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摘要 针对目前国内外石化装置规模日趋大型化的现状，传统380V配电系统供电半径过长，单机负荷容量低，线路损耗过大的矛盾日趋明显，本文详细阐述了690V配电系统的技术优点及可行性，最终阐明了前者的优越性。
关键词：690V，配电系统，石化装置
1 前言
随着国家对能源需求日趋扩大，石油化工企业间的竞争越来越激烈，为追求低投资、高效益，提高项目竞争能力，石化企业单装置规模越来越大，单机功率及供电半径亦随之迅速增大。一方面设备单机容量的增加，要提高低压配电网的输送能力，需要增大变压器容量及电缆截面；而另一方面，按照尽量降低低压电网网损和保证电网末端用电设备端电压质量的原则，需要降低电缆截面，合理规划配电半径。作为占整个石化企业总负荷的80%交流电动机负荷，为保证供电设备端电压一般情况下，按照石油石化行业标准 SH3038中规定，电动机容量在160kW及以上宜采用6kV电压供电。而将现行的400V电压提高至690V电压，不仅可大大提高低压配电网的输送能力，扩大低压电动机的制造容量，而且可减小配电系统损耗及短路电流值，降低电缆投资。因此，在节能要求日趋严峻的石化企业推行690V配电系统，不失为有效的节电手段之一。
2 大型石化装置配电系统特点
大型石化装置一般生产过程连续性强、自动化程度高，多数场所为易燃易爆危险环境，大部分为一二级负荷，对供电可靠性要求非常高。一旦中断供电将会引起重大事故。
石化装置存在大量易燃易爆气体和液体，属于爆炸危险环境，为满足国家规范要求和安全考虑，石化装置的变配电所大多设置在非防爆区域，因此，一般距离负荷中心较远，对大型装置存在供电半径大，电压降过大的问题。
石化装置内大多电动机负荷，一般占整个装置总负荷的80%左右
3 石化企业采用690V配电系统可行性
1.690V电压等级符合国家标准及国际标准的相关规定
国家标准《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）第5.0.2条"工矿企业低压配电电压亦可采用660V"；国家标准《标准电压》（GB156-2003）均规定了220～1000V之间三相四线或三相三线交流系统及相关设备的标称电压为220/380V、380/660V、1000V；并提出标称电压220/380V向推荐值230/400V、380/660V向400/690V过渡。过渡期结束后，230/400V、400/690V的容差范围实现±10%。而IEC60038-2009 《standard voltages》第4.1条款中也明确了标准电压采用230/400V、400/690V，并指出超过230/400V电压等级适应于大型重工业及办公场所。由此采用400/690V电压等级在国际工业领域上已是大势所趋。
2.690V电气设备选择
1）电动机
YB系列的隔爆型三相异步电动机目前已是成熟产品，额定电压可按照400V、690V、1000V标准化制造。且690V电动机与380V电动机本体造价基本一致，仅考虑绝缘及散热需要，在体积上比400V电动机略大。对于400V三角形聯结的电动机，由于690V电压正好为400V的√3倍，故只要改接成星型联结，即可应用于690V电压。
2）配电变压器
目前国内多数变压器制造商均能生产10（6）/0.69kV油浸或干式配电变压器，同容量的10（6）/0.69kV和10（6）/0.4kV电力配电变压器体积上基本没有什么区别，造价也基本相同。
由于低压侧电压提高至690V后，二次侧额定电流减小，变压器制造容量可大大增加，目前有的生产厂家已有4000kVA的干式变压器投入运行的业绩。由于变压器制造能力的增大及输送距离的增加，可大大减少配电层次，简化配电系统配置。
3）低压电气元器件
目前满足690V等级的框架断路器、塑壳断路器、交流接触器、热过载继电器、熔断器等均可批量生产供货，并已在煤炭、冶金等多个行业的690V配电系统成熟运行。且400V低压元器件，在690V配电系统上无需降容使用，两个电压等级产品绝缘电压与冲击耐受电压的标准相同。只是应用在690V系统时，其极限分断能力和短路分断能力会有所下降。但是另一方面，电压等级提高至690V后，同容量变压器供电的690V母线短路电流水平明显减小，元器件可满足开断的要求。目前市场上诸如ABB、施耐德、西门子等国际知名品牌低压元器件制造商均提供400V及690V两种电压等级下的性能参数供选择。
4）低压开关柜
