中海油石化工程有限公司 趙曉娟

1 引言

隨著新能源汽車使用數(shù)量的增多，急需建設(shè)加油、加氣和充電一體的綜合能源站，并在降低碳排放，合理使用綠電的前提下，配套光伏發(fā)電系統(tǒng)。本站擬利用站內(nèi)建筑屋頂，設(shè)置光伏發(fā)電裝置一套，以補充站內(nèi)的用電需求，結(jié)合用電情況和實際可用屋頂面積，計算光伏發(fā)電的裝機容量。本文將主要闡述綜合能源站電氣設(shè)計的工作內(nèi)容。

2 綜合能源站的供配電系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 用電負荷分級及供電方式

綜合能源站的主要用電設(shè)備為加氫用電設(shè)備（氫氣壓縮機、加氫機冷水機組、壓縮機冷水機組和加氫機、加氣機、CNG 子站壓縮機）、加油用電設(shè)備（加油機、潛油泵）、充電樁用電設(shè)備（充電機等）、道路及罩棚照明、站房（暖通設(shè)備、照明、電信系統(tǒng)、儀表自控系統(tǒng)等）等。本綜合能源站根據(jù)規(guī)范[1]要求，大部分用電設(shè)備分為三級負荷，另外一部分為一級負荷，包括電信、儀表自控系統(tǒng)、應(yīng)急照明，因此從附近市政高壓電網(wǎng)引進一路10kV電源，供給三級負荷，電力與照明在母線上統(tǒng)一供電；電信系統(tǒng)、儀表自控系統(tǒng)供電采用UPS 電源；應(yīng)急照明采用EPS或蓄電池供電。

2.2 配電系統(tǒng)的設(shè)計

根據(jù)負荷等級、總平面布置、不同電壓等級的用電負荷分布、供電距離等因素，按380V 配電裝置以允許配電半徑布置的原則，同時結(jié)合工藝裝置、輔助生產(chǎn)裝置、公用工程等用電單位的用電容量及需求，安裝一臺干式變壓器，負責(zé)整個站區(qū)供電，采用380/220V 系統(tǒng)單母線的接線方式，采用放射式向各裝置區(qū)的低壓用電負荷配電，接地型式采用TN-S[2]。計量方式采用無功補償采用高、低壓集中補償，補償后功率因數(shù)不低于0.95。本站利用站內(nèi)建筑屋頂，設(shè)置光伏發(fā)電裝置一套，以補充站內(nèi)加氫工藝等用電要求。根據(jù)站所在地的總輻射能、光伏方陣面積、電池組件轉(zhuǎn)換效率等計算出光伏方陣年發(fā)電量，轉(zhuǎn)換為符合要求的交流電之后直接接入站內(nèi)公共電網(wǎng)，供給本站的用電設(shè)備。

2.3 電纜截面及敷設(shè)方式的選擇

2.3.1 電纜截面的選擇

控制電纜截面選擇的基本原則為：第一，交流電動機主回路導(dǎo)線或者電纜的載流量；爆炸危險區(qū)域環(huán)境內(nèi)，1kV及以下的鼠籠感應(yīng)電動機選擇的電纜截面的長期載流量應(yīng)滿足Iz（電纜截面的長期載流量）≥1.25×Irm（電動機額定電流）；第二，電動機回路壓降不應(yīng)超過+5%～-5%；第三，當發(fā)生短路時，電纜要滿足熱穩(wěn)定要求；第四，電纜的經(jīng)濟電流密度。

控制電纜截面選擇的基本原則為：第一，滿足機械強度要求，控制回路導(dǎo)體截面積為≥1.5mm2；第二，按電壓降校驗控制線路截面。

2.3.2 電纜敷設(shè)方式的選擇

綜合能源站內(nèi)電纜采用鎧裝電纜直埋、穿管或沿電纜溝敷設(shè)。直埋敷設(shè)時埋于凍土層以下，電纜外皮至地面深度，必須為≥0.7m，過路時埋深1m以下；穿墻、出地面、穿越道路應(yīng)穿熱鍍鋅鋼管保護。

