神華榆林公司供電可靠性研究

馬明武

(中國神華煤制油化工有限公司榆林化工分公司，陜西 榆林 719302)

摘要：煤化工企業(yè)興起比較晚，對于供電可靠性的研究也沒有進行專業(yè)論證，煤化工工藝對供電可靠性要求很高，供電突然中斷將會造成數(shù)以億計的損失。在實際生產(chǎn)過程中，由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及處于電網(wǎng)的地理位置不同，外電網(wǎng)供電電源可靠性也不同，相應(yīng)的煤化工企業(yè)接線方式及自動裝置也是不同的，針對電網(wǎng)及自身機組情況，選擇適當(dāng)?shù)慕泳€方式和配置不同的自動裝置非常必要。鑒于此，對神華榆林公司供電可靠性進行分析。

關(guān)鍵詞：煤化工；供電可靠性；接線方式；自動裝置

收稿日期:2015-04-27

作者簡介：馬明武(1965—)，男，陜西神木人，電力工程師，研究方向：發(fā)電廠技術(shù)管理。

1電力系統(tǒng)簡況

中國神華煤制油化工有限公司的甲醇下游加工等項目位于榆林神木縣大保當(dāng)鎮(zhèn)的榆神工業(yè)園區(qū)清水煤化學(xué)工業(yè)園內(nèi)，屬于榆林電網(wǎng)供電范圍內(nèi)。距離該項目最近的變電站有大保當(dāng)330 kV變電站和擬建小阿包110 kV變電站，其次還有錦開、石巖灣和榆樹灣三座110 kV變電站。大保當(dāng)330 kV變電站位于神木縣大保當(dāng)鎮(zhèn)東北方向的小阿包村東北處，距離大保當(dāng)鎮(zhèn)約9 km，在S204省道及神延鐵路的東側(cè)，西距神延鐵路約7 km。地處毛烏素沙漠東部邊緣，已經(jīng)于2011年建成投運。大保當(dāng)330 kV變電站已建設(shè)2×240 MVA主變，遠景預(yù)留3×360 MVA主變的規(guī)模，各通過兩回330 kV出線與榆林變、神木變相連，并預(yù)留4回330 kV出線間隔；110 kV出線遠景規(guī)劃出線18回，已建成11回，即一回至錦開變、兩回至石巖灣變、兩回至榆樹灣變、6回為清水園區(qū)預(yù)留。小阿包110 kV變電站位于大保當(dāng)330 kV變電站東側(cè)約1.5 km處，該變電站建有2×50 MVA主變，其110 kV采用單母線分段接線，有4回出線；35 kV采用單母分段接線，出線10回；10 kV采用單母分段接線，出線6回。

2榆林電網(wǎng)負荷預(yù)測

隨著榆林市經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，榆林電網(wǎng)負荷同時保持較快增長態(tài)勢。2000年最大負荷650 MW，2005年1 374 MW，到2010年為2 412 MW，“十一五”期間年均增長率為11.9%；2000年榆林電網(wǎng)用電量為17.9億kW·h，2005年為69.4億kW·h，2010年為123.6億kW·h，“十一五”期間年均增長率為12.2%?！笆濉逼陂g，榆林將在推進經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)型升級、能化基地建設(shè)、現(xiàn)代特色農(nóng)業(yè)基地建設(shè)、促進城鄉(xiāng)一體化發(fā)展、塞上生態(tài)名市建設(shè)、增強經(jīng)濟發(fā)展活力、建設(shè)西部文化大市、構(gòu)建和諧榆林等8個方面實現(xiàn)新的跨越。到2015年榆林市GDP將達到4 000億元，“十二五”期間年均增長率為21.7%?！笆濉逼陂g，榆林電網(wǎng)負荷增長點將重點圍繞上述“兩區(qū)六園”、能源工業(yè)的建設(shè)。根據(jù)陜西電網(wǎng)“十二五”規(guī)劃的成果，預(yù)測榆林電網(wǎng)2015年最大負荷5 800 MW，“十二五”期間負荷增長率為19.18%。2015年用電量292億kW·h，“十二五”期間負荷增長率為18.76%。電網(wǎng)平衡計劃：電力平衡選取電網(wǎng)負荷最大的冬季進行。備用容量：備用主要有負荷備用、事故備用、檢修備用三部分。總備用按網(wǎng)內(nèi)最高發(fā)電負荷的18%計算。電源裝機按照《陜西電網(wǎng)“十二五”主網(wǎng)架規(guī)劃設(shè)計報告》中的裝機安排。火電電源按投產(chǎn)當(dāng)年參加電力電量平衡考慮。風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)電裝機不參加電力平衡。平衡不考慮寧夏電網(wǎng)、山西電網(wǎng)的供電。由電力平衡可以得出，“十二五”期間，隨著大中型火電機組和熱電聯(lián)產(chǎn)機組的陸續(xù)投運，榆林電網(wǎng)電力基本處于盈余狀態(tài)，盈余電力最大約為1 320 MW，僅在2013年有少量電力缺額。

