660V电压等级在化工厂的应用

660V电压等级在化工厂的应用摘要本文通过660V电压等级在某化工厂中的应用，将660V和380V电压等级在电气设备投资和电能损耗方面进行了分析对比，来说明660V电压等级的可行性和优越性。

关键词 660V电压等级；节能降耗1 概述目前，我国的化工厂的低压配电电压等级普遍为380V，660V电压等级只在煤炭企业、钢铁企业被广泛应用。

经过本人与国外工程公司的交流、参与国外项目的设计以及借鉴煤炭项目的经验，发现660V电压等级在我国的化工厂是有很大应用前景的。

随着化工装置规模的大型化，低压配电线路长且分散，单机用电设备容量相应增大，我们可以从电压等级的选择上入手，进行设计的优化，达到节省工程投资以及节能降耗的目的。

根据《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）5.0.2条，“工矿企业亦可采用660V”以及条文解释中的内容，说明660V电压等级在我国的化工厂是可以使用的。

基于660V电压等级的可行性，本人在去年的某化工项目中进行了采用，本文以此项目为例，对化工厂采用660V电压等级供电的可行性及经济性进行分析。

2 660V与380V电压等级配电系统接线方案该项目用电设备较多，其中低压单机大容量用电设备有12台2100kW电加热器及12台160kW变频电机，其中每台电加热器又分为105kW 10组及131.25kW 8组。

对单机大容量用电设备采用用电设备-变压器组供电方案，当采用380V供电时，每台电加热器及变频电动机采用一台专用的配电变压器，变压器容量按照2500kVA考虑，接线示意图见图一。

图一 380V接线示意图图二 660V接线示意图当采用660V供电时，此两台设备仍采用一台专用的配电变压器，容量不变，电压比改为10/0.69kV，低压进线框架断路器及母线电流改为2500A，变压器低压侧经电阻接地。

接线示意图见图二。

3 660V与380V配电经济比较低压配电采用660V电压等级在煤炭及钢铁行业已有广泛应用，目前我国配电设备的绝缘电压均是按照1000V的绝缘电压进行制造的，因此电气设备的制造已不再是制约选择电压的瓶颈。

下面对660V和380V两种电压等级的运用，进行比较分析。

3.1 电动机660V电动机在我国的电动机制造企业中均为成熟产品，在煤炭及钢铁企业中也得到了广泛的应用，大部分电动机厂均有供应660V电动机的业绩。

从电动机内部构造来说，4kW及以上容量的电动机多为6桩头接线，将电动机的“△”接线改为“Y”型接线，可以直接用在660V电压等级中，功率因数、效率、损耗等性能没有变化。

经咨询南阳防爆等国内主流的电动机制造商，当电动机额定电压为660V和380V时，价格是一样的。

3.2 电加热器经咨询本项目电加热器制造商，当电加热器的电压等级由380V变为660V时，仅仅是电加热器电阻元件的接线方式发生变化，而这不增加任何费用。

电加热器的控制设备可控硅调功器适应的额定电压范围在220V至1140V之间，是可以直接用于660V电压等级的。

3.3 配电变压器经咨询沈阳全密封、新疆特变等国内主流的变压器制造商，10/0.69kV配电变压器均为常规产品，各变压器厂也有供货业绩。

从制造水平上来说10/0.69kV与10/0.4kV 配电变压器在绝缘水平、试验标准上相同的，但是变压器的空载及满载有功损耗会有差异。

两种电压等级的变压器，相同容量的价格也是一样的。

3.4 变频器由于变频器内部元件的耐压水平，380V和660V变频器不能通用，有各自电压等级对应的产品型号。

由于耐压水平的不同，变频器在价格上会有一定的差异，经咨询ABB、施奈德和国内主流变频器制造商，两种电压等级的变频器的差价大约在20%左右。

3.5 低压开关柜和元器件低压主要的配电、保护设备低压空气断路器及塑壳断路器均有400V及690V两个额定电压等级，并且两个电压等级的断路器的额定耐受电压、额定冲击电压均相同。

经咨询ABB、施奈德及常熟开关厂等主流厂商，低压断路器的价格是相同的。

虽然不同电压等级的断路器的额定短路分断能力，690V比400V电压等级的要低，但由于电压等级的提升，系统低压侧的短路电流相应减少，断路器的短路分断能力是满足系统要求的。

电动机及电加热器的二次控制电压为220V，因此在开关柜内需要增加一台控制变压器，将660V的线电压转换到220V供控制用。

经咨询国内多家柜厂，比如MNS、BLOCKSET等合资品牌及国内多种低压柜型号，380V 及660V的低压开关柜均执行同一生产标准，各开关柜厂生产的额定电压为380V和660V 的开关柜的造价相同。

3.6 电缆380V及660V两种电压均采用YJV-0.6/1kV型号的电缆。

由于相同容量的用电设备采用660V电压比采用380V电压，额定电流减少了√3倍，并且电缆压降也得到了极大改善，因此采用660V电压等级时，供电电缆的截面会有很大的减小。

