浅析燃煤注汽站电气设计

王延磊

中油（新疆）石油工程有限公司设计分公司新疆克拉玛依市834000

摘要随着天然气价格的上升，稠油开发所必须的注汽站面临燃料结构调整，目前已建设起一批以煤炭为主要原料的燃煤注汽站，本文从电气设计的角度介绍了燃煤注汽站的供电系统配置，结合设计实例以及施工经验，浅析了燃煤注汽站供配电系统中需要注意的设计难点，提出了类似工程的设计优化思路。

关键词燃煤注汽站；电气设计；供配电系统；

前言

随着民用天然气需求不断增加，工业用天然气价格急剧上升，为稠油油田开采所必须的锅炉注汽站，正面临燃料结构的调整，采用成本较低的煤炭资源逐步替代成本较高的天然气资源，因此稠油油田开发逐步开始建设一批大型燃煤注汽站，下面以某2×130t/h燃煤注汽站工程实例出发，浅析燃煤注汽站的电气系统设计。

设计依据及设计参数

设计依据

以某燃煤注汽站建设规模2×130t/h为例，该燃煤注汽站主要由上煤系统、锅炉系统、除渣系统、脱硫脱硝系统、电气系统、仪表及监控系统等构成。

由于目前没有专门针对油田燃煤注汽站的相关设计规范，由该燃煤注汽站蒸汽量产量折合的发电量约为一座2×25MW的燃煤电厂（发电率20%），满足《小型火力发电厂设计规范》中要求的单机容量小于125MW的要求，因此热工专业参考《小型火力发电厂设计规范》GB50049对燃煤注汽站热工部分进行设计，同时电气设计参考该规范相关内容进行。

设计参数

稠油热采工艺对持续性供汽要求很高，一旦高温供汽供应中断，将造成地层中的原油凝固，抽油机停机，严重影响油田生产，造成较大的经济损失，因此燃煤注汽站负荷等级确定为二级，站控系统DCS及数据采集存储系统负荷等级为一级，采用市电及UPS供电，消防系统负荷采用双回路供电。

燃煤注汽站供电电压等级为为10/0.38/0.22kV，全站总计算有功负荷约5.5MW，其中10kV负荷约3.5MW，主要为锅炉给水泵、锅炉一次风机、锅炉引风机等；0.4kV负荷约2MW，主要为低压电机、电动阀、电伴热、站场照明及其他负荷。

供配电系统概述

供电电源

全站采用双电源供电(2×（2×3×LGJ-95/20）)，两路10kV电源引自就近35/10kV油田变电站，架空线路采用两路同杆双回线路架设。

配电室布置

根据负荷分布及站场布置情况，在10kV负荷较为集中的锅炉主厂房附近设置变配电室1座，作为整个站区的配电中心，另在0.4kV负荷分布较为集中的综合操作间、空压机房等设置分配电室。

变压器选择及接线方式

根据低压计算负荷，选择注汽站主变容量为3×1600kVA，运行方式2用1备。10kV、0.4kV采用单母分段方式接线。

设计中需着重注意的事项

10kV变频系统配置

本例燃煤注汽站设置1400kW锅炉给水泵2用1备、400kW锅炉一次风机2用、630kW锅炉引风机2用，共7台10kV电机对应2套锅炉系统，大型电机直接启动，因电机启动电流为额定电流的7~10倍，对电网冲击较大，严重情况时可能引起上级变电所供电波动，因此10kV电机一般采用变频或软起启动方式。

根据工况不同，燃煤注汽站的锅炉给水泵、锅炉一次风机、锅炉引风机等10kV电机其运行还与油田生产工况相关，如注汽管网压力、温度、锅炉燃烧情况、蒸汽用量等实际生产情况影响，因此一般采用变频控制方式。

1400kW锅炉给水泵2用1备，按一般配置可采用“变频一拖一”+“变频一拖二”配电形式，但从现场实际运行经验考虑，“变频一拖二”配电形式下，由于是10kV电机，工作泵和备用泵的切换，必须人工介入，效率很低，而且发生过在某配置“变频一拖二”配电形式的燃煤注汽站，变频器故障，造成2台工况良好的10kV电机无法启动（电网不允许直起），燃煤锅炉停产，油田大面积停产，严重影响油田生产。因此本工程所有10kV电机均采用“变频一拖一”配电形式。

