工業(yè)廠區(qū)變配電站設計的經(jīng)驗總結(jié)

李圓

（天津市化工設計院，天津300193）

工業(yè)廠區(qū)變配電站設計的經(jīng)驗總結(jié)

李圓

（天津市化工設計院，天津300193）

電能作為日常生活與工作的主要動力能源，各行各業(yè)都不能離開它，化工行業(yè)更是如此。隨著電氣自動化技術的提高，企業(yè)用電量迅速增長，這就對電能質(zhì)量、供電可靠性及企業(yè)經(jīng)濟性提出了更高的要求。供電系統(tǒng)設計的是否完善不僅反映到企業(yè)供電的可靠性和安全性上，而且還會影響企業(yè)的建設投資、運行費用和資源消耗等諸多方面因素。

變配電站；高低壓系統(tǒng)；負荷計算；配合

除個別大型企業(yè)有自備發(fā)電廠外，絕大多數(shù)企業(yè)都是從國家電網(wǎng)系統(tǒng)中獲取電能，而工業(yè)負荷也是電力系統(tǒng)中的主要用戶。因此保證企業(yè)供電的可靠性與穩(wěn)定性不僅關系企業(yè)自身的經(jīng)濟利益，同時也關系到國家電力系統(tǒng)的安全運行與能源的合理利用。

所以做好工業(yè)廠區(qū)內(nèi)的供電系統(tǒng)設計對企業(yè)自身的發(fā)展具有很重要的作用，同時對于節(jié)約能源、支援國家建設也具有重大的意義。

1 供電系統(tǒng)設計的優(yōu)化

1.1 供電系統(tǒng)設計要求

隨著現(xiàn)代化發(fā)展的步伐加快，各企業(yè)的工藝水平及工藝要求都有了進一步的提高，但是現(xiàn)行的標準往往滯后于此，而且有些還都是從民用建筑的角度出發(fā)，并不能完全概括化工企業(yè)的信息。

根據(jù)筆者多年工作經(jīng)驗總結(jié)，對于化工企業(yè)來說，安全可靠依然是重中之重，但成本節(jié)約同樣尤為重要，供電系統(tǒng)設計應遵循以下原則。

1.1.1 人身安全

在電能的供應、分配與使用中，不應該發(fā)生人身和設備的事故。

化工行業(yè)多涉及各種化工原料，這些原料本身具有刺激性、腐蝕性及爆炸性等特點，一旦出現(xiàn)事故，輕則停產(chǎn)，重則爆炸，后果往往十分危險。

1.1.2 供電可靠

在安全合理的前提下必須滿足用戶對供電穩(wěn)定性的要求

化工行業(yè)多電機及大功率設備，對電能的穩(wěn)定性要求高，電壓不穩(wěn)會使設備波動甚至停機，而化工行業(yè)中某些設備停機會造成嚴重后果，最嚴重時會造成爆炸事故。

1.1.3 優(yōu)質(zhì)優(yōu)量

滿足不同設備對電壓及頻率的要求。

化工行業(yè)根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同往往會由不同電壓等級的設備，某些企業(yè)甚至還會有頻率上的要求。

1.1.4 經(jīng)濟節(jié)約

在滿足設計要求的前提下節(jié)約成本，降級投資費用，減少資源消耗。

企業(yè)創(chuàng)收在擴大營銷外，節(jié)約成品也是重中之重，這在化工企業(yè)中也是尤為明顯的。

此外，布局應充分利用建筑特點，并為以后的擴展預留空間，合理的處理局部和全局、當前和長遠的關系，既要顧全局部的當前利用，也要有全局觀，顧全大局適應未來發(fā)展。

1.2 設計步驟的總結(jié)優(yōu)化

設計本身并沒有絕對先后順序，最終的目的就是滿足工藝要求，為廠區(qū)所有用電負荷供電，并保證運行長期可靠，不同的設計人員設計的方法、步驟及切入點也不盡相同。

下面我將自己在工作中實際使用的設計步驟總結(jié)如下，供大家參考討論。配電系統(tǒng)的設計內(nèi)容和步驟應結(jié)合廠區(qū)或工段的負荷數(shù)量和性質(zhì)、生產(chǎn)工藝或設備本身對負荷的要求以及全場負荷分布情況，選擇最優(yōu)方案。

1.2.1 負荷計算

負荷計算時方案選擇及設計的第一步，它能直觀的體現(xiàn)出廠區(qū)負荷的分布情況，為后續(xù)的設計提供重要的基礎資料。

1.2.2 主接線設計同時確定變壓器臺數(shù)、容量

根據(jù)用電設備的數(shù)量、負荷要求及生產(chǎn)條件確定高、低壓接線方式；根據(jù)全廠負荷計算以及備用和擴建的需要，確定變壓器臺數(shù)及數(shù)量。