3.7节能降耗在电网运行中，每个环节都有能量损耗，尤其以线路损耗最为严重。

通常线路上的电流越大，损耗越大，电流越小，损耗越小。

3.8 其它当采用660V电压时，系统接地通常采用IT系统。

IT系统的单相接地电流要远小于380V的TNS系统，避免了大的故障电流对人员生命的危害。

但是由于电容电流和漏电电流较小，不宜实现继电保护的选择性，因此在配电变压器二次侧中性点需要增加一只127Ω，3A的接地电阻，以增加系统的安全性和可靠性。

4 660V与380V配电经济分析当采用380V供电时，主要设备材料投资见表一。

表一 380V供电时投资当采用660V供电时，主要设备材料投资见表二。

表二660V供电时投资经过核算，采用660V 电压等级较采用380V 电压等级电气设备及材料的投资减少了548.88万元。

配电变压器、电加热器及电动机价格相同，变频器价格相近，而框架断路器和电缆的价格相差较大。

这是由于当采用660V 电压供电时，用电设备的电流降低了1.732倍，并且电压降对于电缆的选择的影响也大幅减少。

5 节能在本项目中，变压器和电缆均存在损耗，当采用380V 和660V 两个电压等级时，电网中的电能损耗是不同的。

下面对两种电压等级的电能损耗进行分析。

5.1 变压器损耗当采用380V 电压等级时，单台变压器的有功损耗为：kWS S P P P T K T 13.18)25002300(17.176.3)(22c 0=⨯==＋＋△△△12台变压器的总损耗为217.56kW 。

当采用660V 电压等级时，单台变压器的有功损耗为：kWS S P P P T K T 65.16)25002300(95.144)(22c0=⨯==＋＋△△△12台变压器的总损耗为199.8kW 。

式中：△P T -----变压器空载有功损耗，kW ；△P K -----变压器满载有功损耗，kW ；S C -------变压器计算负荷，kVA ；S T -------变压器额定容量，kVA ；5.2 线路损耗当采用380V 电压等级时，单台131.25kW 电加热器的线路有功损耗为：kW R I P C L 6.527102.91229.020031033-232=⨯⨯⨯⨯=⨯=-△单台105kW 电加热器的线路有功损耗为：kW R I P C L 4.571104231.006131033-232=⨯⨯⨯⨯=⨯=-△单台160kW 电动机的线路有功损耗为：kW R I P C L 871042.118.032031033-232=⨯⨯⨯⨯=⨯=-△12台电加热器及12台电动机的线路总有功损耗为1186kW 。

当采用660V 电压等级时，单台131.25kW 电加热器的线路有功损耗为：kW R I P C L 4.331102.91435.015131033-232=⨯⨯⨯⨯=⨯=-△单台105kW 电加热器的线路有功损耗为：kW R I P C L 9.188104231.09231033-232=⨯⨯⨯⨯=⨯=-△单台160kW 电动机的线路有功损耗为：kW R I P C L 5.501042.229.017531033-232=⨯⨯⨯⨯=⨯=-△12台电加热器及12台电动机的线路有功总损耗为570.8kW 。

5.3 年损耗比较综上，年工作小时数按照8000小时，年平均负荷系数按照0.75计算，当采用380V 电压等级时，12台电加热器及12台电动机的年损耗为722.5×104kW ·h ，当采用660V 电压等级时，12台电加热器及12台电动机的年损耗为352.5×104kW ·h 。

从厂用电损耗分析来看，当采用660V 电压等级时，变压器及线路上的损耗都降低了，如果按照1 kW ·h 1元钱的企业用电电价来算，该项目采用660V 电压等级后，每年可节约电费370万元。

若按照化工厂30年的生命周期来算，总共可节约电费1.11亿元，其效益是相当可观的。

6 低压配电采用660V 应注意的问题由于绝缘的原因，并非所有用电设备的额定电压都能按照660V 电压等级制造，比如化工厂常用的仪表用电设备、暖通用电设备、UPS 及照明等，均为380V 或220V 电压等级，并且660V 电压等级供电在单机大容量和长距离配电上的优势较380V 明显，因此在选择660V 电压等级前，应进行正确的负荷计算和经济比较分析，来确定选择660V 电压等级是否合理。

当电动机、电加热器采用660V 电压等级时，应单独为暖通、照明等380V 及220V 用电设备设专门的配电变压器。

因为继电器、信号灯等常用的二次元件的电压等级均为220V ，在某些项目中660V 电压等级的控制回路应增加一台660/220V 的控制变压器，如果从低压配电柜至现场用电设备没有控制线路连接，这种设置是可行的，但从低压配电柜至现场用电设备如果有控制线路连接，由于控制变压器的阻抗较大，化工厂配电线路较长，线路末端发生短路时，短路电流很小，通常只有十几安培，二次回路的保护元件不宜配置，并且线路的抗干扰能力非常弱，经常会发生控制回路误动作的事情，因此由低压配电柜至660V 电动机、电加热器现场操作箱的控制电源，应采用直流或单独取自暖通、照明用380V 变压器，660V 配电回路的低电压和失压保护，应采用单独的电压继电器或低压马达保护器来实现。

考虑到供电可靠性和系统稳定性，660V配电系统建议采用IT系统。

当采用IT系统时，660V电压等级的接地方式应采用中性点经电阻接地方式，这是因为当660V系统采用电阻接地时，单相接地故障电压不超过2.5pu，即995V，小于目前低压电气设备1000V 的绝缘电压，如果采用中性点不接地方式，单相接地故障电压为3.5pu，即1394V，超过了目前电气设备的绝缘电压，对于电气设备的选择和制造是不利的。