郝繼運,潘顯明,南海鳳

(莘縣華祥鹽化有限公司,山東 聊城 252429)

化工生產(chǎn)過程中，突然停電或晃電往往造成生產(chǎn)裝置停車、設備損壞、環(huán)境污染、人身傷亡、爆炸、火災等安全事故，給企業(yè)、社會造成很大的經(jīng)濟損失。因此，氯堿企業(yè)必須嚴格按照相關電氣設計規(guī)范，合理劃分用電設備負荷等級，根據(jù)不同負荷等級設備對供電的要求，進行配電系統(tǒng)設計，滿足安全生產(chǎn)的要求。筆者根據(jù)相關規(guī)范對設備負荷等級劃分依據(jù)及相應供電要求，結合莘縣華祥鹽化有限公司(以下簡稱“莘縣華祥鹽化”)新建20萬t/a燒堿項目中電氣配電系統(tǒng)設計方案，探討如何科學、合理、經(jīng)濟、實用地設計企業(yè)供配電系統(tǒng)，保證供電可靠性，減少事故發(fā)生。

1 生產(chǎn)裝置用電負荷分級規(guī)定

GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》[1]中規(guī)定，生產(chǎn)裝置用電負荷根據(jù)其在生產(chǎn)過程中的重要性、對供電可靠性及連續(xù)性的要求進行分級，劃分為一級、二級、三級負荷和有特殊供電要求的負荷。

(1)一級負荷是指生產(chǎn)裝置用電突然中斷時，將造成人身傷亡或企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂，從而造成重大的經(jīng)濟損失?；謴凸╇姾笮枰荛L時間才能恢復的生產(chǎn)裝置以及確保其正常操作的公用工程用電負荷。

(2)二級負荷是指生產(chǎn)裝置工作電源突然停電時，將造成較大經(jīng)濟損失，恢復供電后，需要較長時間才能恢復正常生產(chǎn)的生產(chǎn)裝置以及為其服務的公用工程用電負荷。

(3)除一級、二級負荷外，其余均屬于三級負荷。

(4)在一級或二級負荷中，為確保安全停車，避免發(fā)生爆炸、火災、中毒、人身傷亡、主要設備損壞、環(huán)保事故，以及為了搶救傷員或保證人員安全撤離、提供照明等情況，而不允許停電的負荷，在GB 50052—2009和SH/T 3038—2017《石油化工裝置電力設計規(guī)范》[2]中，稱之為特別重要的負荷。在實際生產(chǎn)裝置中，這類負荷需要特殊考慮，應劃入企業(yè)或裝置最高要求的供電負荷，即當電網(wǎng)停電時，這類負荷不能停電，應配備應急電源裝置，由應急電源裝置供電，應急電源裝置供電時間應根據(jù)工藝及設備要求而定。

2 不同級別的負荷對供電電源的要求

(1)對于一級負荷，應由雙電源供電，并且當一路電源故障時，另一路電源不能同時故障。如果裝置內設有發(fā)電機組，兩路電源供電困難時，也可由一路外部電源供電。

(2)對于二級負荷，宜由雙回路供電。當取得雙回路電源困難時，也可以由專用單回路電源供電。

(3)對于一級、二級負荷中特別重要的負荷(或有特殊供電要求的負荷)，除了滿足以上兩種供電方式外，還應設計應急電源裝置，由應急電源裝置供電。

(4)對于三級負荷，沒有特殊供電要求。

3 20萬t/a燒堿裝置配電系統(tǒng)設計方案

3.1 用電設備負荷等級劃分

莘縣華祥鹽化20萬t/a燒堿項目工藝生產(chǎn)連續(xù)性強，突然停電將會造成較大的經(jīng)濟損失，因而該項目大部分生產(chǎn)裝置及與工藝裝置相關的公用工程用電負荷屬于二級負荷。其中，干燥塔硫酸循環(huán)泵、硫酸供料泵、吸收塔循環(huán)泵、次氯酸鈉循環(huán)泵、尾氣風機、二次精制鹽水泵、純水輸送泵、亞硫酸鈉供料泵、真空泵、陽極液循環(huán)泵、陰極液循環(huán)泵、極化整流器、消防給水泵、火災報警系統(tǒng)、有毒可燃氣體檢測系統(tǒng)、應急照明電源、DCS(含SIS)及儀表、通信裝置等負荷屬于特別重要的負荷；而鹽貯運、一次鹽水的膜法脫硝工序、換熱站等輔助設施用電負荷屬于三級負荷。

3.2 供電方案

供電方案的確定是一項復雜的工作，應力爭接線簡單、操作靈活、經(jīng)濟適用、安全可靠。

3.2.1 電氣負荷統(tǒng)計

(1)該項目特別重要的負荷為1 241 kW。

(2)該項目二級負荷容量為65 895 kW，其中10 kV負荷容量為2 540 kW，35 kV負荷容量為62 720 kW(整流負荷)。

(3)該項目三級負荷容量為2 293 kW。

3.2.2 電壓等級確定

供電電壓選擇應以當?shù)毓╇娋W(wǎng)絡能提供的電壓、用電設備功率大小、用電負荷分布情況、供電線路距離、企業(yè)發(fā)展等因素綜合考慮。

該項目主要用電設備為整流裝置，根據(jù)整流變壓器加工制作能力及負荷容量，采用35 kV供電最經(jīng)濟；在動力負荷中，單臺設備比較大的有冰機291 kW、循環(huán)水泵315 kW，采用10 kV供電比較合理；其他負荷均為低壓用電設備，采用380 V/220 V供電，這樣就形成了35 kV、10 kV、380 V 3種供電電壓組成的網(wǎng)絡結構。