站区平面

站场平面布置，应综合考虑外电入户方向，负荷分布情况，以及各专业间的管网交叉情况，合理确定变配电室、各分配电室位置以及站区电缆沟走向。

根据各单体用电情况，合理选择电缆沟及电缆桥架。因注汽锅炉站内水处理管线、给排水管线、以及蒸汽线管网复杂，加上电力电缆沟及仪表电缆沟布置，现场建设场地有限，造成现场重复开挖工作量大，管线电缆沟交叉并行严重，不便于后期的运行维护，建议站场内采用电缆桥架为主，电缆沟为辅的电缆敷设方式。

特别是电袋除尘器配电系统，该配电系统根据技术协议，一般由厂家成套供应，现场仅需提供厂家自带电袋除尘器电控柜电源，由厂家自带电柜到个用电负荷之间的电缆均由厂家成套配带，两套电袋除尘器共需电缆约120根，电缆众多，在站区电缆沟内敷设将占据局部大部分电缆沟空间，对电缆沟内的其他电缆敷设造成影响，不利于后期检修维护。此外考虑到电袋除尘器本身为钢结构建筑形式，厂家内部配电采用电缆桥架形式，因此建议站场内电袋除尘系统电缆采用电缆桥架方式敷设。

锅炉间

锅炉间是燃煤注汽站电气设计的重点及难点，主要体现在锅炉间内用电设备多，分布较广，不集中。因此造成锅炉间内供电配线复杂，但在工程设计阶段，应充分利用相关建筑的结构特点，合理布线配缆。

锅炉间为钢结构形式，与配电仪控楼毗邻建设，配电仪控楼内设与锅炉间8m层联通的电缆夹层，站内10kV电机主要分布在锅炉间0m层，因此0m层建议采用电缆沟敷设方式，8m及以上层采用电缆桥架敷设方式，电缆从电缆夹层敷设至锅炉间后，利用钢构造柱，采用树干配电形式，沿钢构架垂直敷设至用电设备所在平台，然后使用分支敷设至各用电点。

锅炉间的动力及照明配电回路，电气设计人员应和结构及工艺专业紧密结合，明确各用电点位置，以及工艺管线分布，找到合理的线缆敷设空间，同时应避免高温对线缆的影响，特别是锅炉间0m层存在除渣系统，炉渣为高温，因此0m层电缆建议选择耐高温电缆。

锅炉间内正常运行时会产生一定粉尘，因此锅炉间选择IP65等级，防尘、防水、防腐电气设备。

锅炉间内各检修平台应设置数量足够的检修配电箱，配电箱建议采用配电室直配形式。

上煤系统

上煤系统主要包括卸煤间、输煤斜廊、一二级转运间等，因锅炉燃料为经过加工的小煤块，因此上煤系统在正常运行时会产生一定粉尘，在通风不畅的运行工况下，粉尘聚集一定程度，会有粉尘爆炸危险，因此应特别注意上煤系统的电气设备选择，本例中选择的配电箱、灯具等都是IP65等级，防尘、防水、防腐电气设备，线缆采用穿钢管明装的敷设形式。

障碍照明

燃煤注汽站高耸烟囱上设置的障碍照明很容易遗漏或设计不规范。

本例中烟囱高度为80m，烟囱顶部直径约3m，底部直径约7m。根据《发电厂和变电站照明设计技术规定》DL/T5390-2014中5.4.3之规定，本例中烟囱应设置两层障碍指示灯，第一层距烟囱顶部1.5~3m范围内，该层障碍指示灯为3盏；第二层距第一层障碍指示灯不大于52m，该层障碍指示灯为4盏。

柴油发电机

本例中设置100kW柴油发电机一套，主要为事故情况下紧急放空阀、紧急切断阀和紧急外排系统等供电。但该柴油发电机为冷备用状态，启动时间约30秒至1分钟，关键是该启动时需人工介入，对现场操作人员要求较高，现场实际实施难度大。

根据本例的电源配置，一般燃煤注汽站电源由上级35kV或110kV变电站直配，采用双回路架空线路供电，两回架空线路1用1备，10kV进线开关柜设进线备投功能，供电可靠性较高。若出现变电站停电，则附近油田生产将停产，燃煤锅炉保证紧急切断机放空即可。因此可以考虑增大站控UPS系统容量，取消柴油发电机设置，从而优化设计，减少工程投资。

结语

燃煤注汽站作为一个系统工程，为保证项目施工过程中的顺利，就需要各专业相互配合，在图纸设计阶段就相互紧密配合，在优化本专业设计的同时，减少各专业间的错漏碰缺，从而减少施工现场重复工作量，最大程度的减少项目投资浪费，完成一个令业主及建设单位较为满意的电气设计。

参考文献

[1]《供配电系统设计规范》GB50052-2009

[2]《20kV及以下变电站设计规范》GB50053-2013

[3]《工业与民用配电设计手册》第四版