焦化厂供电方案研究

武 俊

(山西省化工设计院，山西 太原 030024)

专题讨论

焦化厂供电方案研究

武 俊

(山西省化工设计院，山西 太原 030024)

焦化厂用电负荷大且涉及具有爆炸性、可燃性、毒性、腐蚀性物质等，保持安全可靠供电非常重要。新建焦化厂通常规模较大，用电负荷也大，因此在设计焦化厂供电方案时需要兼顾上述问题。对某焦化厂供电方案的研究，旨在为相关设计提供参考。

焦化厂；供电方案；优化设计

焦化厂从原料到产品的整个生产过程中，充满易燃、易爆、有毒有害物质和高温介质，如，氨、煤气、粗苯、煤焦油、洗油、硫酸、硫磺、氢氧化钠、氨溶液等多种危险化学品，且数量较大。焦化厂供电系统的安全可靠性对焦化厂的安全生产运行起着关键作用。尤其是供电中的防静电、防雷电、消防等安全保障措施，是焦化厂供电方案设计时需要着重考虑的内容。

本文以某焦化厂供电方案为例，对焦化厂供电方案设计中需要注意的问题进行了研究，旨在为相关焦化厂供电方案设计提供参考。

1 工程概述

该焦化厂生产过程包括备煤、炼焦、筛焦、湿法熄焦、干熄焦、干熄焦余热锅炉、废气余热锅炉、汽机工段、化水工段等，因此，在设计供电方案时必须考虑上述所有生产阶段和10 kV配电所、10 kV/0.4 kV车间变电所等工段及其他辅助设施的供电方案设计。所设计的焦化厂全厂总容量为24 154.4 kW，10 kV供电设备容量为11 100 kW，380 V设备装机容量为13 054.4 kW。

根据生产工艺要求及供电系统技术规格，将炼焦、湿法熄焦、筛焦、锅炉工段、汽机工段、化水工段、给排水系统、干熄焦等主要生产设施的负荷划分为二级负荷；备煤及其他辅助设施划分为三级负荷。

本工程大部分负荷为一、二级负荷，由厂区110 kV变电站引来的2路10 kV电源供电，供电十分可靠。10 kV电源最终采用电缆敷设引接。

2 全厂供配电及发电方案设计

2.1 变电所设计

根据电源及负荷分布情况，本项目共有4个10 kV/0.4 kV变电所和若干10 kV高压电动机，由110 kV变电站引来的2路10 kV电源供电，因此设计一座10 kV配电所，并且考虑到负荷等级及系统电压等级和经济性，采用单母线分段的主接线方式。

1#炼焦变电所内负荷为一、二类负荷，采用2台10 kV/0.4 kV的1 600 kVA变压器，主要负责备煤、1#炼焦、1#湿法熄焦、筛焦等工段供电。

2#炼焦变电所同样设置2台10 kV/0.4 kV的1 600 kVA变压器，主要负责2#炼焦、2#湿法熄焦、3#炼焦、3#湿法熄焦等工段供电。

干熄焦变电所主要用电设备包含大功率的起重机，因此，为起重机单独设置1台规格为10 kV/0.4 kV，1 000 kVA变压器，其余用电设备仍然采用2台变压器供电的方式，2台10 kV/0.4 kV、1 250 kVA变压器负责干熄焦区域的低压设备、全厂给排水、锅炉等工段供电，并为起重机提供事故电源。

汽轮发电站的车间变电所，负责汽机工段及化水工段低压供电，装设2台容量2 500 kVA、变比10 kV/0.4 kV的变压器。

2.2 低压配电系统

低压配电系统的电压等级通常为380 V/220 V，采用放射式的不超过3个用电设备的链式供电。各用电设备通过车间内或配电室内的低压开关柜和动力配电箱接入低压配电系统。移动设备通常由滑触线或软电缆接入配电系统。全厂高压电缆、低压电缆、控制电缆敷设时通常沿独立的或综合管廊上的电缆桥架，或者铠装直埋，穿管埋地，或沿墙、梁等敷设。

干法熄焦循环风机、装入装置电动缸、起重机主提升电机采用变频调速技术。75 kW及以上电动机考虑软起动装置。

为保护设备在非正常运行或故障情况下的安全，设置低压断路器和电动机保护器，以保证设备在短路或过负荷时的安全。

根据工艺要求，对于连续生产系统，如，干法熄焦、备煤及除尘地面站等，使用工业控制计算机系统进行联锁集中操作及解除联锁后机旁单独操作。

焦炉车辆由车辆作业管理系统，实现自动作业管理，自动识别炉号，车辆联锁对位等功能。

汽轮发电站等主要用电设备纳入仪表专业的DCS系统进行操作及监视。

2.3 绿色节能设计

随着环保要求的逐步提高，在各个领域，尤其是能源重化工领域，必须加强环保设计，以减轻我国环境污染，降低能源消耗。在焦化厂供电系统设计时也应引入绿色节能变电站设计理念。本项目通过以下策略实现节能：

1) 建筑墙体设计时选用节能材料，如遮阳板；为降低室、内外的热交换安装双层金属非防火门。

2) 选用节能型变压器及国家环保标准规定的节能型设备；照明设备采用新型LED照明灯具及设备；采用自动控制装置，以光缆代替二次控制电缆，通过控制电压降低的水平来减少系统的线损，从而降低能耗。

