石化生产装置变配电所电气设计.docx

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石化生产装置变配电所电气设计

石化生产装置变配电所电气设计

前言

在石油化工企业的供电系统中装置变配电所是电气设计最多的，电气设计人应能熟练地掌

握设计石化生产装置变配电所电气设计技术，是最基本要求。

装置变配电所的供电统和布

置是多钟多样，加以分析。

从中学习新的技术。

目前工艺装置生产能力扩大，用电设备单

机容量增大，例如年产 1000 万旽炼油及 80 万旽乙烯工程，设 2 个 220KV 总变，炼油和化

工各设一个总变。

仅化工部分就设 6-7 个区域变配电所，由 220（110）/35KV 总变向

35/10KV 区域变电所供电，再由区域变电所用 10KV 线路向装置变配电所供电。

装置变配

电所规模变大，作好装置变配电所非常重要。

石油化工装置变配电所电气设计是按中国石化的“石油化工详细设计（施工图设计）深度

规定”进行设计。

需出设计文件如下：

变配电部分电气详细设计（施工图）成品（090）

1.文表类（填表格）

1） 图纸目录

2） 说明书

3） 电气设备材料一览表

4） 电缆表册

5） 10（6）KV 设备选择及校验表（当需要时）；（也可在说明书说明）

6） 继电保护整定表及整定曲线。

（也可在说明书说明）

2.图纸

1） 10（6）KV 供电系统图；

2） 10（6）KV 电路图；

包括：

10（6）KV 进线电路图；

10（6）KV 母联电路图；

10（6）/0.4KV 变压器电路图；

10（6）KV 电动机电路图；

10（6）KV 电容器电路图；

10（6）KV 引出线电路图

3） 220/380V 系统图；

4） 低压电路图；（包括 220/380V 进线、220/380V 母联、380V 电动机-不同容量

及不同要求、220/380V 引出线等）

5） 220/380V 抽屉柜排列布置图；

6） 220V 直流供电系统图

7） 自动化系统网络拓朴及配置图（当需要时）；

8） 10（6）KV 配电装置小母线布置图；

9） 互连接线图（当接线关系复杂时）；

10） 变配电所平面布置及剖面图；

11） 变配电所电缆桥架（地沟）平面布置及剖面图；

12） 变配电所平面布线图（柜，箱，盘及进出建筑物的电缆号）；

13） 端子箱端子排图（至 DCS）；

14） 按钮选择表

下面对每种文件的要求讲解：

详细工程设计文件的内容 及说明

1 图纸目录：

内容应列出全部设计成品文件（包括新设计和复用的文表和图纸），其内容应

包括序号、文件编号、文件名、数量、版次（修改号）及必要的注释

.2 说明书：

（1）概述：

包括设计分工及范围；设计基础资料（气象及地质资料）

（2）电源概况；工作电源及保安电源；

（3）用电负荷情况；负荷等级及负荷计算。

（4）电气主接线；简述 10（6）KV 系统主接线及 380V 系统接线

（5）简述变配电室平剖面布置（10（6）KV 配电装置、低压配电装置、变压器、10（6）

KV 电容器装置、直流电源装置、微机保护及监控设备、UPS 装置等的设置及其布置）；

（6）10（6）KV 进线、10（6）KV 母联、10（6）/0.4KV 变压器、10（6）KV 电动机、

10（6）KV 电力电容器、10（6）KV 电压互感器、10（6）KV 引出线的保护、控制、信

号、计量的设置及自动装置设置；

（7）10（6）KV 及 380V 电动机的连锁、再起动装置设置；

（8）变配所内部电缆桥架（电缆沟）的设置及线路敷设方式；

