(jié)構(gòu)，也可以選擇相關(guān)的防爆電氣產(chǎn)品。

2.2 運行有效

在化工行業(yè)供的配電系統(tǒng)中，異步電動機通常被用作動力載體，這就是為什么工作人員在系統(tǒng)設(shè)計過程中經(jīng)常考慮異步電動機的功率因數(shù)，以及功率補償相關(guān)的技術(shù)問題，這是因為在進行功率補償時供配電系統(tǒng)必須確保變電站主負荷的穩(wěn)定性，并在幾個區(qū)域的配電變電站中安裝適當?shù)墓β室驍?shù)校正設(shè)備?？紤]到這種處理防守可確保充電過程的穩(wěn)定性，因此在通常情況下，大型化學企業(yè)會設(shè)計自己專用的火力發(fā)電廠，以確保產(chǎn)品生產(chǎn)效率并避免大規(guī)模停工問題出現(xiàn)。

2.3 供電安全

工作人員在系統(tǒng)設(shè)計過程中，必須注意到電力分配過程中的安全性和可靠性。如果工作人員能夠確保配電工作效率，則提高了化工生產(chǎn)安全性，并且還確保了電力負載平穩(wěn)運行。而如果企業(yè)的內(nèi)部電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則將不可避免地導致工廠完全關(guān)閉，并會造成嚴重損失。此外，在化學企業(yè)的生產(chǎn)過程中通常配備有火力發(fā)電廠，其供電范圍與發(fā)電應用需求相對應，在最大程度上確保了化工企業(yè)的供電安全。

3 化工企業(yè)常見供配電方式

3.1 主變電所直配供電方式

在化工企業(yè)中，主變電所直配供電方式通常被認為是主要的供電防守，這一接線方法主要基于雙母線和帶旁路母線的簡單母線。在一些化工企業(yè)中往往配置有幾個主要的變電站，這些變電站通常設(shè)置在企業(yè)外部以簡化電源配置。因此，企業(yè)必須使用電源線為生產(chǎn)單元的變電站供電，在這一過程中企業(yè)選擇的電源分配方法必須結(jié)合企業(yè)的實際地理環(huán)境和負載值情況，而從主變電站母線到每個設(shè)備的變電站的徑向形成了主變電站的直接配電模式。這種供電方法的優(yōu)點是設(shè)備集中且易于管理，適合企業(yè)進行管理和保護業(yè)務，同時對勞動力需求也較低，可以有效節(jié)省人力資本。但是，主變電所直配供電方式的缺點是配電損耗非常大且主站電路太多，另外由于從主站分配了多條電纜，因此電源電纜基本上沿著系統(tǒng)管道機架進行鋪設(shè)，因此會導致配電系統(tǒng)末端的電壓波動太大，會嚴重阻礙企業(yè)末端某些電源系統(tǒng)的正常運行。

3.2 多區(qū)域配電所供配電方式

通常來說多區(qū)域配電所供配電方式是指企業(yè)變電站通過電壓提供多區(qū)域配電的模式，這一方式多用于區(qū)域內(nèi)的配電。在化工企業(yè)中電力負荷的地理位置相對集中，而區(qū)域配電方式將通過區(qū)域配電工廠對每個變電站進行供配電，以確保企業(yè)的正常運行。這種配電方式的優(yōu)點是減少了要傳送的電路數(shù)量，并且可以集中管理設(shè)備，這為電纜設(shè)計和將來的電路擴展帶來了巨大好處且降低了電纜投資成本。

