孟曙光，董云梅

(山東濱化集團(tuán)股份有限公司，山東 濱州 256619)

隨著氯堿行業(yè)的迅速發(fā)展，企業(yè)的規(guī)模日益擴(kuò)大，特別是新建企業(yè)，離子膜法燒堿由最初的企業(yè)生產(chǎn)能力2萬t/a發(fā)展到幾十萬t/a甚至上百萬t/a，相應(yīng)的下游產(chǎn)品鏈亦不斷延伸，而使企業(yè)的供配電系統(tǒng)日益龐大,迫切要求提高供配電系統(tǒng)可靠穩(wěn)定性。結(jié)合山東濱化集團(tuán)股份有限公司(以下簡稱“山東濱化”)25萬t/a燒堿裝置及其配套產(chǎn)品的項(xiàng)目設(shè)計(jì)及建設(shè)，簡述山東濱化配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。

1 供配電系統(tǒng)的組成

山東濱化新上25萬t/a離子膜裝置及配套產(chǎn)品裝置共7套，總用電負(fù)荷為90 MW。采用110 kV/35 kV，一路為動(dòng)力負(fù)荷引至山東濱化變電站，另一路為整流負(fù)荷直接引入整流配電；動(dòng)力負(fù)荷經(jīng)兩臺(tái)主變35 kV/10 kV 供各套裝置10 kV配電系統(tǒng)。10 kV系統(tǒng)、0.4 kV系統(tǒng)均采用雙回路供電，一回路失電自動(dòng)切換另一回路供電；35 kV線路各引一備用線路至整流配電與變電站。這種供電方式的優(yōu)點(diǎn)保證了各裝置的可靠供電，同時(shí)在任何一級系統(tǒng)出現(xiàn)比較大的故障時(shí)可迅速恢復(fù)生產(chǎn)，避免大宗原料的浪費(fèi)。配電網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

2 繼電保護(hù)定值的整定

企業(yè)供電系統(tǒng)的特點(diǎn)為：負(fù)荷集中，線路短，上下級阻抗差值小，在進(jìn)行短路電流計(jì)算時(shí)上下級短路電流差值較小，保護(hù)定值不宜整定。這種特點(diǎn)按常規(guī)的定值設(shè)定時(shí)在線路終端短路時(shí)極有可能造成越級跳閘，而導(dǎo)致多套裝置停車。根據(jù)繼電保護(hù)的設(shè)定要求——選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性，對于4者不可能全部做到，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的容量、設(shè)備的選型、線纜的選型及易發(fā)故障點(diǎn)綜合考慮決定主次之分。

2.1 采用的保護(hù)方式

(1)35 kV進(jìn)線采用的保護(hù)方式為：復(fù)合電壓啟動(dòng)的速斷保護(hù)、過流保護(hù)(0.3 s)；供電部門的出線斷路器的保護(hù)方式為：速斷、過流、零序保護(hù)。

(2)35 kV變壓器采用的保護(hù)方式為：差動(dòng)保護(hù)、速斷保護(hù)、過流保護(hù)(0.5 s)。

(3)10 kV出線保護(hù)為：過流保護(hù)(0.3 s)。

圖1 配電系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)圖

Fig.1 Design diagram of power distribution system

(4)各裝置10 kV進(jìn)線保護(hù)：復(fù)合電壓啟動(dòng)的速斷保護(hù)，過流保護(hù)。

(5)10 kV變壓器(干式變壓器)：過溫報(bào)警、高溫報(bào)警(非跳閘)、過流、速斷、失流失壓保護(hù)(為避免晃電的影響，電流降到額定電流的10%、電壓降到0.7Ue時(shí)，延時(shí)2 s跳閘)。

(6)10 kV高壓電動(dòng)機(jī)：過流、速斷、失流失壓保護(hù)(為避免晃電影響，當(dāng)電流降到額定電流的10%、電壓降到0.7Ue時(shí)，延時(shí)2 s跳閘)。

(7)備自投開關(guān)的邏輯設(shè)定：聯(lián)絡(luò)開關(guān)判斷Ⅰ、Ⅱ段電壓及1#、2#進(jìn)線開關(guān)的狀態(tài)；若Ⅰ段失壓、Ⅱ段有壓，1#、2#開關(guān)在閉合位置(由此判斷為上級跳閘，本段無故障信息無保護(hù)動(dòng)作)，跳1#進(jìn)線，1 s后合聯(lián)絡(luò)開關(guān)(變電站10 kV聯(lián)絡(luò)開關(guān)為1 s、各裝置區(qū)10 kV聯(lián)絡(luò)開關(guān)為2 s)。聯(lián)絡(luò)開關(guān)不設(shè)任何保護(hù)。