经咨询，目前国内合资及国产开关柜厂均已生产额定工作电压为690V的低压开关柜。ABB公司的MNS3.0柜、施耐德公司Blokset、Okken柜、西门子8PT开关柜对400V和690V两种电压等级均采用相同的生产工艺及生产标准，仅需要在绝缘防护等方便稍作调整。开关柜本身的造价变化很小。
5）变频器
针对380 V 及690 V 两种电压等级，由于变频器内部元器件的耐电压程度不一样，国内外的变频器生产厂家均能提供对应的细分电压产品，但不能做到同一款产品在不同电压等级上互换。以国产变频器为例，配套功率为90 kW 的电动机，两种变频器由于额定电流不同，额定的绝缘电压不同，其产品价格有一定的差异，目前电压等级为690 V 的产品较电压等级为380 V 的产品价格高出约20%。两款产品的外形尺寸是相同。
6）供电距离
在石化企业中，大型联合装置越来越多，占地越来越大，用电设备供电距离限制条件也越来越苛刻。对相同容量，中容量（185～1000kW）的电动机配电，在电动机端电压允许的范围内，采用400V和690V配电电压有着不同的供电半径。表1中示出了160～400kW电动机在不同配电电压下，满足电动机端电压不大于-5%时相同电缆截面时的输送距离。 表1 400V和690V电压电动机允许输送距离比较
电动机容量
（kW） 400V 690V
额定电流
（A） 电缆截面
（mm2） -5%压降距离（m） 额定电流
（A） 电缆截面
（mm2） -5%压降距离（m）
160 286 2（3×120） 327 165 2（3×120） 1078
185 331 2（3×120） 283 190.4 2（3×120） 933
200 357.5 2（3×150） 308 205.8 2（3×150） 1016
220 393 2（3×150） 280 226.4 2（3×150） 924
250 446.8 2（3×185） 286 257.3 2（3×185） 944
280 500.5 3（3×120） 280 288.2 3（3×120） 924
315 563 3（3×150） 294 324.2 3（3×150） 968
355 627.2 3（3×185） 306 365.4 3（3×185） 1009
400 706 3（3×185） 272 411.7 3（3×185） 895
从表1中可以对比看出，在提高供电电压后，若仍采用原400V电缆截面，可在规范允许的范围内大大提高供电距离，当然配電距离还应根据所带负荷性质，核算最大尖峰负荷时的电压降，如电动机启动时的电压降，应满足规范要求；相应的如果在满足相同供电距离时，690V配电系统可减小电缆截面，节省电缆投资。
7）照明及检修小动力配电
石化装置中，还存在少量电动阀、电伴热、暖通等小动力负荷及照明负荷。这部分负荷在装置内所占比重较小，总负荷量也不大。可根据最大计算负荷在每个联合装置变电所内专设小容量10（6）/0.4/0.23kV配电变压器实现对小动力及照明负荷供电，同时避免了大容量电动机起动时引起的电压波动对照明配电系统的影响。
7）控制电源选择
对于控制电源回路电压，GB 14048《低压开关和控制设备》标准中规定：“当主回路电源电压和控制电源电压不同时，控制电源的额定电压为DC24V、48V、110V、125V、220V，单相为AC24V、48V、110V、220V”。由于该标准等同于IEC标准，所以低压配电装置的控制电源在电压等级为690V时选取不存在困难。保护装置、框架断路器及接触器等电气设备控制电源既通过设置直流电源采用直流控制，也可以通过在每段低压母线设置一台690 /400 /220 V隔离变压器可采用交流控制，防爆控制电器的额定工作电压和GB14048规定是一致的，因此配电电压等级为690V时对防爆控制电器的选用没有影响。
4 结论
从以上分析可以看出，石化企业采用690V电压等级是可行的，可以避免400V电压等级供电电缆截面大，供电半径小，电能损耗高的缺点，符合国家建设资源节约型，环境友好型社会的政策，适合石化生产装置大型化和规模化的要求。目前国内外一些大型石化项目中均已采用了690V电压等级，根据目前运行下来的情况看，完全能满足生产的需要，690V电压等级值得在大型石化企业中推广应用。
参考文献
[1] GB50052-2009 供配电系统设计规范
[2] IEC 60038-2009 IEC Standard Voltages
[3] SH3038-2000石油化工企业生产装置电力设计技术规范
作者姓名： 崔培良
作者工作单位：中国石油工程建设公司华东设计分公司
作者工作单位省份：山东省
作者工作单位市：青岛市