電纜在與工藝管道平行敷設(shè)時dmin為1.0m，交叉時dmin為0.5m，電力電纜與通信線之間的dmin為0.1m。在爆炸危險環(huán)境區(qū)域敷設(shè)的電纜，應(yīng)采取隔離密封措施；鋼管配線時，在電機的進線口處應(yīng)加防爆撓性連接管。對于落地式的充電樁[3]，應(yīng)安裝在車位左/右后方，充電設(shè)備基礎(chǔ)室內(nèi)高出地坪不宜低于50mm，室外基礎(chǔ)不宜低于200mm。

3 照明系統(tǒng)的設(shè)計

綜合能源站內(nèi)的配電室、控制室、工具間、便利店、充電區(qū)、辦公室、加氣加油罩棚、衛(wèi)生間及工藝裝置區(qū)其照度標準值[3]；其中充電區(qū)、配電室、加氣加油罩棚、控制室、便利店內(nèi)設(shè)置應(yīng)急備用照明，應(yīng)急備用照明采用EPS 供電，其不間斷供電時間要求為≥90min；其中配電室、控制室、樓梯間內(nèi)設(shè)置消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)，采用非集中控制電源供電，連續(xù)供電時間不應(yīng)少于30min；配電室、工具間為200lx，控制室、便利店、辦公室為300lx，充電區(qū)、工藝裝置區(qū)為75lx，罩棚、衛(wèi)生間為100lx。

4 防雷接地系統(tǒng)

4.1 防雷保護

4.1.1 站房防雷

站房按照三類防雷設(shè)計，站房屋面為混凝土結(jié)構(gòu)，沿屋面敷設(shè)為≤20m×20m或24m×16m的網(wǎng)格。站房上安裝太陽能光伏板，光伏板組件邊框是金屬材質(zhì)，且高于屋面，雷電擊中金屬邊框時，會擊壞光伏組件。因此在站房屋面上設(shè)計接閃桿，根據(jù)滾球半徑法計算桿的高度，布置接閃桿的位置需要考慮接閃桿保護的范圍和接閃桿對光伏組件的影響。接閃桿通過引下線、接地體接入接地干線網(wǎng)。引下線采用柱內(nèi)兩根主鋼筋（≥φ16）或明敷專設(shè)引下線熱鍍鋅圓鋼（≥φ10），通過接地體引入到接地干線。屋面金屬設(shè)備、光伏發(fā)電系統(tǒng)的金屬設(shè)備（設(shè)備外殼、光伏系統(tǒng)支架等）都要求可靠接地，并與聯(lián)合接地體等電位連接。

4.1.2 加氣加油罩棚防雷

加氣加油罩棚按照二類防雷設(shè)計，加氣加油罩棚為鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)滿足板間的連接是持久的電氣貫通，還有在金屬板下面如有易燃物品，熱鍍鋅鋼板的厚度應(yīng)不小于4mm或者夾有非易燃物保溫層的雙金屬板（上層金屬板的厚度不小于0.5mm），利用屋頂自身做接閃器，與柱內(nèi)鋼筋可靠連接，采用混凝土柱內(nèi)鋼筋作為引下線，與接地網(wǎng)做可靠連接。

4.1.3 充電區(qū)的防雷

充電區(qū)按照三類防雷設(shè)計，充電區(qū)屋面為金屬雨棚，金屬雨棚的厚度達不到作為接閃器的要求，所以沿整個屋面設(shè)置接閃桿，接閃桿與引下線連接（鋼柱作為引下線），并與接地干網(wǎng)做可靠連接。