3大保當(dāng)330 kV變電站負荷預(yù)測和電力平衡

中國神華煤制油化工有限公司的甲醇下游加工項目等3個項目距離最近的供電區(qū)為大保當(dāng)330 kV變電站。該變電所主要為錦界開發(fā)區(qū)和包西電氣化鐵路相關(guān)牽引變供電，同時還將為規(guī)劃中的清水工業(yè)園區(qū)新增負荷供電，新建了石巖灣和小阿包110 kV變電站，預(yù)計2015年大保當(dāng)330 kV供電區(qū)最大負荷約285.4 MW。目前，大保當(dāng)330 kV變電站電源接入點僅有瑤鎮(zhèn)自備電廠，裝機容量37 MW；神華甲醇下游加工等3個項目中擬建設(shè)的2×25 MW機組將隨著項目的建成接入大保當(dāng)供電區(qū)。大保當(dāng)供電區(qū)2015年最大負荷將達到285.4 MW，其供電區(qū)內(nèi)電源有瑤鎮(zhèn)自備電廠37 MW和本項目的50 MW裝機容量，區(qū)內(nèi)電源和大保當(dāng)330 kV變兩臺240 MVA主變形成了較為充足的供電能力，即使一臺主變故障，也能夠滿足區(qū)內(nèi)負荷供電。

4神華甲醇下游加工項目電力平衡和接入方案

神華集團公司榆神工業(yè)區(qū)清水煤化學(xué)工業(yè)園動力供應(yīng)與高純潔凈氣體項目中擬建設(shè)一座動力中心，為整個神華甲醇下游加工等3個項目提供生產(chǎn)用蒸汽，除此之外按以汽定電的原則，生產(chǎn)部分電力供本項目生產(chǎn)裝置使用。動力中心裝機規(guī)模為：4×260 t/h高溫高壓煤粉鍋爐+2×CB25抽汽背壓式汽輪發(fā)電機組。

通過本項目的用電負荷表可知，在正常運行條件下，本項目配置的2×25 MW的抽汽背壓式供熱機組，其所有發(fā)電量都將被本項目裝置用完，除此之外還需系統(tǒng)供給50.8 MW電量。按裝置年運行8 000 h計算，為保證供需平衡，還需從電網(wǎng)購入4.06×108kW·h電量才能滿足生產(chǎn)需要。在兩臺發(fā)電機都退出運行的條件下，本項目的用電需要全部由系統(tǒng)供給，共需10.08 MW電量，按裝置年運行8 000 h計算，為保證供需平衡，還需從電網(wǎng)購入8.06×108kW·h電量才能滿足生產(chǎn)需要。

4.1項目電力接入方案

根據(jù)上述電力負荷預(yù)測及電力平衡分析，為滿足本項目負荷用電，擬建設(shè)一座110 kV總變電所。根據(jù)接入系統(tǒng)報告，經(jīng)綜合分析比較后，新建總變電所的兩路110 kV聯(lián)絡(luò)線接至大保當(dāng)330 kV變電站110 kV母線。本總變電所110 kV母線按雙母線接線方式，35 kV母線按單母線分段接線方式，兩者之間由兩臺主變相連接，主變數(shù)量按一用一備的原則配置；主變?nèi)萘堪磧膳_發(fā)電機均退出運行，且一臺主變因故障退出運行時，另一臺主變?nèi)阅軡M足全廠用電負荷的供給極端工況考慮。根據(jù)用電負荷表，扣除低密度聚乙烯裝置二次壓縮機的用電負荷，全廠還需79.2 MW用電負荷；故本期總變電所內(nèi)裝設(shè)2×90 MVA三繞組變壓器，低壓繞組為平衡繞組，考慮到機組投切會造成電壓波動，主變調(diào)壓方式選用有載調(diào)壓，電壓變比為115±8×1.25%/37/10.5 kV。遠期為后續(xù)負荷發(fā)展預(yù)留兩臺主變位置。總變電所通過110 kV線路與電力系統(tǒng)連接，擬采用線路縱差保護作為主保護，方向距離和零序保護作為后備保護。為滿足電力系統(tǒng)的調(diào)度要求，在總變電所和動力中心內(nèi)分別裝設(shè)一套電氣綜合自動化系統(tǒng)和電氣綜合系統(tǒng)子站，該綜合自動化系統(tǒng)或子站既可作為總變電所或動力中心的監(jiān)控裝置，又可通過光纖或者MODEN作為遠動通道，向上級電力調(diào)度所輸送所要的采集量。遠動通道及調(diào)度所端的設(shè)施由相關(guān)電力局統(tǒng)一考慮。本工程與電力系統(tǒng)的連接：根據(jù)陜西省電力設(shè)計院完成的接入系統(tǒng)設(shè)計，本工程110 kV總變電站以雙回110 kV線路接入大保當(dāng)330 kV變電站110 kV母線，新建110 kV線路2×12 km，大保當(dāng)變需要擴建兩個110 kV出線間隔，線路按兩個單回路架設(shè)。本期動力中心裝機規(guī)模為：4×260 t/h高溫高壓煤粉鍋爐+2×CB25抽汽背壓式汽輪發(fā)電機組。動力中心的兩臺機組以雙回35 kV電纜線路接入神華榆林110 kV總變電站，以兩回35 kV電纜線路2×0.5 km接入總變電站35 kV開關(guān)柜，機組考慮采用兩個單元接線。接線如圖1所示。

