王長君

摘 要：針對(duì)茂名分公司10萬噸/年高順式順丁橡膠的變配電系統(tǒng)從負(fù)荷計(jì)算、變壓器選擇、短路電流、防雷接地等方面論述了6kV變電所設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和設(shè)計(jì)程序。

關(guān)鍵詞：負(fù)荷計(jì)算；短路電流計(jì)算；防雷接地

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）04-0077-03

Abstract： Aiming at the 100，000 t/a cis-polybutadiene rubber （HCBR） transformer system in Maoming Branch， the main contents and design procedures of 6kV substation design are discussed from the aspects of load calculation， transformer selection， short-circuit current and lightning protection grounding， etc.

Keywords： load calculation； short circuit current calculation； lightning protection grounding

1 概述

變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。

本文以茂名分公司10萬噸/年高順式順丁橡膠生產(chǎn)裝置項(xiàng)目中新建6kV變電所的電氣設(shè)計(jì)過程進(jìn)行探討，該裝置主要由配制、聚合單元、回收單元、凝聚單元、后處理單元等部分組成，年生產(chǎn)能力為10萬噸高順式順丁橡膠（BR9000干膠）。

2 變電所負(fù)荷計(jì)算

負(fù)荷計(jì)算及分級(jí)：

本項(xiàng)目中既有6kV用電負(fù)荷，又有0.4kV用電負(fù)荷。根據(jù)工藝專業(yè)提供的用電負(fù)荷，6kV設(shè)備容量5595kW，計(jì)算負(fù)荷2797kW。0.4kV用電負(fù)荷，配置、聚合單元計(jì)算負(fù)荷為 445kW，回收單元275kW，凝聚單元為1964kW，后處理單元1100kW，公共用電786kW，消防及儀表控制系統(tǒng)60kW。

0.4kV負(fù)荷中，消防、儀表控制系統(tǒng)負(fù)荷等級(jí)為一級(jí)，采用不間斷電源UPS供電；公共用電中主要負(fù)荷為照明、加熱設(shè)備，負(fù)荷等級(jí)為三級(jí)；0.4kV其余單元及6kV主要用電負(fù)荷為泵類、壓縮機(jī)，負(fù)荷等級(jí)為二級(jí)。

3 變壓器選擇

變壓器臺(tái)數(shù)級(jí)容量選擇：

本次設(shè)計(jì)中有大量二級(jí)負(fù)荷、集中負(fù)荷容量較大，按照負(fù)荷均勻分布，每臺(tái)電機(jī)工作、備用分配在不同母線段的原則，將6kV及380/220V負(fù)荷分配在6kV及0.4kV不同段母線上。本項(xiàng)目中由于橡膠裝置后處理單元的工藝特性，單設(shè)2臺(tái)變壓器為后處理單元供電，其負(fù)荷均勻分布在Ⅴ、Ⅵ段低壓母線上；聚合、回收、凝聚3個(gè)單元負(fù)荷平均分布在Ⅰ～Ⅳ段低壓母線上，設(shè)4臺(tái)變壓器。

本項(xiàng)目共設(shè)6臺(tái)變壓器，考慮到兩臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)，每臺(tái)變壓器各承受總計(jì)算負(fù)荷的50%，負(fù)載率約為0.7，此時(shí)變壓器效率較高，同時(shí)考慮到未來5-10年的負(fù)荷發(fā)展，預(yù)留15%～25%的裕量，通過計(jì)算，6臺(tái)變壓器取SNT= 1600kV·A?？紤]變壓器安全性和可靠性，確定變壓器為S13-M系列全密封式變壓器。

4 短路電流計(jì)算

4.1 短路電流計(jì)算方法

短路電流計(jì)算中，認(rèn)為短路時(shí)電源母線電壓維持不變，按照無限大電源容量的系統(tǒng)或遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)端短路進(jìn)行計(jì)算。短路電流計(jì)算應(yīng)求出最大短路電流值，用以校驗(yàn)電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定及分?jǐn)嗄芰Γɡ^電保護(hù)裝置；求出最小短路電流值，作為校驗(yàn)繼電保護(hù)裝置靈敏系數(shù)和校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的依據(jù)。

本次高壓側(cè)短路電流計(jì)算方法為標(biāo)幺值法。

4.2 短路計(jì)算過程

4.2.1 基礎(chǔ)參數(shù)

本次計(jì)算選基準(zhǔn)容量Sj=100MVA，基準(zhǔn)電壓Uj取各級(jí)電壓的平均電壓，即Uj=Up=1.05Ue=6.3kV，基準(zhǔn)電流IJ=Sj/Uj=9.1643；基準(zhǔn)電抗Xj=Uj/Ij=0.3970。

4.2.2 短路電流計(jì)算各主要元件參數(shù)

