趙瑞萍
航天長征化學(xué)工程股份有限公司蘭州分公司 蘭州 730050
當(dāng)前,我國各大中小型化工裝置供電系統(tǒng)的電壓等級普遍為10kV和380V,有少數(shù)老廠改擴建裝置依然采用6kV和380V的電壓等級。一般是從地區(qū)電力網(wǎng)接受35kV或110kV的高壓電能,架空線或電纜引至廠區(qū)內(nèi)總降變電所,經(jīng)降壓降為6kV或10kV,再由電纜送至各區(qū)域變電所。各區(qū)域變電所根據(jù)用電設(shè)備的不同來確定電壓等級。
隨著化工裝置規(guī)模的大型化、自動化,各種用電設(shè)備不斷增多,單機容量相應(yīng)增大。由于化工裝置區(qū)大多屬于防爆區(qū),各變電所設(shè)在非防爆區(qū),而各用電設(shè)備大多分布在防爆場所,供電線路長且分散,線路損耗較大。大型低壓電動機啟動時,啟動電流大,線路上的壓降與損耗更大,特別是電動機群啟動時,啟動電流更大,勢必影響電動機正常啟動,使電動機容易損壞。
化工裝置是連續(xù)性很強的生產(chǎn)裝置,對供電可靠性要求較高,其負(fù)荷大多屬于二級及二級以上負(fù)荷,這些不利因素,很難保證生產(chǎn)裝置的連續(xù)性,嚴(yán)重時會造成低壓系統(tǒng)癱瘓。要改變這種狀況,從改變電壓等級著手,減小啟動電流和線路損耗是有效的技術(shù)措施之一。
化工廠所用電動機大多采用額定電壓為380V的隔爆型或增安型電動機,660V的電動機同380V一樣都是技術(shù)成熟的產(chǎn)品,多為大型工廠、礦山所采用。4kW及以上容量的電機多為六樁頭接線,將額定電壓為380V“Δ”接線改成“Y”接線后,用于660V系統(tǒng)中,電機使用性能不會發(fā)生任何變化。
對于低壓斷路器來說,目前所用空氣斷路器或塑殼斷路器額定工作電壓可達(dá)690~1000V,回路中所用接觸器、熔斷器、熱繼電器、軟起動器也有相應(yīng)電壓產(chǎn)品。對于微型斷路器,工作電壓大約為230/400V,主要用于照明回路、電加熱器等一些容量較小的配電回路。對這些回路,可另加專用變壓器或采用三繞組變壓器,使之副邊電壓為10000/690/400V。三繞組變壓器可為10kV、0.69kV、0.4kV 三個電壓等級的設(shè)備供電。對這些工作電壓為230V的設(shè)備,采用380V標(biāo)稱電壓系統(tǒng)中的相電壓供電即可。
在380V系統(tǒng)中,低壓電力電纜多選用0.6/1kV級的,控制電纜多選用0.45/0.75kV級的。根據(jù)GB 50217-2007《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》3.3.1和3.3.2條規(guī)定,按照中性點非有效接地系統(tǒng)計算:
Uab=1.732Ua
式中,Uab為線電壓,取660V;Ua為相電壓,660V標(biāo)稱電壓系統(tǒng)中,取380V。
電力電纜采用0.6/1kV級,其相電壓和線電壓均大于系統(tǒng)的相電壓和線電壓。故在660V系統(tǒng)中,傳輸電纜選用0.6/1kV級完全滿足系統(tǒng)要求??刂齐娎|仍選用0.45/0.75kV級的。
電網(wǎng)在運行過程中,每個環(huán)節(jié)都有電能損耗。這些損耗一般可分為兩種:與負(fù)荷功率或電流的平方成正比的可變損耗;與電壓高低有關(guān)的固定損耗。供電電壓的高低直接影響線路上的損耗和變壓器的損耗。
據(jù)有關(guān)資料介紹,如果全國電力部門的平均線損率下降1%,每年就可以節(jié)約3240kW·h。在電能輸送過程中,加強線路損耗管理,采取降損措施,降低線損率是作為用電大戶的化工廠應(yīng)考慮的問題之一。
化工廠低壓配電一般采用電纜沿電纜橋架或電纜溝敷設(shè),對于電纜線路,電能損耗為:
ΔA=3TI2RL×10-3