4.1.4 工藝裝置區(qū)的防雷

工藝裝置區(qū)的油罐區(qū)、儲氫罐等采用第二類防雷措施。油罐埋在地下，通氣管都安裝有阻火器，油罐和儲氫罐材質(zhì)為碳鋼，壁厚大于4mm，利用油罐和儲氫罐自身作為接閃器和引下線，并與接地網(wǎng)相連；根據(jù)工藝及管道專業(yè)條件，氫氣放散管排放氣體為氫氣，管口距地為10m，無管帽，其中對接閃器作出了明顯規(guī)定，詳細界定了保護范圍：針對無管帽類型，應(yīng)設(shè)置半球體，集中在放散管上部，其半徑一般為5m；本次設(shè)置了一根接閃桿對該管和管口上方半徑5m 的半球體、順序控制閥組、卸氣柱、壓縮機、冷凍機組、儀表風(fēng)和氮氣吹掃閥組等進行防雷保護；根據(jù)工藝及管道專業(yè)條件，放散管排放氣體為天然氣，管口距地為10m，帶阻火器，其材質(zhì)為鉻鎳不銹鋼S30408，厚度大于4mm。在爆炸危險場所設(shè)置的放散管，尤其是增設(shè)了阻火器的類型，可以不采用接閃器達到防雷保護目的，但是需要連接屋面防雷設(shè)備。

4.2 防靜電保護

在采取防靜電接地時，相關(guān)設(shè)備和管道等應(yīng)實現(xiàn)獨立連接，主要是與接地干線等，避免采用串聯(lián)接地方式。對一些加油站等的設(shè)備，如油罐車等，應(yīng)在附近合理設(shè)置防靜電接地裝置，同時應(yīng)配備各種檢測儀器完成對這些裝置的監(jiān)視，確保其處于正常運行狀態(tài)；對一些重要的進出管道或者危險場合的邊緣位置，應(yīng)采取防靜電接地處理并合理設(shè)置接地電阻，使其低于100Ω。

儲罐汽車周圍要設(shè)計等電位連接裝置（等電位連接板、專用接地線、接地線夾），作業(yè)前，連接儲罐汽車的設(shè)備到等電位連接裝置，作業(yè)后去除。

4.3 接地系統(tǒng)

室外接地干線采用-50×5 熱鍍鋅扁鋼，埋深0.8m，埋設(shè)深度應(yīng)在凍土層以下。室內(nèi)接地干線采用-50×5 熱鍍鋅扁鋼，沿墻0.3m 距地暗敷，過門處沿地面暗敷，要躲開電氣插座或電信信息插座，接地支線的材料為熱鍍鋅扁鋼，規(guī)格為-40×4，埋地敷設(shè)，出地面處穿DN50 的硬質(zhì)PVC 管保護。人工接地極需合理選擇材質(zhì)和參數(shù)為熱鍍鋅角鋼∠50×5，L為2.5m，接地極埋深0.8m，入口處埋深1m，埋設(shè)間距不小于5m，接地電阻不應(yīng)大于4Ω。

5 綜合能源站的爆炸危險區(qū)域劃分

綜合能源站的釋放源主要集中在加氫流程、加油流程、加CNG 流程；根據(jù)工藝提出的介質(zhì)性能、管道提出具體釋放源位置、規(guī)范[4]等劃分爆炸危險環(huán)境區(qū)域。

5.1 加氫流程爆炸危險環(huán)境劃分

加氫流程釋放爆炸危險氣體的設(shè)備為加氫機（罩棚下）、高壓氫氣儲罐（戶外）、中壓氫氣儲罐（戶外）、撬裝壓縮機組（戶外）、卸氣柱（戶外）；其中釋放源是氫氣，二級釋放源，均為通風(fēng)良好場所。加氫機、氫氣卸氣柱內(nèi)部空間為1 區(qū)；氫氣儲罐設(shè)備本身為1 區(qū)；撬裝壓縮機組內(nèi)為1 區(qū)。加氫機、氫氣儲罐及撬裝壓縮機組以外輪廓開始，往外延伸4.5m距離的空間內(nèi)為2區(qū)。氫氣儲罐的放空管采用集中設(shè)置，從管口計算，四周延伸距離為4.5m，頂部延伸距離為7.5m的空間內(nèi)為2區(qū)。