4 化工企業(yè)供配電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計要點

4.1 計算負荷

化工公司在工藝生產(chǎn)中具有很強的連續(xù)性，因此如果突然停止生產(chǎn)，經(jīng)濟損失將很大。根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(GB50052)和《石化公司生產(chǎn)廠用電力設(shè)計技術(shù)規(guī)范》(SH3038)，大中型化學產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中預備電源處于待機模式，如果電源不完全切斷，預備電源則仍然可以滿足其他電源要求。除了整個生產(chǎn)工廠的要求外，員工還必須了解短路電流的計算，以便選擇最合適的電氣設(shè)備來檢查電源系統(tǒng)的運行效率，然后才能計算出運行情況和繼電保護裝置的效率。應當指出的是，電源和配電系統(tǒng)的短路電流計算必須非常準確，并且必須結(jié)合系統(tǒng)提供的短路數(shù)據(jù)和參數(shù)進行計算，可以在每個點提供三相短路電流解決方案。

4.2 確定化工企業(yè)供配電電壓等級

工作人員在確定化工企業(yè)供配電電壓等級時需要考慮化工企業(yè)負載增加情況，并比較高壓和中壓配電網(wǎng)的故障解決方案，同時還必須努力緩解技術(shù)壓力并簡化技術(shù)應用條件，才能夠選擇出具有最佳質(zhì)量和適用性的方案。

4.3 選用適宜的高低壓電氣設(shè)備

在化工企業(yè)的生產(chǎn)過程中，絕緣子、避雷針、斷路器等設(shè)備都將直接影響到變電站的內(nèi)部可靠性。這就要求技術(shù)人員結(jié)合實際需求進行選擇工作，并使用精確的測試來闡明設(shè)計基本要求，并參考設(shè)備材料表和整個變電站設(shè)計主圖。例如，在設(shè)計過程中考慮到大型化工公司生產(chǎn)的大量異步電動機，變電站母線的短路容量和變壓器容量不應太大，否則無法選擇電氣設(shè)備，在低于此值時6 kV系統(tǒng)應將變壓器容量調(diào)節(jié)至31 500 kVA，10 kV系統(tǒng)應將變壓器容量調(diào)節(jié)至500 000 kVA，而母線則可以分段以減小變壓器各部分的短路容量。例如，雙電源用于單模式電源和配電，控制變壓器具有相同的容量，低壓側(cè)通過母線和斷路器形成環(huán)形布線，以提高靈活性和可靠性。

4.4 對功率因數(shù)進行補償

工作人員在根據(jù)《國家供電和電力條例》中的規(guī)定設(shè)計供配電系統(tǒng)時，首先需要確保用電者的功率因數(shù)≥0.9。在這一過程中如果化工企業(yè)使用的驅(qū)動設(shè)備具有大型同步電動機，則設(shè)計人員必須在此過程中使用固定形式的勵磁電流提供無功功率，以優(yōu)化功率因數(shù)并確保電源和配電系統(tǒng)正常運作，只有這樣設(shè)計方案才具有較強的可行性和科學性。

4.5 做好防雷接地措施

工作人員在設(shè)計化工企業(yè)的電源和配電系統(tǒng)時，還應考慮使用防雷設(shè)備。此外，工作人員應嚴格執(zhí)行化學企業(yè)的防雷接地要求，并根據(jù)生產(chǎn)工藝和管道要求來制造防靜電接地設(shè)備。此外，工作人員還需要確保防雷接地體與接地保護及工作設(shè)備連接，該接地網(wǎng)絡(luò)連接到整個工廠的接地網(wǎng)絡(luò)，并且符合《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》(GB50057-2010)的要求，就能夠達到較為良好的防雷接地效果。

5 結(jié)語

在化工企業(yè)的生產(chǎn)過程中配電系統(tǒng)的運行是不可或缺的，考慮到大型化工企業(yè)的運作時間相對較長，因此必須要確保配電的穩(wěn)定與安全，并在絕大多數(shù)情況下會保持供電系統(tǒng)的有效運行。此外，化工企業(yè)供配電系統(tǒng)設(shè)計還需要對企業(yè)未來發(fā)展保留一定的配電調(diào)整空間，只有這樣才能夠為企業(yè)將來實施設(shè)備轉(zhuǎn)換和生產(chǎn)規(guī)模擴大奠定技術(shù)基礎(chǔ)。