徐文良大型煤化工供電系統(tǒng)方案總結(jié)

大型煤化工供電系統(tǒng)方案總結(jié)中國(guó)神華煤制油化工工程公司徐文良中國(guó)神華煤制油化工工程公司SHENHUACOALTOLIQUIDANDCHEMICALENGINEERINGCORPORATION2014年7月30日中國(guó)神華煤制油化工工程公司

SHENHUACOALTOLIQUIDANDCHEMICALENGINEERINGCORPORATION1.大型煤化工項(xiàng)目的特點(diǎn)2.大型煤化工項(xiàng)目供電要求及設(shè)計(jì)原則3.大型煤化工項(xiàng)目主接線方案分析（1）神華包頭煤化工項(xiàng)目（投運(yùn)）（2）神華新疆煤化工項(xiàng)目（在建）（3）神華陶氏榆林煤化工項(xiàng)目（已批）4.總結(jié)

（1）主接線及供電電壓

（2）大電機(jī)起動(dòng)方式（3）變頻器的使用（4）電源快切裝置

（5）孤島運(yùn)行目錄中國(guó)神華煤制油化工工程公司

SHENHUACOALTOLIQUIDANDCHEMICALENGINEERINGCORPORATION煤化工項(xiàng)目包括煤制烯烴（MTO）、煤制油（CTL)、煤制天然氣（SNG）等，與傳統(tǒng)的石油化工相比，大型煤化工具有以下特點(diǎn)：1.工藝路線較長(zhǎng)2.高溫高壓設(shè)備多，較石油化工更復(fù)雜、更危險(xiǎn)3.水、電、汽等公用工程消耗大，能耗高4.需設(shè)自備電站，機(jī)組容量較大5.用電負(fù)荷大，供電可靠性要求高6.項(xiàng)目建設(shè)投資大

大型煤化工項(xiàng)目的特點(diǎn)中國(guó)神華煤制油化工工程公司

SHENHUACOALTOLIQUIDANDCHEMICALENGINEERINGCORPORATION盡管大型煤化工項(xiàng)目供電可靠性要求高，但供電要求與設(shè)計(jì)原則與石油化工沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別。所謂大型煤化工（包括煤制油）項(xiàng)目對(duì)供電可靠性高，主要是指煤化工的上游“煤氣化”和“煤液化”等核心裝置對(duì)供電可靠性要求相對(duì)較高，其下游裝置（如聚乙烯、聚丙烯等）就是石油化工裝置，與傳統(tǒng)石油化工裝置供電要求是完全一致的。

神華煤直接液化項(xiàng)目用電負(fù)荷約142MW，其中應(yīng)急負(fù)荷（一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷）約20MW，其中包括6臺(tái)900kW油煤漿泵、1臺(tái)3400kWT-Star反應(yīng)器進(jìn)料泵等多臺(tái)高壓電機(jī)，以及3臺(tái)335kW反應(yīng)器循環(huán)泵（每臺(tái)電機(jī)配2臺(tái)SIMENS變頻器，共6臺(tái)變頻器，另加一臺(tái)試驗(yàn)電機(jī)）,這在傳統(tǒng)石油化工中是從未有過(guò)的。

大型化工項(xiàng)目供電要求與設(shè)計(jì)原則中國(guó)神華煤制油化工工程公司

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大型煤化工項(xiàng)目主接線方案分析1.神華包頭煤化工項(xiàng)目1.1項(xiàng)目簡(jiǎn)介（1）項(xiàng)目總投資：~180億（2）主要產(chǎn)品：30萬(wàn)噸聚乙烯+30萬(wàn)噸聚丙烯（3）建設(shè)時(shí)間：2007年4月-2010年6月（4）投產(chǎn)時(shí)間：2010年10月（5）自備電站：3×480高溫高壓鍋爐+2×60MW抽凝機(jī)組+

（2×20MW余熱發(fā)電機(jī)組）（6）全廠用電負(fù)荷：128MW（不含自備電站）（7）外電網(wǎng)接入電壓等級(jí)：2回220kV進(jìn)線，分別引自XX高新500kV變電站和xx民勝220kV變電站。中國(guó)神華煤制油化工工程公司

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大型煤化工項(xiàng)目主接線方案分析1.2神華包頭煤化工項(xiàng)目供電系統(tǒng)簡(jiǎn)介（1）總變電所：2×150MVA,220/35kV主變壓器（2）220kV系統(tǒng)：雙母線接線（3）35kV系統(tǒng)：雙母線雙分段接線，并以35kV電壓等級(jí)向各裝置變