1.2.3 配電室布局

根據(jù)建筑物布局結(jié)合規(guī)范要求，按照變壓器數(shù)量布置配電柜位置；同時應考慮電纜出線至外管廊及各裝置區(qū)的位置。要求做到出線簡單方便，路徑簡化節(jié)約。

1.2.4 系統(tǒng)設計與繼電保護

根據(jù)各工段的實際用電情況確定配電柜數(shù)量；根據(jù)用電設備的容量大小選擇適合的開關及保護；根據(jù)被保護對象性質(zhì)選擇正確合適的繼電保護裝置。

1.2.5 根據(jù)功率因數(shù)確定無功補償容量

按照負荷計算結(jié)果及實際配電系統(tǒng)，結(jié)合變壓器容量，通過查表或計算得出達到供電部門要求所需補償?shù)臒o功率，選擇無功補償容量，確定補償柜數(shù)量并與系統(tǒng)相結(jié)合。

2 具體設計內(nèi)容及實例說明

根據(jù)筆者參與并獨自完成設計的某項目配電室為依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場施工經(jīng)驗及后期運行管理中解決的問題方案，總結(jié)概括如下。

2.1 負荷計算

所謂負荷計算是根據(jù)用電設備基礎資料綜合考慮功率因數(shù)、同期系數(shù)、功率損耗等因素通過計算得出的數(shù)據(jù)，是變壓器選擇及系統(tǒng)設計的基礎資料，同時也是全廠設備信息的總結(jié)概況。

2.1.1 主要公式

規(guī)范及手冊中給出的計算公式往往通用性很強，但對于工程實際使用來說存在一定的片面性，很多實際用到的系數(shù)并沒有考慮；因此結(jié)合在實際中使用的參考系數(shù)，我將我們實際結(jié)合各項系數(shù)后所使用的主要公式總結(jié)如下：

2.1.2 廠區(qū)負荷計算簡表

根據(jù)上述的計算公式，我將全廠所有電機的信息按照廠房及工段劃分，并進行總結(jié)概括就可以得出全廠性的負荷計算書，表1是我匯總的某一個工段的負荷計算。

表1

根據(jù)表1可算出，本裝置(電加熱器負荷)：本裝置計算有功功率445kW；

本裝置計算無功功率330kW；

本裝置計算電流842A；

本裝置(非電加熱器負荷)：本裝置計算有功功率445kW；

本裝置計算無功功率330kW；

本裝置計算電流842A。

同理其它裝置也可做出其相應的負荷計算；將所有子項匯總后得出全廠總的負荷計算，其中：

總裝機容量為6461kW；總常用容量為3074kW；總計算有功功率為2373kW；總計算無功功率為1759kW；總計算電流為4499A。

2.2 變電所位置選擇及主接線設計同時確定變壓器臺數(shù)、容量

根據(jù)我們在實際工程中的經(jīng)驗，變電所應放置在廠區(qū)中間或靠近主要負荷的工段附件，這樣可以節(jié)省大量的電纜，本項目變配電室放置于主要負荷工段的南側(cè)，中間利用管廊貫通，電纜可以用最短的距離到達現(xiàn)場。

在本項目中含有二級負荷，即中斷其供電會造成重大經(jīng)濟損失，因此根據(jù)規(guī)范要求，二級負荷的供宜由兩回線路供電，故本低壓系統(tǒng)采用雙母線分段運行；同時根據(jù)甲方要求，每臺變壓器均能帶起2段的全部負荷，因此本項目采用4臺1250kVA的變壓器，每兩段一組并設母聯(lián)開關，當本組一臺變壓器出現(xiàn)事故或檢修時由另一臺變壓器為本組所有設備提供電源。

2.3 配電室布局

本項目設獨立配電室，其大小為21.6m×15.7m，房間內(nèi)柱子之間東西向間距為5.4m，南北向間距為8m。根據(jù)規(guī)范要求，配電柜與墻面（含柱面）及配電柜之間應留有必要的距離，因此為了最大化利用房間，同時盡可能多的紡織配電柜，本次設計采用東西向布置；因管廊及主要設備區(qū)域均處于變配電站的北側(cè)及西側(cè)，故為了出線方便避免內(nèi)部交叉，將變壓器放置于配電室東側(cè)。

具體詳圖1所示。

圖1

2.4系統(tǒng)設計與繼電保護

2.4.1 系統(tǒng)設計

系統(tǒng)設計及電氣選型是我們在設計中最需要注意的環(huán)節(jié)，化工行業(yè)更是如此，因為本行業(yè)中的設備多為連續(xù)運轉(zhuǎn)且無人24h在旁監(jiān)控，因此合理的設計與正確的選型，是保證化工企業(yè)設備正常運行、設備故障預警及事故及時保護的根本。

根據(jù)規(guī)范要求及行業(yè)慣例，電氣設計中需要增加各種保護裝置，但具體到某一個類型往往介紹的不全面，下面我將在本次設計中保護的對象及整定值進行總結(jié)概括；保護分很多種不同類型，其中主要的設備包括斷路器、接觸器、電動機保護器、熱繼電器等等。