圖1　接入電力系統(tǒng)示意圖

4.2無功補償

為了保證供電質(zhì)量，提高用電的功率因數(shù)，變電站應(yīng)該配置無功補償裝置，補償容量應(yīng)使功率因數(shù)滿足國際要求。根據(jù)電氣專業(yè)統(tǒng)一規(guī)定：項目全廠無功補償采取就地集中補償?shù)脑瓌t，在各裝置區(qū)各變配電室內(nèi)就地進行無功補償。380 V系統(tǒng)由380 V電容器在變配電所補償。要求補償后的功率因數(shù)均在0.92以上。10 kV系統(tǒng)功率因數(shù)應(yīng)不小于0.9，否則應(yīng)在各裝置區(qū)35/10 kV變電所設(shè)無功補償裝置。動力中心和總變電所的無功由動力中心的發(fā)電機過勵磁來補償。但是，由于動力中心是以熱定電的原則進行生產(chǎn)安排的，在個別極端工況下，為滿足裝置區(qū)用熱需求，動力中心的兩臺發(fā)電機可能都退出運行，在如此運行工況下，動力中心和總變電所正常運行所需的無功供應(yīng)無法滿足，從而導(dǎo)致總變電所110 kV進線處功率因數(shù)偏低，不能滿足國家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定及當(dāng)?shù)毓╇姽镜囊?。故需要在總變電?5 kV母線處設(shè)置無功補償裝置，容量按動力中心和總變電所主變正常運行所需的無功容量進行補償。

4.3繼電保護及其安全自動裝置

大保當(dāng)330 kV變電站到神華110 kV變電站兩回110 kV線路每回配置一套光纖電流差動保護，階段式距離保護作為后備保護，光纖電流差動保護使用專用的光纖通道，線路采用檢同期重合閘方式，線路兩端配置電壓互感器。神華110 kV變電站配置一套110 kV母線保護，配置一套35 kV分段保護，一套微機故障錄波裝置和一套低周低壓減載裝置。調(diào)度自動化，神華110 kV變電站屬于榆林市供電公司調(diào)度，相關(guān)遠動信息和電能量數(shù)據(jù)上傳榆林調(diào)，其調(diào)度自動化裝置應(yīng)與榆林調(diào)相協(xié)調(diào)，并滿足電網(wǎng)商業(yè)化運營的要求，神華110 kV變電站配置調(diào)度專用數(shù)據(jù)網(wǎng)接入及二次安全防護設(shè)備，不同系統(tǒng)之間、不同分區(qū)設(shè)備之間應(yīng)滿足“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離”的原則。綜合自動化系統(tǒng)可對整個總變電所的主變、110 kV GIS配電裝置、35 kV GIS配電裝置、所用電、直流及UPS系統(tǒng)等進行遙測、遙控、遙信、遙調(diào)、繼電保護等；通過通訊管理機與各裝置區(qū)的35/10 kV變電所及動力中心的電氣綜合自動化系統(tǒng)子站聯(lián)系，與各子站相互配合，完成對整個廠區(qū)電氣系統(tǒng)的控制；上級調(diào)度可通過遠動數(shù)據(jù)處理及通信裝置監(jiān)視總變電所的實時運行參數(shù)；各級領(lǐng)導(dǎo)可即時查看各種報表等。其功能特點可歸結(jié)為簡潔、方便、可靠、靈活，技術(shù)先進?？傋冸娝O(shè)正常照明和事故照明兩種供電網(wǎng)絡(luò)，電壓均為220 V。正常照明和事故照明分開供電，正常照明由動力和照明共用的變壓器供電，事故照明平時由交流電源通過EPS電源供電，當(dāng)交流電失去后，直流電源自動切入，經(jīng)EPS的逆變器供電?？傋冸娝闹饕鋈肟?、通道、樓梯間的事故照明采用應(yīng)急燈。廠區(qū)照明與動力中心廠區(qū)照明統(tǒng)一考慮。在電氣中央控制室裝設(shè)直流常明燈。