電所供電。（4）發(fā)電機(jī)并網(wǎng)：2×60MW發(fā)電機(jī)經(jīng)35/10.5kV升壓變壓器升壓后

在35kV并網(wǎng)發(fā)電，2×20MW余熱發(fā)電機(jī)將直接升壓至35kV系統(tǒng)并網(wǎng)（尚在建設(shè)中）。（5）裝置變電所設(shè)35/10.5kV變壓器，中壓為10kV，低壓380V。（6）接地方式：220kV-直接接地；35kV-經(jīng)消弧線圈接地；10kV-不

接地；380V-直接接地。中國(guó)神華煤制油化工工程公司

SHENHUACOALTOLIQUIDANDCHEMICALENGINEERINGCORPORATION大型煤化工項(xiàng)目主接線方案分析1.3包頭煤化工項(xiàng)目供電系統(tǒng)主接線圖中國(guó)神華煤制油化工工程公司

SHENHUACOALTOLIQUIDANDCHEMICALENGINEERINGCORPORATION大型煤化工項(xiàng)目主接線方案分析1.3包頭煤化工項(xiàng)目供電系統(tǒng)存在問(wèn)題（1）總變電站主變?nèi)萘繛?×150MVA，220/35kV，2×60MW發(fā)電機(jī)組在35kV系統(tǒng)并網(wǎng)，目前35kV母線在并列運(yùn)行時(shí)短路電流已達(dá)到39kA，已接近35kV-GIS設(shè)備40kA短路水平，導(dǎo)致余熱發(fā)電機(jī)并網(wǎng)困難。因此，采用220（110）/35kV主變壓器，當(dāng)35kV系統(tǒng)有發(fā)電機(jī)接入時(shí)，容量不宜選的過(guò)大否則應(yīng)增加變壓器數(shù)量，或采用分裂變壓器（如上海賽科乙烯為2×200MVA220/35kV），或采用220/110+110/35kV電壓等級(jí)，發(fā)電機(jī)在110kV并網(wǎng)（如揚(yáng)巴乙烯），以限制35kV系統(tǒng)短路電流。

對(duì)包頭煤化工項(xiàng)目，比較合理的方案是選2臺(tái)220/110kV主變壓器，另設(shè)4×75MVA110/35kV變壓器，2×60MW發(fā)電機(jī)組在110kV系統(tǒng)并網(wǎng),35kV系統(tǒng)為兩組單母線分段接線，接線較雙母線簡(jiǎn)單、操作方便，且35kV-GIS開(kāi)關(guān)設(shè)備為31.5kA，以節(jié)省開(kāi)關(guān)設(shè)備的投資。中國(guó)神華煤制油化工工程公司

SHENHUACOALTOLIQUIDANDCHEMICALENGINEERINGCORPORATION大型煤化工項(xiàng)目主接線方案分析（2）沒(méi)有充分考慮工藝生產(chǎn)單元與公用工程單元之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)了重要工藝單元-MTO裝置由公用工程單元（第三循環(huán)水裝置）供電。雖然MTO單元用電負(fù)荷為8830kW，尚不足以設(shè)一個(gè)35kV變電所，但和甲醇及相關(guān)設(shè)施單元有直接的生產(chǎn)關(guān)系，且甲醇和MTO及其輔助單元在總圖布置上毗鄰，甲醇單元負(fù)荷為3364kW,C4回收為2000kW，甲醇罐區(qū)及烯烴罐區(qū)約為800kW，總計(jì)14894kW，視在功率S=P/cosφ=14891/0.85=17518kVA,設(shè)2x20MVA變壓器較為合理。因?yàn)閺纳a(chǎn)關(guān)系上講，甲醇是MTO的上游工藝單元，通常甲醇停車MTO也就隨之停車，這樣，也可以避免了甲醇單元從空分變電所供電的不便.（3）35kV采用雙母雙分段接線，略顯復(fù)雜，不如單分段接線接單、方便。中國(guó)神華煤制油化工工程公司

SHENHUACOALTOLIQUIDANDCHEMICALENGINEERINGCORPORATION大型煤化工項(xiàng)目主接線方案分析2.神華新疆煤化工項(xiàng)目2.1主接線方案簡(jiǎn)介中國(guó)神華煤制油化工工程公司

SHENHUACOALTOLIQUIDANDCHEMICALENGINEERINGCORPORATION大型煤化工項(xiàng)目主接線方案分析2.2變壓器電壓選擇

通過(guò)對(duì)不同方式下電壓計(jì)算確定。（1）220/110kV主變壓器

實(shí)際選擇：230±8×1.25%/115kV2×200MVA，一次有載調(diào)壓(2）110/35kV主變壓器

實(shí)際選擇：115±8×1.25%/37kV2×75MVA+2×75MVA，一次有載調(diào)壓。(3)發(fā)電機(jī)與變壓器調(diào)壓