3.2.3 進線電源回路數(shù)確定

用電負荷等級確定以后，企業(yè)應根據(jù)自身特點，重點考慮線路停電后對企業(yè)和社會造成的影響，結合當?shù)仉娋W(wǎng)情況、企業(yè)負荷、企業(yè)發(fā)展規(guī)劃等因素，選擇合理的進線電源回路數(shù)量。

該項目屬于二級負荷，按照規(guī)范宜采用35 kV雙回路供電，雙回路電源來自同一個變電站的不同母線段，兩回路單獨運行，通過母聯(lián)開關實現(xiàn)互為熱備用，當一路電源故障時，另一路電源仍然保持正常供電，并維持足夠的電壓水平。考慮到開關設備、互感器、電纜、微機保護的選擇及保護定值的匹配問題，設計時未考慮兩條進線互為100%容量備用，只考慮一條線路故障時，另一條線路能保證安全停車處理故障就行。在電源恢復正常前，確保主要負荷整流裝置不送電開車。

氯堿企業(yè)工藝千差萬別，生產(chǎn)能力也不一樣，停電造成的損失也不同，主裝置是采用雙電源供電還是雙回路供電，根據(jù)規(guī)范理解，只要保證安全停車，單一進線也是允許的。而且電網(wǎng)越來越復雜，很難保證一個電源故障，另一個電源還能正常運行。實踐證明，小型氯堿企業(yè)，采用單一專用電源供電回路外加應急電源供電模式是可靠的。在采用雙電源或雙回路供電時，是否按互為100%負荷備用進行設計，應該根據(jù)企業(yè)自身特點進行論證，堅持科學、合理、實用、經(jīng)濟的設計原則，避免浪費。

3.2.4 總變配電站設計

總變配電站設計，應根據(jù)生產(chǎn)裝置的負荷容量和地理位置分布，遵循供、配電線路深入負荷中心的原則進行設計。

該項目主要負荷為整流負荷，設備供電電壓為35 kV，裝置靠近廠區(qū)邊沿，進出線方便，因此，在整流負荷附近設計一座35 kV總變配電站，滿足整流負荷需要。同時設計2臺35 kV/10 kV動力變壓器，一方面可以滿足冰機、循環(huán)水泵等10 kV高壓用電設備需要，同時給車間變電所10 kV/0.4 kV變壓器供電。根據(jù)負荷容量,結合設備選型,并考慮運行靈活，35 kV、10 kV母線采用分段運行，互為熱備用。

3.2.5 車間變電所設計

該項目其他低壓負荷主要集中在氯氣干燥、電解、氫氣處理工段，工藝設計、設備平面布置緊湊，負荷集中，因此，在防爆區(qū)域外的氯氣干燥工段設計一座10 kV/0.4 kV車間變電所，滿足低壓負荷需要。10 kV/0.4 kV變壓器每2臺變壓器組成一組，互為熱備用；正常時低壓側0.4 kV母線采用單母線分段接線，兩段母線之間設置備自投裝置，當一路電源故障時，另一路電源不會同時受到損壞，仍能保持正常供電。

3.2.6 特別重要設備負荷供電方案設計

該項目特別重要設備負荷(或有特殊要求的供電負荷)除采用正常供電線路供電外，還設計了應急電源裝置，根據(jù)不同設備對供電電源連續(xù)性的不同要求，設計了以下幾種應急電源裝置。

(1)不允許停電的設備負荷，如DCS、火災報警系統(tǒng)、有毒可燃氣體檢測系統(tǒng)等，可采用純在線UPS(Uninterruptible Power Supply)電源裝置給這類負荷供電，正常工作電源失電后，UPS電源通過逆變裝置把直流蓄電池電轉換成交流電，它們之間可以實現(xiàn)無擾動0 s切換，保證供電的連續(xù)性。

(2)允許極短時間內停電的設備負荷，如事故氯吸收裝置(也叫除害裝置)，可以采用EPS(Emergency Power Supply)電源裝置進行供電。正常電源突然停電后，氯壓機停止運行，氯氣管道內存有氯氣，EPS裝置可以在3～5 s內自動啟動，將蓄電池電能轉換成交流電，帶動吸收塔循環(huán)泵、次氯酸鈉循環(huán)泵、尾氣風機等設備運轉，用堿吸收管道內氯氣，避免造成氯氣外逸事故。

(3)對于允許停電時間在15 s以內的設備，如陽極液循環(huán)泵、陰極液循環(huán)泵、極化整流器等，該項目設置了1臺1 500 kVA自啟動柴油發(fā)電機作為應急電源。當正常工作電源斷電后，柴油發(fā)電機自動啟動，在15 s內將電源自動切換到應急段母線，滿足以上負荷正常工作。

3.2.7 配電系統(tǒng)圖

根據(jù)以上設計思路，結合本行業(yè)其他企業(yè)實際運行情況，該項目最終配電系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 20萬t/a燒堿項目配電系統(tǒng)示意圖

4 結語

該項目配電系統(tǒng)已安裝完畢并投入運行。事實證明：該方案完全滿足生產(chǎn)需要，對于各級負荷都能保證正常用電；突然停電后，特別重要負荷所需的應急電源切換正常，完全滿足安全生產(chǎn)要求。

在工程項目建設過程中，設計人員應認真領會各種配電設計規(guī)范，結合企業(yè)特點及當?shù)毓╇姴块T供電網(wǎng)絡情況，科學、合理、經(jīng)濟、實用地設計供配電系統(tǒng)，保證供電可靠性，減少事故發(fā)生。