（9）变配电室的动力配电工程、照明工程、防雷接地；

（10）安全消防；

（11）节能措施。

3 电气设备材料一览表：

设备部分：

包括 10（6）/0.4KV 变压器、10（6）KV 开关柜、10（6）KV 电容补偿装置、

低压开关柜、微机保护及监控系统装置、中压电器类、低压电器类、各种配电箱、控制柜

（屏）、直流电源装置、UPS 电源装置、变频调速装置、电气起动设备、现场控制设备、

防爆电器类、各种灯具、母线及母线设备、电线电缆、电缆桥架、线路金具、绝缘子及电

瓷设备等。

10（6）/0.4KV 变压器，应列出型号容量；绕组接线组别（D,Yn11），一次电压及调

压抽头；二次电压

10（6）KV 开关柜应标明开关柜型号，断路器（真空或 SF6）型号，额定电压，额定

电流和分断能力、固定式或手车式、中置式手车或落地式手车；（或详见 10（6）KV 系统

图）

低压开关柜应标明开关柜型号，断路器型号，额定电压，额定电流，和分断能力；抽

屉式或固定式。

（或详见 0.4KV 系统图）

电容补偿装置应标明型号容量；

微机保护及监控系统装置应标明型号；（或详见 10（6）KV 系统图）

UPS 装置应标明容量；

直流电源装置应标明型号直流输出电压，蓄电池种类及容量，如免维修铅酸密封蓄电

池；65AH.220V

变频调速装置应标明所供电机容量及电压等级；

电气起动设备、现场控制设备、防爆电器类、各种灯具、母线及母线设备、电线电缆、电

缆桥架、线路金具、绝缘子及电瓷设备等。

对提供规格书或图纸的电气设备，应标明该设备规格书的文件号或及参见的图号。

随主机配套供货的电气设备，应在备注栏中注明 “随 XXX 配套供货”。

电气材料部分：

包括各种型钢、各种钢管、钢板；铜、铝材（但不含铜、铝母线）、塑料

管，绝缘材料，防火材料等。

4.电缆表册

（一）10（6）KV 动力电缆

（二）低压电缆

（三）控制电缆

注：

电缆编号：

5.10（6（KV 设备选择及校验表：

包括短路计算点、工作电压、工作电流、对称短路视在

功率、对称短路电流初始值、短路电流峰值、稳态短路电流有效值、设备及电缆等规格、

设备额定电压、设备额定电流、设备的遮断容量及设备的动热稳定。

（当详细工程设计与基

础工程设计内容、范围相同时，可省略。

）

有的工程，业主提不出电源系统短路数据，设计采用所选用的中压断路器分断电流（KA）

值作为选择中压断路器，10（6）KV 电缆最小截面，10（6）KV 电流互感器最小变比，设

计应向业主提出，要求电源短路数据应保证小于中压断路器分断能力。

6.继电保护整定表，包括主要电气设备继电保护计算的原始数据及继电保护的整定。

必须

业主提供最大运行方式最大短路电流、最小运行方式的最小短路电流，无最小运行方式的

最小短路电流，对整定值的灵敏度，无法校验。

有时在设计时无条件作.继电保护整定表，

在交工时才作继电保护整定表。

采用微机保护的整定与以前的计算有所不同。

例题：

一．.电动机继电保护：

电动机保护整定计算

已知参数：

电动机额定电压 6KV，额定功率 650KW，COSφ=0.89，运行额定电流 75.5A，启动时间

4.5S，启动电流 453A，故障单相接地电流 15A，最大过负荷电流 113A，CT 变比 100/5。

根据电动机微机保护的原理，在所有的整定值计算之前需先计算。

：

装置的设定电流（电动机实际运行电流反应到 CT 二次侧的值）

1、电流速断保护（正序速断）

按躲过电动机起动电流来整定：

，：

可靠系数

微机保护的速断定值可将起动时间内和起动时间后分别整定，故需两个速断定值:

①起动时间内，推荐取 1.8，则

②起动时间后：

由于起动时间后电动机运行电流降为额定电流，对非自起动电机，为防止起动时间之后电

动机仍运行在起动电流水平上，推荐使用下式：

，取 0.8

则：

对需自起动电机，起动时间后的电流速断定值建议使用下式：

，取 1.3

则：

速断延时 0 秒。

2、负序过流保护

根据微机保护软件程序中负序电流的算法不同，推荐使用下式：

，取 0.8

则：

为防止合闸不同期引起的负序电流，推荐延时不小于 0.2 秒。

本例取 0.3 秒。

3、接地保护

当接地电流大于 10A 时，才需设单相接地保护，公式为：

式中：

：

可靠系数，若取不带时限的接地保护，取 4～5，若带 0.5 秒延时，取 1.5～2。

：

该回路的电容电流

对本例，拟取带延时的接地保护，延时 0.5 秒，

注意：

为一次零序电流，但保护装置要求输入的定值是二次侧定值，故应将 30A 换算成二

次电流。

由于零序 CT 变比不明，故需用户实际整定时，按计算的一次电流实测二次零序电流，将测得的值输入

保护装置。

4、堵转保护

堵转电流按躲过最大过负荷整定，推荐使用下式：

式中：

：

可靠系数，取 1.3。

：

最大过负荷电流

则：

，取 8A

堵转延时推荐使用 1 秒。

5、过负荷（过热）保护

不同微机保护的过负荷判据不同，以珠海万利达公司装置为例：

t---- 保护动作时间（s）

---- 发热时间常数

----电动机运行电流的正序分量（A）

----电动机运行电流的负序分量（A）

----装置的设定电流（电动机实际运行额定电流反应到 CT 二次侧的值）

---- 正序电流发热系数，启动时间内可在 0～1 范围内整定，级差 0.01，启动时间过后自动变为 1

---- 欠序电流发热系数，可在 0～10 的范围内整定，若无特殊说明，出厂时整定为 6。

K1 的整定：

由于起动时间内电动机起动电流较大，为防止起动过程中电动机过负荷保护动作，一般 K1 整

定为 0.3。

K2 的整定：

由于一般情况下电动机负序阻抗与正序阻抗之比为 6，故一般情况下设为 6。

也可根据具体实

例正序阻抗之比来整定。

τ1 的整定：

按电动机最多可连接起动二次考虑，即,时，热保护动作

时间秒，则：

取

6、起动时间

按电动机起动时间乘 1.2 可靠系数整定：

秒， 取 6 秒

7、低电压保护

低电压保护的整定条件有以下几条：

①按保证电动机自起动的条件整定，即

---- 保证电动机自起动时，母线的允许最低电压一般为（0.55～0.65）Ue

Kk----可靠系数，取 1.2

Kf----返回系数，取 0.9

②按切除不允许自起动的条件整定，一般取（0.6～0.7） Ue

以上两种整定值均取 0.5 秒的延时，以躲过速断保护动作及电压回路断线引起的误动作。

③根据保安条件，在电压长时间消失后不允许自起动的电动机。

电压保护动值一般取（0.25～0.4） Ue，失

压保护时限取 6～10 秒。

④具有备用设备而断开的电动机，失压保护整定为（0.25～0.4） Ue，动作时限取 0.5 秒。

用户根据实际电动机的用途（自起动与否）自行选择整定条件。

对不同公司的电动机微机保护装置，保护需整定的参数及计算原理不同，应参照产品说明书进行整定计算。

［1］工厂常用电气配电设计手册．

［2］电气工程师手册．

·

·

装置的设定电流（电动机实际运行电流反应到 CT 二次侧的值）

1、电流速断保护（正序速断）

按躲过电动机起动电流来整定：

，：

可靠系数

微机保护的速断定值可将起动时间内和起动时间后分别整定，故需两个速断定值:

①起动时间内，推荐取 1.8，则

②起动时间后：

由于起动时间后电动机运行电流降为额定电流，对非自起动电机，为

防止起动时间之后电动机仍运行在起动电流水平上，推荐使用下式：

，取 0.8

则：

对需自起动电机，起动时间后的电流速断定值建议使用下式：

，取 1.3

则：

速断延时 0 秒。

2、负序过流保护

根据微机保护软件程序中负序电流的算法不同，推荐使用下式：

，取 0.8

则：

为防止合闸不同期引起的负序电流，推荐延时不小于 0.2 秒。

本例取 0.3 秒。

3、接地保护

当接地电流大于 10A 时，才需设单相接地保护，公式为：

式中：

：

可靠系数，若取不带时限的接地保护，取 4～5，若带 0.5 秒延时，

取 1.5～2。

：

该回路的电容电流

对本例，拟取带延时的接地保护，延时 0.5 秒，

注意：

为一次零序电流，但保护装置要求输入的定值是二次侧定值，故应

将 30A 换算成二次电流。

由于零序 CT 变比不明，故需用户实际整定时，按计算的一次电

流实测二次零序电流，将测得的值输入保护装置。

4、堵转保护

堵转电流按躲过最大过负荷整定，推荐使用下式：

式中：

：

可靠系数，取 1.3。

：

最大过负荷电流

则：

，取 8A

堵转延时推荐使用 1 秒。

5、过负荷（过热）保护

不同微机保护的过负荷判据不同，以珠海万利达公司装置为例：

t---- 保护动作时间（s）

---- 发热时间常数

----电动机运行电流的正序分量（A）

----电动机运行电流的负序分量（A）

----装置的设定电流（电动机实际运行额定电流反应到 CT 二次侧的值）

---- 正序电流发热系数，启动时间内可在 0～1 范围内整定，级差 0.01，启动时间

过后自动变为 1

---- 欠序电流发热系数，可在 0～10 的范围内整定，若无特殊说明，出厂时整定

为 6。

K1 的整定：

由于起动时间内电动机起动电流较大，为防止起动过程中电动机过负荷

保护动作，一般 K1 整定为 0.3。

K2 的整定：

由于一般情况下电动机负序阻抗与正序阻抗之比为 6，故一般情况下设为

6。

也可根据具体实例正序阻抗之比来整定。

τ1 的整定：

按电动机最多可连接起动二次考虑，即,时，

热保护动作时间秒，则：

取

6、起动时间

按电动机起动时间乘 1.2 可靠系数整定：

秒， 取 6 秒

7、低电压保护

低电压保护的整定条件有以下几条：

①按保证电动机自起动的条件整定，即

---- 保证电动机自起动时，母线的允许最低电压一般为（0.55～0.65）Ue

Kk----可靠系数，取 1.2

Kf----返回系数，取 0.9

②按切除不允许自起动的条件整定，一般取（0.6～0.7） Ue

以上两种整定值均取 0.5 秒的延时，以躲过速断保护动作及电压回路断线引起的误动

作。

③根据保安条件，在电压长时间消失后不允许自起动的电动机。

电压保护动值一般取

（0.25～0.4） Ue，失压保护时限取 6～10 秒。

④具有备用设备而断开的电动机，失压保护整定为（0.25～0.4） Ue，动作时限取 0.5

秒。

用户根据实际电动机的用途（自起动与否）自行选择整定条件。

对不同公司的电动机微机保护装置，保护需整定的参数及计算原理不同，应参照产品

说明书进行整定计算。

［1］工厂常用电气配电设计手册．

［2］电气工程师手册．

二．进线、分段、变压器、电容器的继电保护“

∙

降压变电所引出 10KV 电缆线路,线路接线如下图所示:

已知条件:

最大运行方式下,降压变电所母线三相短路电流为 5500A,配电所母线三相短路电流

为 5130A，配电变压器低压侧三相短路时流过高压侧的电流为 820A。

最小运行方式下,降压变电所母线两相短路电流为 3966A,配电所母线两相短路电流为

3741A，配电变压器低压侧两相短路时流过高压侧的电流为 689A。

电动机起动时的线路过负荷电流为 350A，10KV 电网单相接地时最小电容电流为 15A，10KV 电

缆线路最大非故障接地时线路的电容电流为 1.4A。

系统中性点不接地。

A、C 相电流互感器变比为 300/5，

零序电流互感器变比为 50/5。

进线：

整定计算（计算断路器 DL1 的保护定值）

1、瞬时电流速断保护

瞬时电流速断保护按躲过线路末端短路时的最大三相短路电流整定，保护装置的动作电流

，取 110A

保护装置一次动作电流

灵敏系数按最小运行方式下线路始端两相短路电流来校验：

由此可见瞬时电流速断保护不能满足灵敏系数要求，故装设限时电流速断保护。

2、限时电流速断保护

限时电流速断保护按躲过相邻元件末端短路时的最大三相短路时的电流整定，则保护装置动作电流

，取 20A

保护装置一次动作电流

灵敏系数按最小运行方式下线路始端两相短路电流来校验：

限时电流速断保护动作时间取 0.5 秒。

（按 DL2 断路器速断限时 0 秒考虑，否则延时应为：

t1=t2+Δt）

3、过电流保护

过电流保护按躲过线路的过负荷电流来整定，则保护动作电流

，取 8A

式中：

Kn 为返回系数，微机保护的过量元件返回系数可由软件设定，一般设定为 0.9。

过电流保护一次动作电流

保护的灵敏系数按最小运行方式下线路末端两相短路电流来校验

在线路末端发生短路时,灵敏系数为

在配电变压器低压侧发生短路时,灵敏系数为

保护动作延时应考虑与下级保护的时限配合，t1=t2+Δt，Δt 取 0.5 秒。

4、单相接地保护

单相接地保护按躲过被保护线路最大非故障接地的线路电容电流整定并按最小灵敏系数 1.25 校验。

按躲过被保护线路电容电流的条件计算保护动作电流（一次侧）:

（：

可靠系数，瞬动取 4-5，延时取 1.5-2）

此处按延时 1 秒考虑，取 2，则

校验灵敏度系数：

=15/2.8=5.36>1.25

注意：

由于在很多情况下零序 CT 变比不明确，可以实测整定：

从零序 CT 一次侧通入 2.8A 电流，测零序

CT 二次侧电流是多少，此电流即为微机保护零序定值。

5、 低周减载

低周减载动作的频率整定值：

整定范围（45-49.5）Hz，级差 0.01 Hz

低周减载动作的延时整定值：

整定范围（0-10）S，级差 0.01 S

滑差闭锁定值：

整定范围（2-5）Hz /S。

出厂前设定为 3 Hz /S

低周减载欠压闭锁值：

整定范围（10-90）V， 级差 0.01V

低周减载欠流闭锁值：

整定范围（0.2-5）A， 级差 0.01A

以上定值是用户根据系统参数计算或由上级调度下达的，本文不再举例。

变压器保护整定计算

10 / 0.4KV 车间配电变压器的保护。

已知条件：

变压器为 SJL1 型，容量为 630KVA，高压侧额定电流为 36.4A，最大过负荷系数为 3，正常过负荷系数为

1.2。

最大运行方式下变压器低压侧三相短路时，流过高压侧的短路电流为 712A。

最小运行方式下变压器高压侧两相短路电流为 2381A，低压侧两相短路时流过高压侧的短路电

流为 571A。

最小运行方式下变压器低压侧母线单相接地短路电流为 5540A。

变压器高压侧 A、C 相电流互感器变比为 100/5，低压侧零序电流互感器变比为 300/5。

整定计算：

1、高压侧电流速断保护

电流速断保护按躲过系统最大运行方式下变压器低压侧三相短路时，流过高压侧的短路电流来整定，保护

动作电流

，取 55A

保护一次动作电流

电流速断保护的灵敏系数按系统最小运行方式下，保护装置安装处两相短路电流校验

电流速断保护动作时限取 0 秒。

2、高压侧过电流保护

若考虑定时限，过电流保护按躲过可能出现的最大过负荷电流来整定，保护动动作电流

，取 7A

式中：

Kh 为返回系数，微机保护过量元件的返回系数可由软件设定，被设定为 0.9。

保护动作一次电流

过电流保护的灵敏系数按系统最小运行方式下，低压侧两相短路时流过高压侧的短路电流进行校验

过电流保护动作时限取 0.5 秒（与下级保护动作时限相配合，考虑车间变压器一般为末端负荷，故取 0.5

秒）。

若考虑反时限，过电流定值一般按变压器正常过载能力考虑，保护动作电流：

，取 3.16A

保护动作一次电流：

校验灵敏度系数：

反时限时间常数整定：

按超过变压器正常过载能力 1.1 倍过电流时，变压器可运行 600 秒考虑，则：

3、高压侧不平衡电流保护

对于变压器的各种不平衡故障（包括不平衡运行，断相和反相），微机保护设置了不平衡电流保护。

根据微机保护“不平衡电流保护”功能软件的算法，一般我们推荐保护定值为（0.6～0.8）Ieb，为防止变压

器空投时由于三相合闸不同期而引起误动，推荐延时不小于 0.2S。

对本侧，计算如下：

，取 1.46A

保护一般动作电流：

延时取 0.5S。

4、高压侧零序过电流

根据规程规定，10KV/0.4KV 变压器高压侧不设零序保护。

如果需设此保护，则可能是系统接线较复杂，

按规程规定应设零序，但规程程列举的计算罗列了许多情况，本例不再一一列举，可根据规程计算即可。

5、低压侧零序过流保护

可利用高压侧过电流保护兼作低压侧单相接地保护，如果校验灵敏度不满足要求，则应设低压侧零序过电

流保护，计算如下：

按以下两个原则计算，比较后取较大值：

①躲过正常运行时中性线上最大不平衡电流；

②与下线支线零序电流保护定值相配合。

本例车间变压器为末级负荷，故只计算①即可。

，取 5A

保护的一次动作电流

保护的灵敏系数按最小运行方式下，低压侧母线或母干线末端单相接地时，流过高压侧的短路电流来校验：

低压侧单相接地保护动作时限取 0.5 秒。

低压侧单相接地保护动作时限的整定原则：

①如果变压器一次开关选择的是 F-C 回路，则该时限的选择应与熔断器的熔丝熔断时间相配合，即要在熔

丝熔断前动作。

②如果变压器一次开关选择的是断路器，则与下一级出线的接地保护时间上配合，即大于下级出线接地保

护的动作时限一个级差（0.5S）。

本例变压器为末级负荷，可选 0.5S 延时。

6、瓦斯保护

变压器应装设瓦斯保护，其动作接点通过瓦斯继电器接点保护装置开入量（本体保护）由保护装置动作出

口或发信号。

7.10（6）KV 系统图，包括母线；母线连接的各主要设备；各测量表计；二次接线图号；

标明进线电源的数量、断路器短路容量、电压等级。

8. 10（6）KV 电路图，包括进线、母联、变压器、电动机、电容器、引出线等用电设备的

控制、联锁、微机保护监控关系，其中包括原理接线图；控制开关接线图；端子图；设备

元件表等。

（涉及到进口设备，按项目规定执行。

）

9. 直流供电系统图，包括接线框图、各直流馈线名称、元件型号及规格、线路编号、设备

表等。

按厂家资料。

10.低压系统图，包括母线、母线连接的各主要设备、各测量表计、二次接线图号，图中

应标明进线电源的数量、对称短路视在功率、电压等级、母线、各电气元件的型号规格