(4)廠用電電壓，略高于額定電壓。中國(guó)神華煤制油化工工程公司

SHENHUACOALTOLIQUIDANDCHEMICALENGINEERINGCORPORATION大型煤化工項(xiàng)目主接線方案分析2.2220/110kV及110/35kV電壓選擇問(wèn)題（1）主變的選擇

一次電壓等于接入點(diǎn)電壓（參見(jiàn)電網(wǎng)接入報(bào)告潮流計(jì)算選擇）

二次額定電壓為空載電壓，帶載后比額定電壓低。（2）電網(wǎng)變壓器與用戶變壓器電壓選擇的不同電網(wǎng)變壓器通常只采用同容量和電壓（變比）的雙卷或三卷變壓器，如330（220）/110/35kV；而用戶變壓器可能采用不同容量或不同電壓（變比）的變壓器；如330（220）/110kVMX240MVA+110/35kVNX90MVA，這在電網(wǎng)是沒(méi)有。中國(guó)神華煤制油化工工程公司

SHENHUACOALTOLIQUIDANDCHEMICALENGINEERINGCORPORATION大型煤化工項(xiàng)目主接線方案分析供電距離不同。電網(wǎng)變壓器供電范圍（距離）較大，而化工企業(yè)用戶變壓器的供電比較集中，供電距離范圍較小。電網(wǎng)通常采用繞組變壓器；而化工企業(yè)多采用雙繞組變壓器。企業(yè)用戶也多采用一級(jí)有載調(diào)壓，兩級(jí)有載調(diào)壓意義不大。（3）存在問(wèn)題110/35kV變壓器的一次電壓為115kV不合適；110/35kV變壓器的一次側(cè)設(shè)有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)意義不大；

此外，神華寧煤一期工程為110kV進(jìn)線，采用110/35kV+35/6kV供電電壓，總變電所110/35kV變壓器的電壓為110/38.5kV，而裝置變?yōu)榈囊淮晤~定電壓為35kV，導(dǎo)致投運(yùn)后35kV系統(tǒng)電壓過(guò)高。中國(guó)神華煤制油化工工程公司

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大型煤化工項(xiàng)目主接線方案分析神華陶氏榆林煤化工項(xiàng)目3.1神華陶氏榆林煤化工項(xiàng)目簡(jiǎn)介

（1）項(xiàng)目總投資：~200億美元（2）產(chǎn)品：聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸及酯、醇醚等近20個(gè)種產(chǎn)品（3）建設(shè)時(shí)間：預(yù)計(jì)2015-2019年（4）自備電站：8×700t/h高溫高壓鍋爐+7×100MW抽凝機(jī)組（5）全廠用電負(fù)荷：~500MW（6）外電網(wǎng)接入電壓等級(jí)：2回330kV進(jìn)線。中國(guó)神華煤制油化工工程公司

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大型煤化工項(xiàng)目主接線方案分析2.榆林煤化工項(xiàng)目供電系統(tǒng)簡(jiǎn)介（1）總變電所：設(shè)2×240MVA或4×200MVA,330/110kV變壓器（2）330kV系統(tǒng)，雙母線接線。（3）110kV系統(tǒng)，雙母線雙分段接線方式，以110kV向6個(gè)區(qū)域變電所供電，每個(gè)區(qū)域變電所用電負(fù)荷不大于100MW，區(qū)域變電所設(shè)120MVA,110/35kV變壓器，35kV系統(tǒng)均采用單母線分段接線方式，

并以35kV向裝置變電所供電。（4）發(fā)電機(jī)并網(wǎng)：7×100MW發(fā)電機(jī)經(jīng)110/10.5kV升壓變壓器升壓后

在110kV系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電。（5）裝置變電所設(shè)16-20MVA,35/6kV變壓器，中壓為6kV，低壓380V。（6）接地方式：220kV-直接接地；110kV-直接接地；35kV-高阻接地6kV-高阻接地；380V-直接接地。中國(guó)神華煤制油化工工程公司

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大型煤化工項(xiàng)目主接線方案分析4.主要設(shè)計(jì)原則（1）自備電站機(jī)組配置原則：鍋爐N+2，發(fā)電機(jī)N+1（2）發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，正常工況下所發(fā)電力滿足工廠需求，與外電網(wǎng)

只有極少量的電力交換,當(dāng)外電網(wǎng)故障時(shí)與系統(tǒng)解列進(jìn)入孤島運(yùn)行。外電網(wǎng)僅做備用電源，并保證發(fā)電機(jī)及供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。（3）按工藝流程及生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行劃分來(lái)設(shè)置變電所（4）標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)原則：110/35kV變壓器為120MVA35/6kV變壓器為16MVA（或20MVA）