2.2 保護(hù)效果

(1)供電部門的出線斷路器采用零序保護(hù)，防止了由于電纜故障引發(fā)火災(zāi)時(shí)對相鄰電纜的損壞。

(2)10 kV、35 kV進(jìn)線保護(hù)采用了復(fù)合電壓啟動(dòng)的速斷保護(hù)與過流保護(hù)。用失壓判斷柜內(nèi)母排短路加短路電流的保護(hù)方式減少了下級故障引起越級跳閘的可能，用過流保護(hù)延時(shí)0.3 s作為本級及下一級的速斷后備保護(hù)。

(3)10 kV出線保護(hù)僅采用了過流保護(hù)，由于10 kV出線電纜采用的是YJLV-26/35 kV-1×300 mm2，電壓等級為35 kV，基本排除了由于電纜故障引發(fā)的線路短路，即使線路短路延時(shí)0.3 s跳閘，對于線纜的熱穩(wěn)定性亦能滿足要求；該保護(hù)只是作為下一級的后備保護(hù)。

(4)10 kV變壓器保護(hù)裝置的負(fù)荷比較穩(wěn)定，在設(shè)備選型時(shí)按60%變壓器的容量選型，不可能造成過負(fù)荷，也不可能由于過負(fù)荷引起溫度超高；取消了超高溫跳閘信號改為報(bào)警信號，若因變壓器故障引發(fā)的超高溫會(huì)使速斷或過負(fù)荷動(dòng)作；失壓保護(hù)采用了失流失壓保護(hù)，主要是避免電網(wǎng)“晃電”的影響，在電網(wǎng)晃電期間不讓變壓器跳閘，只有當(dāng)上級跳閘完全失電才導(dǎo)致失壓跳閘；也是抗“晃電”的設(shè)計(jì)。

(5)10 kV高壓電動(dòng)機(jī)的保護(hù)：電動(dòng)機(jī)線圈的溫度引入DCS進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)測電動(dòng)機(jī)繞組溫度，對于過溫的保護(hù)信號也同樣去除；在失壓保護(hù)的設(shè)置上同樣采用變壓器失流、失壓保護(hù)。主要是考慮離子膜系統(tǒng)透平機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)直接參與工藝連鎖，停運(yùn)可導(dǎo)致全廠停車，影響非常大。

(6)備自投的邏輯設(shè)計(jì)主要保證上級跳閘時(shí)才斷開進(jìn)線開關(guān)，閉合聯(lián)絡(luò)開關(guān)，防止電源的返送，同時(shí)上下級投入的級差為1 s。

3 設(shè)備選型及采取的措施

(1)針對35 kV電纜易發(fā)故障采取以下措施：在35 kV供電系統(tǒng)備用一路電纜作為冷備用，電纜發(fā)生故障時(shí)可迅速切換至備用電纜供電。

(2)整流供電電纜受過電壓的概率很高，如操作過電壓、大氣過電壓、晶閘管的換相過電壓、過長線路容易在屏蔽層形成環(huán)流產(chǎn)生較高的電壓(單芯電纜不允許兩段同時(shí)接地)等的應(yīng)對措施：①35 kV線路及所有自變電站10 kV出線回路均選用YJLV-26/35 kV-1×300 mm2，動(dòng)力線路長度為400 m，整流線路長度為900 m，載流量按1 A/mm2設(shè)計(jì)，電纜的載流量余量大，降低電纜運(yùn)行溫升，同時(shí)滿足短路時(shí)的熱穩(wěn)定要求。②在線路終端采用加裝電纜護(hù)層保護(hù)箱，當(dāng)屏蔽層對地電壓超過3 kV保護(hù)器動(dòng)作，保護(hù)電纜護(hù)層不受擊穿破損。③電纜橋架選用鍍鋅橋架，每一節(jié)橋架可靠連接并接地。④35 kV出線回路采用零序電流接地跳閘保護(hù)。⑤電纜終端采用3 M產(chǎn)品(應(yīng)力管在電纜終端頭中起著至關(guān)重要的作用，電纜頭的著火多在應(yīng)力管部位發(fā)生故障，其中有制作方面的原因也有材料方面的原因，國內(nèi)的應(yīng)力管多因介電常數(shù)及體積電阻率在制作時(shí)存在偏差不能使電場分布均勻而導(dǎo)致?lián)舸?，山東濱化電纜終端均有3 M廠家現(xiàn)場制作。⑥變電站10 kV系統(tǒng)采用小電流選線及消弧消湝裝置，可準(zhǔn)確快速判斷接地故障。⑦0.4 kV低壓總盤出線開關(guān)開斷能力按1.8倍低壓側(cè)母線短路設(shè)計(jì)選型。⑧10 kV及0.4 kV柜內(nèi)母排全部套10 kV熱縮套管，其中10 kV為雙層熱縮套管。