根據(jù)甲方提供資料，乙烯南站110kV變電所系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下短路容量230MVA；乙烯南站110kV變電所系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下短路容量328MVA。系統(tǒng)最大短路電流Imax=30.0589KA，最小短路電流Imin=21.078KA。

計(jì)算得電抗：Xs max=0.3049，Xs min=0.4348

由于短路點(diǎn)遠(yuǎn)離發(fā)電廠，短路電路的總阻抗較小，Rc≤1/3Xc故不考慮電阻，只考慮電抗。

出線電抗器電抗標(biāo)幺值：

X*2=0.4364

變電所6kV進(jìn)線電纜電抗標(biāo)幺值為：

電纜YJV-3x240mm2 電纜X*=0.202；

X*3=0.1347

1600kVA變壓器高壓側(cè)電纜電抗標(biāo)幺值：

X*4=0.0043

1600kVA變壓器電抗標(biāo)幺值：

X*5=2.8125

d1點(diǎn)系統(tǒng)最大運(yùn)行方式電抗

Xd1*max=X1*max+X*2+X*2=0.3049+0.4364+0.1347=0.876

d1點(diǎn)系統(tǒng)最小運(yùn)行方式電抗

Xd1*min=X1*min+X*2+X*3=0.4348+0.4364+0.1347=1.0059

變壓器低壓側(cè)d2點(diǎn)最大運(yùn)行方式總電抗為：

Xd2*max=Xd1*max+X*4+X*5=0.876+0.0043+2.8125=3.6928

變壓器低壓側(cè)d2點(diǎn)最小運(yùn)行方式總電抗為：

Xd2*min=Xd1*min+X*4+X*5=1.0059+0.0043+2.8125=3.8227

4.3 系統(tǒng)三相短路電流計(jì)算

d1點(diǎn)由系統(tǒng)提供的三相短路電流有效值I"d1.max（3）（最大運(yùn)行方式）：

d1點(diǎn)由系統(tǒng)提供的三相短路電流有效值I"d1.min（3）（最小運(yùn)行方式）：

4.4 變壓器三相短路電流計(jì)算

變壓器低壓側(cè)d2短路流過高壓側(cè)的電流有效值（最大運(yùn)行方式）：

變壓器低壓側(cè)d2短路流過高壓側(cè)的電流有效值（最小運(yùn)行方式）：

短路電流計(jì)算電路如圖1。

5 高低壓主要設(shè)備選擇

本項(xiàng)目6kV開關(guān)柜選用鎧裝移開式金屬封閉開關(guān)柜（中置式），柜內(nèi)采用真空斷路器VEP12T1231，額定短路開斷電流31.5kA，經(jīng)與短路電流比較，斷路器動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定校驗(yàn)均滿足要求，并要求開關(guān)柜整體動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定與斷路器額定值相同。

220/380V低壓柜選用MNS低壓開關(guān)柜，低壓斷路器分段能力≥65kA。

6 防雷保護(hù)

經(jīng)計(jì)算，年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)：N=KxNgxAg=0.1480

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB 50057-2010 規(guī)定，該建筑物達(dá)到三類防雷標(biāo)準(zhǔn)，按第三類防雷建筑設(shè)防。在變電所內(nèi)的高壓側(cè)、低壓側(cè)及進(jìn)線段安裝避雷器，以防侵入雷電波、操作過電壓及暫時(shí)過電壓。

防雷、防靜電、工作接地和保護(hù)接地共用一個(gè)接地系統(tǒng)，電阻不大于1歐姆。

7 接地保護(hù)

6kV高壓側(cè)接地方式不在本次設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。

本項(xiàng)目接地系統(tǒng)采用TN-S系統(tǒng)。在新建6kV變電所基礎(chǔ)外3m處采用復(fù)合型接地線-40x4沿建筑物敷設(shè)一圈接地線，埋深-0.8m，并與裝置區(qū)接地系統(tǒng)可靠相連，并在變電所內(nèi)做等電位聯(lián)結(jié)，等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)圖如圖2所示。

8 結(jié)束語

本論文以茂名石化順丁橡膠裝置供配電中新建6kV變電所為設(shè)計(jì)對(duì)象，從用電負(fù)荷、短路電流、防雷計(jì)算機(jī)接地保護(hù)等幾個(gè)方面的計(jì)算，得出新建6kV變電所的基本參數(shù)，并依此進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，根據(jù)一年的生產(chǎn)運(yùn)行檢驗(yàn)，證明本項(xiàng)目設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行安全、穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉屏周.工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）[M].北京：中國電力出版社，2017.

[2]王林濤.關(guān)于變電所的防雷保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)化[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（23）：166.

[3]姜桂林.淺談電力系統(tǒng)線路短路電流計(jì)算、應(yīng)用及限制措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（14）：173.