同一電壓等級(jí)的開(kāi)關(guān)、電纜及附件規(guī)格將統(tǒng)一

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大型煤化工項(xiàng)目主接線方案分析5.神華陶氏榆林煤化工項(xiàng)目供電系統(tǒng)方案(2臺(tái)330/110kV主變）中國(guó)神華煤制油化工工程公司

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大型煤化工項(xiàng)目主接線方案分析5.神華陶氏榆林煤化工項(xiàng)目供電系統(tǒng)方案(4臺(tái)330/110kV主變）中國(guó)神華煤制油化工工程公司

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大型煤化工項(xiàng)目主接線方案分析6.神華陶氏榆林煤化工項(xiàng)目供電方案設(shè)計(jì)總結(jié)前期可研時(shí)間長(zhǎng)（2007-2011年），委托國(guó)外工程咨詢公司完成22個(gè)協(xié)同研究報(bào)告（專題報(bào)告），其中包括自備電站機(jī)組配置方案研究報(bào)告和全廠供電系統(tǒng)研究報(bào)告。設(shè)計(jì)手段先進(jìn)，對(duì)全廠各系統(tǒng)（包括自備電站及供電系統(tǒng)）均由美國(guó)Fidelis公司通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬（可靠性模型）進(jìn)行了可靠性分析和評(píng)估。對(duì)330/110kV主變?cè)O(shè)2臺(tái)和4臺(tái)進(jìn)行了比較和分析，并開(kāi)展外電網(wǎng)可靠性調(diào)研及自備電站孤島運(yùn)行研究工作。按工藝流程及生產(chǎn)區(qū)域設(shè)置變電所，便于生產(chǎn)管理。標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，便于設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、運(yùn)行、維護(hù)和管理。

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總結(jié)主接線及供電電壓

（1）主接線

：330或220kV進(jìn)線：雙母線接線

；110kV進(jìn)線：雙母線或單母分段

110kV：雙母線或雙母雙分段35kV：?jiǎn)文阜侄?/p>

（2）供電電壓：330（220）/110/35/10(6)kV；

220/35/10(6)kV；110/35/10(6)kV；110/10kV；中國(guó)神華煤制油化工工程公司

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總結(jié)大電機(jī)起動(dòng)方式

以LDPE一次機(jī)/二次機(jī)為例。

(1)20萬(wàn)噸級(jí)：一次機(jī)5600kW+二次機(jī)17200kW

起動(dòng)方式：直接起動(dòng)/自耦變壓器/LCI

大慶、蘭州石化LDPE二次機(jī)：自耦變壓器起動(dòng)

揚(yáng)巴乙烯LDPE二次機(jī)：110/11kV變壓器直接起動(dòng)

（2）25萬(wàn)噸級(jí):一次機(jī)6000kW+二次機(jī)22000kW起動(dòng)方式：自耦變壓器/LCI

南海乙烯、茂名石化LDPE二次機(jī)：LCI軟啟動(dòng)

神華新疆LDPE二次機(jī)：自耦變壓器起動(dòng)中國(guó)神華煤制油化工工程公司

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總結(jié)

(3)30萬(wàn)噸級(jí):一次機(jī)6500kW+二次機(jī)27000kW起動(dòng)方式：自耦變壓器/LCI

神華榆林LDPE一次機(jī)和二次機(jī)的起動(dòng)方式如下：

一次機(jī)電機(jī)6500kW：35/10KV變壓器直接起動(dòng)

二次機(jī)電機(jī)27000kW：110/10kV變壓器+自耦變壓器起動(dòng)

通過(guò)計(jì)算，技術(shù)條件滿足要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用技術(shù)成熟、簡(jiǎn)單可靠的起動(dòng)方式（如自耦變壓器起動(dòng)方式）。LCI起動(dòng)特性好，可以按1:1起動(dòng)電流起動(dòng)，但LCI費(fèi)用高，維護(hù)工作量大，建議僅在電網(wǎng)末端系統(tǒng)容量小無(wú)法滿足起動(dòng)要求是采用。中國(guó)神華煤制油化工工程公司

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總結(jié)3.變頻器的使用

（1）除非工藝生產(chǎn)要求，否則，電氣專業(yè)不主張為了節(jié)能設(shè)變頻器。因?yàn)樽冾l器不僅增加了諧波源，也降低了供電可靠性。

（2）高壓變頻器設(shè)工頻旁路

（3）對(duì)于重要的低壓電機(jī)，宜采用旁路；對(duì)于特別重要的工藝負(fù)荷，也可考慮采用雙變頻器驅(qū)動(dòng)方式。