5存在的問題

(1) 從大保當(dāng)330 kV變電站到我公司110 kV總變電所采用電力電纜和架空線組成的混合線路，由于電力電纜和架空線的實際長度、電力電纜占線路總長度的比例各不相同，同時電力電纜型號規(guī)格多種多樣，其設(shè)備參數(shù)復(fù)雜，運行方式特殊，混搭給供電可靠性帶來許多問題，最直接的就是重合閘的投退。

(2) 從大保當(dāng)330 kV變電站到我公司110 kV總變電所采用兩條單塔單回架空線和電力電纜混合線路，由于以架空線路為主，而架空線路部分易受環(huán)境條件，如冰、風(fēng)、雨、雪、溫度、化學(xué)腐蝕、雷電等的影響，不夠安全可靠，同時單塔單回架空線造成本項目投資增大、土地浪費、植被破壞。

(3) 該項目動力中心升壓變高壓側(cè)到總變電所35 kV母線沒有隔離開關(guān)(刀閘)，等于沒有明顯的斷開點，在變壓器或者機組檢修時，所做安全措施不夠完善，容易造成誤傷檢修人員，存在人身傷害的風(fēng)險；同時在做實驗時需要將電纜與35 kV母線徹底解除連接，多次操作后容易造成電纜頭損壞，存在設(shè)備損壞的風(fēng)險。

(4) 該項目動力中心發(fā)電機出口到廠用變無斷路器，導(dǎo)致廠用變故障檢修時必須將發(fā)變組系統(tǒng)轉(zhuǎn)檢修，影響發(fā)電機正常運行。

6建議和改進

(1) 針對電力電纜和架空線組成的混合線路配合問題，大多數(shù)混合線路的跳閘故障是由架空線引起的，架空線的故障基本上屬于瞬時故障，可以自恢復(fù)，此時未投入重合閘裝置，勢必造成整個混合線路停電，加之從大保當(dāng)330 kV變電站到我公司110 kV總變電所12 km的距離以架空線為主，此時未投入重合閘裝置，勢必造成整個混合線路停電，給輸電線路運行可靠性指標(biāo)帶來較大不利影響，同時電力電纜不易受周圍環(huán)境和污染的影響，送電可靠性和穩(wěn)定性較高，故筆者認為應(yīng)該投入重合閘。

(2) 針對本項目兩條單塔單回架空線和電力電纜混合線路的設(shè)計問題，筆者認為隨著征地費用日益昂貴，砍伐樹木及拆遷賠償?shù)荣M用不斷上升，在榆林項目所在地同桿并架雙回線路的造價遠低于兩條單塔單回架空線和電力電纜混合線路，也可以避免土地浪費和植被破壞，建議在擴建變電所時可以考慮采用同桿并架雙回線路。同時由于大保當(dāng)變至榆林公司尾河變僅12 km，筆者認為可以考慮全線采用電力電纜連接地下敷設(shè)，雖然投資增大，但是考慮到電力電纜不易受周圍環(huán)境和污染的影響，線間絕緣距離小，占地少，無干擾電波，不占地面與空間，既安全可靠，又不易暴露目標(biāo)，筆者認為也是合適的。

(3) 針對升壓變高壓側(cè)到總變電所35 kV母線沒有明顯的斷開點，存在安全風(fēng)險，建議在35 kV母線上加裝隔離開關(guān)(刀閘)，作為線路中可見的斷開點，對于確保人員和設(shè)備安全是有意義的。將電器設(shè)備與帶電的電網(wǎng)隔離，以保證被隔離的電氣設(shè)備有明顯的斷開點，能安全地進行檢修實驗。

(4) 針對廠用變故障影響發(fā)電機運行的現(xiàn)象，建議在廠用變一次側(cè)加裝斷路器，起隔離電壓的作用，將高壓配電裝置中需要停電的部分與帶電部分可靠隔離，以保證檢修工作的安全。

7結(jié)語

供電可靠性的研究是大型煤化工企業(yè)的一個值得研究的課題，根據(jù)電網(wǎng)的性質(zhì)不同、接入點不同、電壓等級不同等因素造成的接線方式、機組容量、自動裝置不同，需要進行大量的論證，沒有一個統(tǒng)一的模式，也不能按照普通電廠的接入系統(tǒng)進行論證，要把煤化工企業(yè)的供電可靠性提高到電廠接入系統(tǒng)可靠性上進行論證。

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