3) 在焦化厂的建筑物楼顶安装雨水收集装置和循环系统，在储水箱中沉淀、加入消毒剂进行消毒，收集雨水以供厂区绿化使用。

3 保护措施

为提高所设计供电系统的运行效率和可靠性，本方案设计消谐、功率补偿、保护等措施。

1) 电气设备选择时，其谐波控制要在国家标准要求之内，并采用消谐装置消谐，从而减少设备产生的谐波，避免对电网的影响。

2) 在变电所高、低压侧均实行补偿来提高全厂的功率因数，使其达到0.9以上，满足工厂经济运行需要。低压母线上考虑无触点动态补偿，高压侧采用高压并联电容器。

3) 在电力变压器上安装保护装置，以保证在非正常运行或故障时变压器的安全。本项目安装了温度保护、瓦斯保护、反时限过电流保护、速断保护及接地保护。高低压母线分别设置了RHDHG母线电弧光保护系统，要求在5 ms～7 ms内消除电弧光故障，从而消除了母线弧光事故。10 kV电机装设速断保护、过负荷保护、低电压保护、接地保护;发电机除装设上述保护外，还需装设差动保护;各低压馈电回路、电机回路采用电机及馈电智能保护系统作短路保护和过载保护。该系统留有通信接口便于全厂的集中管理。

4 防雷、接地及防静电

焦化厂的易燃、易爆危险物品较多，对于易发火灾、爆炸的危险场所内可能产生静电危险的设备、管线、设施，如果没有采取静电跨接、静电接地等手段来有效地消除静电，就有可能因为静电累积而产生放电，放电产生的电火花会成为点火源(引燃源)，进而可能引起火灾爆炸事故。同时，静电可以由较小的电量产生很高的电压，非常危险，做好防止静电危害工作对于确保焦化厂的安全很重要，必须按照规范执行。

除静电危害外，雷击是焦化厂面临的另一巨大风险，雷击会产生高电压，会破坏建筑物、电气设备，还会造成人员的触电风险，若雷击中易燃、易爆物品易导致火灾事故。不完善的防雷设施或防雷接地系统，可能会使得建筑物及其内部设施、设备和人员面临雷击损害风险或人身安全风险。

根据相关规范规定，本工程对于焦化厂第2类工业建、构筑物防雷保护采用了防直击雷和感应雷的措施，而对第3类工业建、构筑物需要防止直击雷。

本工程10 kV配电系统设计为中性点不接地运行，配电装置及电气、工艺设备外露可导电部分保护接地电阻值不大于10 Ω。对于0.4 kV配电系统，设计为中性点直接接地运行，其配电装置及电气、工艺设备外露导电部分采取TN-S系统通过PE线保护接地，且接地电阻值不大于4 Ω。对高、低压并存的变电所，高、低压系统共用接地装置，其接地电阻值应小于1 Ω。防雷接地、保护接地、防静电接地共用一个接地网，接地电阻值按最小值考虑。计算机系统的接地系统及接地电阻值根据计算机系统要求设置。

5 其他需要注意的问题

除了上述供电系统设计时需要根据用电负荷性质以及用电设备特点考虑的方案外，在变电站设计时还需要考虑：

1) 在施工设计时需要考虑后续扩建时所需要的电缆夹层，为后续施工预留充分的空间，提高设备利用率。

2) 开关的外壳要考虑压力、振动、挤压等因素，选择钢制外壳，确保设备正常工作。

3) 设备选型和布局要考虑运输中的相关环节。

4) 加强设备的防水处理，要选取防水效果好、抗高温、抗腐蚀能力、黏合性好的材质。变电站结构设计时要考虑长期防水的要求，做好连接处的回水沿。

6 结论

为保证焦化企业安全稳定生产，设计其供电系统时必须结合焦化企业用电负荷特点和负荷布局，并综合考虑节能环保、经济性、可靠性等多方面因素，因地制宜，针对各焦化厂的特点设计与其相适应的供电系统。本文以某焦化厂供电系统为例，研究了焦化厂供电方案设计时需要注意的问题，对于焦化厂供电方案设计具有参考价值。

[1] 潘玲.绿色节能在变电站设计中的应用[J].科技视界，2015(3)：290-301.

[2] 王小波.变电站设计相关问题及措施分析[J].水力与电力,2015(16)：81-82.

Research on power supply scheme of coking plant

WU Jun

(Shanxi Provincial Chemical Design Institute, Taiyuan Shanxi 030024, China)

It is very important to maintain the safe and reliable power supply due to the explosive, flammable, toxic and corrosive substances in coking plant with large electricity load. The new coking plant is usually larger with increased electricity load. So the above issues need to be taken into account in the design of power supply scheme for coking plant. The purpose of this paper is to provide a reference for the design of power supply scheme for coking plant.

coking plant; power supply scheme; optimization design

2016-11-24

武 俊，女，1979年出生，2002年毕业于太原理工大学，工程师，主要从事煤化工项目及建筑工程电气设计工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.01.22

TQ520.8

A

1004-7050(2017)01-0070-03