作者工作单位邮编：266071
样刊邮寄地址：山东省青岛市市南区华严路2号，中国石油华东设计院电控室
联系人：崔培良
联系电话：0532-80950582
关键词：690V，配电系统，石化装置
1 前言
随着国家对能源需求日趋扩大，石油化工企业间的竞争越来越激烈，为追求低投资、高效益，提高项目竞争能力，石化企业单装置规模越来越大，单机功率及供电半径亦随之迅速增大。一方面设备单机容量的增加，要提高低压配电网的输送能力，需要增大变压器容量及电缆截面；而另一方面，按照尽量降低低压电网网损和保证电网末端用电设备端电压质量的原则，需要降低电缆截面，合理规划配电半径。作为占整个石化企业总负荷的80%交流电动机负荷，为保证供电设备端电压一般情况下，按照石油石化行业标准 SH3038中规定，电动机容量在160kW及以上宜采用6kV电压供电。而将现行的400V电压提高至690V电压，不仅可大大提高低压配电网的输送能力，扩大低压电动机的制造容量，而且可减小配电系统损耗及短路电流值，降低电缆投资。因此，在节能要求日趋严峻的石化企业推行690V配电系统，不失为有效的节电手段之一。
2 大型石化装置配电系统特点
大型石化装置一般生产过程连续性强、自动化程度高，多数场所为易燃易爆危险环境，大部分为一二级负荷，对供电可靠性要求非常高。一旦中断供电将会引起重大事故。
石化装置存在大量易燃易爆气体和液体，属于爆炸危险环境，为满足国家规范要求和安全考虑，石化装置的变配电所大多设置在非防爆区域，因此，一般距离负荷中心较远，对大型装置存在供电半径大，电压降过大的问题。
石化装置内大多电动机负荷，一般占整个装置总负荷的80%左右
3 石化企业采用690V配电系统可行性
1.690V电压等级符合国家标准及国际标准的相关规定
国家标准《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）第5.0.2条"工矿企业低压配电电压亦可采用660V"；国家标准《标准电压》（GB156-2003）均规定了220～1000V之间三相四线或三相三线交流系统及相关设备的标称电压为220/380V、380/660V、1000V；并提出标称电压220/380V向推荐值230/400V、380/660V向400/690V过渡。过渡期结束后，230/400V、400/690V的容差范围实现±10%。而IEC60038-2009 《standard voltages》第4.1条款中也明确了标准电压采用230/400V、400/690V，并指出超过230/400V电压等级适应于大型重工业及办公场所。由此采用400/690V电压等级在国际工业领域上已是大势所趋。
2.690V电气设备选择
1）电动机
YB系列的隔爆型三相异步电动机目前已是成熟产品，额定电压可按照400V、690V、1000V标准化制造。且690V电动机与380V电动机本体造价基本一致，仅考虑绝缘及散热需要，在体积上比400V电动机略大。对于400V三角形聯结的电动机，由于690V电压正好为400V的√3倍，故只要改接成星型联结，即可应用于690V电压。
2）配电变压器
目前国内多数变压器制造商均能生产10（6）/0.69kV油浸或干式配电变压器，同容量的10（6）/0.69kV和10（6）/0.4kV电力配电变压器体积上基本没有什么区别，造价也基本相同。
由于低压侧电压提高至690V后，二次侧额定电流减小，变压器制造容量可大大增加，目前有的生产厂家已有4000kVA的干式变压器投入运行的业绩。由于变压器制造能力的增大及输送距离的增加，可大大减少配电层次，简化配电系统配置。
3）低压电气元器件
目前满足690V等级的框架断路器、塑壳断路器、交流接触器、热过载继电器、熔断器等均可批量生产供货，并已在煤炭、冶金等多个行业的690V配电系统成熟运行。且400V低压元器件，在690V配电系统上无需降容使用，两个电压等级产品绝缘电压与冲击耐受电压的标准相同。只是应用在690V系统时，其极限分断能力和短路分断能力会有所下降。但是另一方面，电压等级提高至690V后，同容量变压器供电的690V母线短路电流水平明显减小，元器件可满足开断的要求。目前市场上诸如ABB、施耐德、西门子等国际知名品牌低压元器件制造商均提供400V及690V两种电压等级下的性能参数供选择。
4）低压开关柜
经咨询，目前国内合资及国产开关柜厂均已生产额定工作电压为690V的低压开关柜。ABB公司的MNS3.0柜、施耐德公司Blokset、Okken柜、西门子8PT开关柜对400V和690V两种电压等级均采用相同的生产工艺及生产标准，仅需要在绝缘防护等方便稍作调整。开关柜本身的造价变化很小。