1）斷路器—按照設備的額定電流選擇

不同廠家分級不同，但一般包括(10A、16A、25A、40A、50A…)，例如：15kW的電機，其額定電流Ie=28.49A，因此應選用50A的型號；但需要注意所選型號的電流值應小于本回路電纜的最大載流量。

2）接觸器—按照設備的額定電流選擇

不同廠家分級不同，但一般包括(9A、16A、25A、40A、50A…)，與斷路器不同，如果電機的額定電流與斷路器型號接近應放大一級選擇。例如：7.5kW的電機，其額定電流Ie=14.25A，故應選用25A的接觸器。

3）電動機保護器—按照設備的額定電流選擇

可參考廠家選型樣本，根據(jù)設備的額定電流選擇。

4）熱繼電器—按照設備的額定電流選擇

熱繼電器作為電動機保護器的簡化產(chǎn)品在選型時應注意，所選范圍的上限不應接近額定電流，一般應將額定電流選在范圍的中間。例如：3kW的電機，其額定電流Ie=7.6A，因此該熱繼電器應選用(7～10A)檔而不是(5.5～8A)檔。

2.4.2 繼電保護

繼電保護是根據(jù)運行過程中發(fā)生故障時根據(jù)設定在整定時間內(nèi)有選擇的發(fā)出跳閘命令或報警信號，其包括電流增加、電壓升高或降低、頻率降低等現(xiàn)象。繼電保護裝置一般根據(jù)電流值或時間設定值來進行選擇性跳閘。其中根據(jù)電流值來進行選擇的為反時限保護，電流越大跳閘越快；根據(jù)時間來進行選擇的為定時限保護，其在故障電流超過整定值后經(jīng)過給定的時間才出線跳閘命令。

另外繼電保護按保護性質(zhì)分類可分為電流速斷保護、電流延時速斷保護、過電流保護、過電壓保護、低電壓保護、單相接地保護、差動保護等；按照被保護對象分類也可分為發(fā)電機保護、電力變壓器保護、線路保護、母線保護、電力電容器保護等。

2.5 根據(jù)功率因數(shù)確定無功補償容量

2.5.1 無功補償

每臺電氣設備出廠時設備所能發(fā)出的總能量并不全部轉(zhuǎn)化為有功功率，隨著發(fā)熱及震動等消耗，每臺設備實際能發(fā)出的有功功率均會小于其本身的視在功率。

因此有效的減少無功功率的消耗就可以提高設備的有功功率，這在化工行業(yè)這種多電機設備的環(huán)境尤為明顯。做好無功補償會提升整體的電氣效率，從而提高設備運行效率，為企業(yè)減少成本，增大產(chǎn)出比，提高企業(yè)效益。

經(jīng)過多年的總結(jié)，我將無功補償簡化到圖2所示。

而無功補償就是在無功率上加上一個減量，使實際的無功功率降低，根據(jù)公式可以得出，因此在相同的Sjs條件下，Qjs減少必然會使Pjs增加，如圖3所示。

圖2

圖3

2.5.2 補償容量的確定

根據(jù)規(guī)范要求，功率因數(shù)不應小于0.92，考慮到實際使用常規(guī)做法，功率因數(shù)一般選擇在0.95左右。結(jié)合算法，并根據(jù)工作中實際積累的經(jīng)驗，同時考慮到變壓器本身的預留負荷及后期擴充的準備，一般情況下，無功補償?shù)娜萘窟x擇在變壓器容量的三分之一左右，例如1250kVA的變壓器，補償?shù)娜萘看蠹s為416kVAR。

3 結(jié)束語

化工行業(yè)與民用行業(yè)不同，它含有更多的電氣設備，更高的電氣要求，但同時再小的電氣事故都有可能聯(lián)鎖產(chǎn)生大的危險，輕則停產(chǎn)，重則危及安全甚至產(chǎn)生爆炸，因此，這對我們電氣設計人員提出了更高更嚴的要求。

而配電室又是電氣核心，是重中之重，正確的設計能夠保證設備的安全運行，降低企業(yè)生產(chǎn)中的設備故障率和事故率，從而減少停產(chǎn)維護的成本，讓生產(chǎn)連貫有序，提高企業(yè)的產(chǎn)能；合理的布局能過在建設時上面減少投入成品，降低線路損耗，從而讓企業(yè)能更好的分配資源。同時設計中還應不斷優(yōu)化不斷積累，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，與工藝、建筑、結(jié)構(gòu)、水道、暖通及設備等其它專業(yè)相配合，從而完成正確合理的電氣設計。

以上是我對化工廠區(qū)變配電站設計的一些個人意見和看法，不足之處還請指出，我將積極接受采納并運用到實際工作中，為更好更合理的電氣設計添磚加瓦。

10.3969/j.issn.1008-1267.2015.03.019

TU862

C< class="emphasis_bold">文章編號：1

1008-1267（2015）03-0049-04

2015-01-12