(3)電氣設(shè)備能否可靠運(yùn)行主要取決于本身的絕緣性能，而造成設(shè)備絕緣降低的因素如下：①設(shè)備過負(fù)荷或線纜載流量較高造成過溫，長期過溫導(dǎo)致絕緣破壞或壽命達(dá)不到設(shè)計(jì)使用壽命。②設(shè)備本身的絕緣材質(zhì)，通常設(shè)備制造時(shí)本身的材質(zhì)不好改變，可通過加強(qiáng)外絕緣，如：10 kV柜內(nèi)母排，在滿足相間距離的同時(shí)采用雙熱縮套管絕緣，避免過電壓造成的相間及相對地的拉弧放電。③材料的選擇上在價(jià)格相差不大的情況下采用高一電壓等級的材質(zhì)，對保證供電的可靠性起到了很大積極作用。如：10 kV電源出線采用35 kV電壓等級的電纜同時(shí)載流量按1 A/mm2選型，變壓器的低壓出線(0.4 kV)絕緣子均采用10 kV電壓等級。④山東濱化的項(xiàng)目建設(shè)期在2008年前后，正是材料價(jià)格高峰期，經(jīng)過慎重考慮在35 mm2及以上電纜(除1級防爆區(qū))均采用鋁電纜，采取了以鋁代銅的選型，在電纜終端的密封上采取了一些措施防止接線端子的氧化。電纜的費(fèi)用為該項(xiàng)目節(jié)省資金約6 000萬元(當(dāng)時(shí)相同截面積的銅電纜約為鋁電纜價(jià)格的6倍)。

4 防晃電的設(shè)計(jì)

電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，由于雷擊、對地短路、故障重合閘、備自投、企業(yè)外部、內(nèi)部的電網(wǎng)故障、大型設(shè)備起動(dòng)等原因造成電網(wǎng)故障、造成電壓瞬間較大幅度波動(dòng)或者短時(shí)斷電又恢復(fù)的現(xiàn)象稱為“晃電”，晃電時(shí)間約在0.3 s內(nèi)消除。高壓的防晃電設(shè)計(jì)已在前面敘述，下面主要介紹山東濱化的低壓方面的防晃電設(shè)計(jì)。

4.1 變頻器的防晃電設(shè)計(jì)措施

山東濱化采用的變頻器大多數(shù)為流量控制，無重載啟動(dòng)負(fù)荷，根據(jù)ABB變頻器(ACS550)介紹如下。

(1)對變頻器group31 自動(dòng)復(fù)位功能進(jìn)行如下設(shè)置:參數(shù)3101 復(fù)位次數(shù) 3次，復(fù)位時(shí)間為 3 s；參數(shù)3103 延時(shí)時(shí)間1 s；參數(shù)3106 欠壓復(fù)位 1(允許自動(dòng)復(fù)位)；參數(shù)3108外部故障復(fù)位 1(允許自動(dòng)復(fù)位)。

(2)對變頻器的外圍控制的設(shè)計(jì)：根據(jù)工藝要求變頻器需要在現(xiàn)場進(jìn)行啟停，需要自保持的接觸器或控制繼電器對變頻器起停進(jìn)行控制，接觸器或中間繼電器選用帶阻尼延時(shí)的輔助觸電，延時(shí)時(shí)間0.5 s。

4.2 低壓控制回路的設(shè)計(jì)

根據(jù)工藝要求對于重要設(shè)備設(shè)計(jì)防晃電功能。在設(shè)計(jì)時(shí)盡量減少外圍控制元件的數(shù)量，提高自身運(yùn)行的可靠性，防止外圍元器件故障導(dǎo)致的停車。

該設(shè)備的特點(diǎn)為：

(1)啟動(dòng)次數(shù)較少，在開車時(shí)進(jìn)行主備切換或?yàn)閱螜C(jī)運(yùn)行。

(2)在設(shè)計(jì)時(shí)選用了NS250HSTR22ME220 3PFFC+MCHMN (75 W電動(dòng)機(jī))。

該產(chǎn)品的特點(diǎn)是：帶電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)可遠(yuǎn)程控制；帶MN延時(shí)失壓模塊，延時(shí)時(shí)間約0.2 s。該空氣開關(guān)帶電動(dòng)機(jī)保護(hù)模塊，控制回路與主回路非常簡單，無須單獨(dú)設(shè)接觸器與熱保護(hù)。該產(chǎn)品有效消除了晃電的影響。

晃電時(shí)間雖短，但對連續(xù)生產(chǎn)中要求大量設(shè)備在工藝流程上不允許電動(dòng)機(jī)跳閘停機(jī)的企業(yè)是災(zāi)難性的，特別是化工行業(yè)，輕者幾十萬元、上千萬元經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重的還會(huì)發(fā)生火災(zāi)、爆炸乃至人身安全，對企業(yè)來講真是災(zāi)難的幾秒鐘，在控制回路設(shè)計(jì)時(shí)必須引起足夠的重視。