式中,T為計算線損的時段,h;I為時間T內(nèi)該段線路上的電流,A;R為導(dǎo)線電阻,Ω;L為該段線路的長度,km。
表1為在負(fù)荷相等、距離相等、運行時間相同的情況下,380V和660V電壓等級用電纜溝敷設(shè)供電時的線損計算結(jié)果進(jìn)行比較。
表1 380V和660V電壓等級用電纜溝敷設(shè)供電時的線損比較
注:括號中數(shù)值為0.66kV的電機功率數(shù)據(jù); 供電距離為0.5km。
由表1可見,線路上的電流越大,損耗越大;電流越小,損耗越小。對同容量的用電設(shè)備來說,電壓越大,電流越小,則傳輸電纜的截面就越小,傳輸距離就越長。完全能夠滿足化工廠長距離供電的要求。
根據(jù)《石油化工企業(yè)生產(chǎn)裝置電力設(shè)計技術(shù)規(guī)范》SH 3038-2000 3.4.2條:電動機容量在160kW以上或需要變壓器容量為160kV·A以上者,宜采用中壓供電方式;電動機容量小于160kW或需要變壓器容量小于160kV·A者,宜采用低壓供電。筆者認(rèn)為此時的低壓供電應(yīng)為660V。據(jù)初步計算,額定電壓采用660V比用380V的電動機綜合投資約低25~40%。,有色金屬的消耗量減少5%左右,線路上的損耗減少1/3~1/5,電動機啟動電流明顯減小,特別適合給同時啟動的電動機群供電的變壓器。
對于160kW以上的電動機,按《石油化工企業(yè)生產(chǎn)裝置電力設(shè)計技術(shù)規(guī)范》SH 3038-2000 3.4.2條的規(guī)定,需采用10kV供電,但對于電動機容量在2000kW以下時,采用高壓變頻調(diào)速性價比很低,用戶很難接受。如改用660V變頻器,無論變頻器還是與之配套的電機價格均低很多。 有人認(rèn)為,采用660V變頻器,要增加變壓器,在10kV供電系統(tǒng)內(nèi),要添置10/0.66kV的變壓器,這樣會增加造價。但是這種想法不夠全面,要知道,即使采用10kV級變頻器,為不使變頻器整流時產(chǎn)生的高次諧波串入電網(wǎng),也得添加專用整流變隔離變壓器與之配套,并且隨著電壓等級的提高,電機的絕緣必須提高,變頻器中電力半導(dǎo)體器件的串聯(lián)數(shù)量加大,成本上升。由此可見,對容量在2000kW以下需變頻調(diào)速的電動機,采用660V電壓是有必要的。
由于化工裝置的特殊性,用電設(shè)備的電壓等級也有一定的特殊性,如前所述的照明回路,UPS電源、儀表電源等,必須使用380V或220V電壓。三繞組變壓器在容量確定、分配方面不是很精確,可能會增加損耗。這就需要對用電負(fù)荷進(jìn)行全面的分析了解,進(jìn)行正確的負(fù)荷計算。這都是項目建設(shè)過程中必須要做的事。
在化工廠應(yīng)用660V標(biāo)稱電壓系統(tǒng),主要困難是用戶的習(xí)慣。對采用高一級的配電電壓還有顧慮。總覺得缺少運行經(jīng)驗而不敢貿(mào)然采用。另外,因元器件不像380V那樣的普及,采購有困難,沒有維護(hù)經(jīng)驗,感到管理不便,而放棄采用380/660V的標(biāo)稱電壓系統(tǒng)。
化工廠采用660V電壓系統(tǒng)后,低壓配電網(wǎng)絡(luò)能有效提高經(jīng)濟(jì)供電容量,減小線路導(dǎo)線截面,增加經(jīng)濟(jì)輸送距離,有效減少線損率,為使用更大容量的配電變壓器創(chuàng)造條件,節(jié)能效果明顯。
參 考 文 獻(xiàn)
1 SH 3038-2000,石油化工企業(yè)生產(chǎn)裝置電力設(shè)計技術(shù)規(guī)范[S].
2 GB 50217-2007,電力工程電纜設(shè)計規(guī)范[S].
3 業(yè)與民用配電設(shè)計手冊(第三版)[M].中國電力出版社,2009.