5.2 加油流程爆炸危險環(huán)境劃分

加油流程釋放爆炸危險氣體的設(shè)備為加油機（罩棚下）、汽油儲罐（埋地）和油罐車（戶外）；其中釋放源為汽油，二級釋放源。汽油儲罐（埋地）油品表面上部空間為0 區(qū)；油罐車同樣設(shè)置該區(qū)域為0 區(qū)。對于加油機，應(yīng)主要參考其下箱體位置，并將其中的空間作為1 區(qū)；對于汽油儲罐，需要考慮其人孔（閥）井，并參考其中的空間，結(jié)合通氣管口和密封卸油口，將其看作中心位置分別設(shè)置一定的球形區(qū)域，設(shè)置不同的半徑，分別為0.75m 和0.5m，這些構(gòu)成的區(qū)域為1 區(qū)；對于油罐車，考慮到通氣口和密封卸油口，將其看作中心位置分別設(shè)置一定的球形區(qū)域，設(shè)置不同的半徑，分別為1.5m 和0.5m，這些構(gòu)成的區(qū)域為1 區(qū)。對于加油機，主要參考其中心線，以地面和設(shè)備下箱體頂部為參考位置，分別設(shè)置半徑4.5m（3m）、0.15m 和1.5m，其共同構(gòu)成的區(qū)域為2 區(qū)；對于汽油儲罐，參考其人孔井，并考慮其邊緣位置，距離設(shè)置為1.5m，參考地面位置，設(shè)置了1m 的高度，形成了一定的空間，有油氣回收的裝置，定義管口為圓心、半徑為2.0m 的空間；定義封閉的卸油口為圓心、半徑為1.5m 的空間，應(yīng)劃分為2 區(qū)，密閉卸油口設(shè)在卸油坑內(nèi)時，坑內(nèi)的空間應(yīng)劃分為1 區(qū)，坑口外1.5m 范圍內(nèi)的空間應(yīng)劃分為2 區(qū)；對于油罐車，考慮其通氣口和密封卸油口，將其看作中心位置分別設(shè)置一定的球形區(qū)域，設(shè)置不同的半徑，為3.0m 和1.5m，這些構(gòu)成的區(qū)域為2 區(qū)。

5.3 加CNG流程爆炸危險環(huán)境劃分

加CNG流程釋放爆炸危險氣體的設(shè)備為加氣機（罩棚下）、儲氣CNG 井組（戶外，并筒埋地）、CNG 壓縮機組（戶外）、卸氣柱（戶外）等。其中CNG 為二級釋放源。加氣機（罩棚下）、卸氣柱（戶外）的內(nèi)部區(qū)域應(yīng)劃分為1區(qū)。儲氣CNG井組、加氣機（罩棚下）、卸氣柱（戶外）的外殼為邊界，距離四周區(qū)域為4.5m，高度上規(guī)定距離外殼上部邊界的為5.5m，將其作為2 區(qū)。對于罩棚，如果其相對于地面達到不高于5.5m 的距離，應(yīng)作為非防爆區(qū)，并主要集中在其上部。距CNG 壓縮機組（戶外）殼體水平方向4.5m以內(nèi)并延至地面的空間，距壓縮機殼體頂部以上7.5m的空間應(yīng)劃分為2區(qū)。

6 結(jié)語

本文對綜合能源站的配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)及爆炸危險區(qū)域劃分電氣設(shè)計進行了分析和實施建議。隨著新能源的創(chuàng)新式發(fā)展，綜合能源站設(shè)施的階躍式進步，綜合能源站的理論設(shè)計和實際建設(shè)中、運行中遇到的問題，需要進一步研究適合綜合能源站的發(fā)展需求的設(shè)計方案，以期保障綜合能源站的安全穩(wěn)定運行。