茂名石化6kV变电所电气设计探讨

王长君

摘 要：针对茂名分公司10万吨/年高顺式顺丁橡胶的变配电系统从负荷计算、变压器选择、短路电流、防雷接地等方面论述了6kV变电所设计的主要内容和设计程序。

关键词：负荷计算；短路电流计算；防雷接地

中图分类号：TM63 文献标志码：A 文章编号：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

变电所是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。

本文以茂名分公司10万吨/年高顺式顺丁橡胶生产装置项目中新建6kV变电所的电气设计过程进行探讨，该装置主要由配制、聚合单元、回收单元、凝聚单元、后处理单元等部分组成，年生产能力为10万吨高顺式顺丁橡胶（BR9000干胶）。

2 變电所负荷计算

负荷计算及分级：

本项目中既有6kV用电负荷，又有0.4kV用电负荷。根据工艺专业提供的用电负荷，6kV设备容量5595kW，计算负荷2797kW。0.4kV用电负荷，配置、聚合单元计算负荷为 445kW，回收单元275kW，凝聚单元为1964kW，后处理单元1100kW，公共用电786kW，消防及仪表控制系统60kW。

0.4kV负荷中，消防、仪表控制系统负荷等级为一级，采用不间断电源UPS供电；公共用电中主要负荷为照明、加热设备，负荷等级为三级；0.4kV其余单元及6kV主要用电负荷为泵类、压缩机，负荷等级为二级。

3 变压器选择

变压器台数级容量选择：

本次设计中有大量二级负荷、集中负荷容量较大，按照负荷均匀分布，每台电机工作、备用分配在不同母线段的原则，将6kV及380/220V负荷分配在6kV及0.4kV不同段母线上。本项目中由于橡胶装置后处理单元的工艺特性，单设2台变压器为后处理单元供电，其负荷均匀分布在Ⅴ、Ⅵ段低压母线上；聚合、回收、凝聚3个单元负荷平均分布在Ⅰ～Ⅳ段低压母线上，设4台变压器。

本项目共设6台变压器，考虑到两台变压器运行时，每台变压器各承受总计算负荷的50%，负载率约为0.7，此时变压器效率较高，同时考虑到未来5-10年的负荷发展，预留15%～25%的裕量，通过计算，6台变压器取SNT= 1600kV·A。考虑变压器安全性和可靠性，确定变压器为S13-M系列全密封式变压器。

4 短路电流计算

4.1 短路电流计算方法

短路电流计算中，认为短路时电源母线电压维持不变，按照无限大电源容量的系统或远离发电机端短路进行计算。短路电流计算应求出最大短路电流值，用以校验电气设备的动稳定、热稳定及分断能力，整定继电保护装置；求出最小短路电流值，作为校验继电保护装置灵敏系数和校验电动机启动的依据。

本次高压侧短路电流计算方法为标幺值法。

4.2 短路计算过程

4.2.1 基础参数

本次计算选基准容量Sj=100MVA，基准电压Uj取各级电压的平均电压，即Uj=Up=1.05Ue=6.3kV，基准电流IJ=Sj/Uj=9.1643；基准电抗Xj=Uj/Ij=0.3970。

4.2.2 短路电流计算各主要元件参数

根据甲方提供资料，乙烯南站110kV变电所系统最小运行方式下短路容量230MVA；乙烯南站110kV变电所系统最大运行方式下短路容量328MVA。系统最大短路电流Imax=30.0589KA，最小短路电流Imin=21.078KA。

计算得电抗：Xs max=0.3049，Xs min=0.4348

由于短路点远离发电厂，短路电路的总阻抗较小，Rc≤1/3Xc故不考虑电阻，只考虑电抗。

出线电抗器电抗标幺值：

X*2=0.4364

变电所6kV进线电缆电抗标幺值为：

电缆YJV-3x240mm2 电缆X*=0.202；

X*3=0.1347

1600kVA变压器高压侧电缆电抗标幺值：

X*4=0.0043

1600kVA变压器电抗标幺值：

X*5=2.8125

d1点系统最大运行方式电抗

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

d1点系统最小运行方式电抗

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

变压器低压侧d2点最大运行方式总电抗为：

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

变压器低压侧d2点最小运行方式总电抗为：

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

4.3 系统三相短路电流计算

d1点由系统提供的三相短路电流有效值I"d1.max（3）（最大运行方式）：

d1点由系统提供的三相短路电流有效值I"d1.min（3）（最小运行方式）：

4.4 变压器三相短路电流计算

变压器低压侧d2短路流过高压侧的电流有效值（最大运行方式）：

变压器低压侧d2短路流过高压侧的电流有效值（最小运行方式）：

短路电流计算电路如图1。

5 高低压主要设备选择

本项目6kV开关柜选用铠装移开式金属封闭开关柜（中置式），柜内采用真空断路器VEP12T1231，额定短路开断电流31.5kA，经与短路电流比较，断路器动稳定、热稳定校验均满足要求，并要求开关柜整体动稳定、热稳定与断路器额定值相同。

220/380V低压柜选用MNS低压开关柜，低压断路器分段能力≥65kA。

6 防雷保护

经计算，年预计雷击次数：N=KxNgxAg=0.1480

根据《建筑物防雷设计规范》 GB 50057-2010 规定，该建筑物达到三类防雷标准，按第三类防雷建筑设防。在变电所内的高压侧、低压侧及进线段安装避雷器，以防侵入雷电波、操作过电压及暂时过电压。

防雷、防静电、工作接地和保护接地共用一个接地系统，电阻不大于1欧姆。

7 接地保护

6kV高压侧接地方式不在本次设计范围之内。

本项目接地系统采用TN-S系统。在新建6kV变电所基础外3m处采用复合型接地线-40x4沿建筑物敷设一圈接地线，埋深-0.8m，并与装置区接地系统可靠相连，并在变电所内做等电位联结，等电位联结系统图如图2所示。

8 结束语

本论文以茂名石化顺丁橡胶装置供配电中新建6kV变电所为设计对象，从用电负荷、短路电流、防雷计算机接地保护等几个方面的计算，得出新建6kV变电所的基本参数，并依此进行详细设计，根据一年的生产运行检验，证明本项目设计合理，运行安全、稳定。

参考文献：

[1]刘屏周.工业与民用供配电设计手册（第四版）[M].北京：中国电力出版社，2017.

[2]王林涛.关于变电所的防雷保护系统的优化[J].科技创新与应用，2013（23）：166.

[3]姜桂林.淺谈电力系统线路短路电流计算、应用及限制措施[J].科技创新与应用，2013（14）：173.