5）变频器
针对380 V 及690 V 两种电压等级，由于变频器内部元器件的耐电压程度不一样，国内外的变频器生产厂家均能提供对应的细分电压产品，但不能做到同一款产品在不同电压等级上互换。以国产变频器为例，配套功率为90 kW 的电动机，两种变频器由于额定电流不同，额定的绝缘电压不同，其产品价格有一定的差异，目前电压等级为690 V 的产品较电压等级为380 V 的产品价格高出约20%。两款产品的外形尺寸是相同。
6）供电距离
在石化企业中，大型联合装置越来越多，占地越来越大，用电设备供电距离限制条件也越来越苛刻。对相同容量，中容量（185～1000kW）的电动机配电，在电动机端电压允许的范围内，采用400V和690V配电电压有着不同的供电半径。表1中示出了160～400kW电动机在不同配电电压下，满足电动机端电压不大于-5%时相同电缆截面时的输送距离。 表1 400V和690V电压电动机允许输送距离比较
电动机容量
（kW） 400V 690V
额定电流
（A） 电缆截面
（mm2） -5%压降距离（m） 额定电流
（A） 电缆截面
（mm2） -5%压降距离（m）
160 286 2（3×120） 327 165 2（3×120） 1078
185 331 2（3×120） 283 190.4 2（3×120） 933
200 357.5 2（3×150） 308 205.8 2（3×150） 1016
220 393 2（3×150） 280 226.4 2（3×150） 924
250 446.8 2（3×185） 286 257.3 2（3×185） 944
280 500.5 3（3×120） 280 288.2 3（3×120） 924
315 563 3（3×150） 294 324.2 3（3×150） 968
355 627.2 3（3×185） 306 365.4 3（3×185） 1009
400 706 3（3×185） 272 411.7 3（3×185） 895
从表1中可以对比看出，在提高供电电压后，若仍采用原400V电缆截面，可在规范允许的范围内大大提高供电距离，当然配電距离还应根据所带负荷性质，核算最大尖峰负荷时的电压降，如电动机启动时的电压降，应满足规范要求；相应的如果在满足相同供电距离时，690V配电系统可减小电缆截面，节省电缆投资。
7）照明及检修小动力配电
石化装置中，还存在少量电动阀、电伴热、暖通等小动力负荷及照明负荷。这部分负荷在装置内所占比重较小，总负荷量也不大。可根据最大计算负荷在每个联合装置变电所内专设小容量10（6）/0.4/0.23kV配电变压器实现对小动力及照明负荷供电，同时避免了大容量电动机起动时引起的电压波动对照明配电系统的影响。
7）控制电源选择
对于控制电源回路电压，GB 14048《低压开关和控制设备》标准中规定：“当主回路电源电压和控制电源电压不同时，控制电源的额定电压为DC24V、48V、110V、125V、220V，单相为AC24V、48V、110V、220V”。由于该标准等同于IEC标准，所以低压配电装置的控制电源在电压等级为690V时选取不存在困难。保护装置、框架断路器及接触器等电气设备控制电源既通过设置直流电源采用直流控制，也可以通过在每段低压母线设置一台690 /400 /220 V隔离变压器可采用交流控制，防爆控制电器的额定工作电压和GB14048规定是一致的，因此配电电压等级为690V时对防爆控制电器的选用没有影响。
4 结论
从以上分析可以看出，石化企业采用690V电压等级是可行的，可以避免400V电压等级供电电缆截面大，供电半径小，电能损耗高的缺点，符合国家建设资源节约型，环境友好型社会的政策，适合石化生产装置大型化和规模化的要求。目前国内外一些大型石化项目中均已采用了690V电压等级，根据目前运行下来的情况看，完全能满足生产的需要，690V电压等级值得在大型石化企业中推广应用。
参考文献
[1] GB50052-2009 供配电系统设计规范
[2] IEC 60038-2009 IEC Standard Voltages
[3] SH3038-2000石油化工企业生产装置电力设计技术规范
作者姓名： 崔培良
作者工作单位：中国石油工程建设公司华东设计分公司
作者工作单位省份：山东省
作者工作单位市：青岛市
作者工作单位邮编：266071
样刊邮寄地址：山东省青岛市市南区华严路2号，中国石油华东设计院电控室
联系人：崔培良
联系电话：0532-80950582