某合成材料化工項目電氣設(shè)計之負荷計算

劉哲,李冬,張鵬

(1.中海油天津化工研究設(shè)計院有限公司,天津 300131；2.南陽防爆電氣研究所,河南 南陽 473000)

某合成材料化工項目電氣設(shè)計之負荷計算

劉哲1,李冬1,張鵬2

(1.中海油天津化工研究設(shè)計院有限公司,天津 300131；2.南陽防爆電氣研究所,河南 南陽 473000)

計算負荷是確定供電線路導(dǎo)線截面、變壓器容量、開關(guān)電器及互感器等的額定參數(shù)的重要依據(jù)，是供配電系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。本文以某合成材料化工項目的電氣設(shè)計為背景，根據(jù)此項目負荷情況等原始資料，對電氣設(shè)計中的負荷計算作了詳細的說明、分析和計算。

負荷計算;需要系數(shù)

1 引言

本文對象為一合成材料化工項目。為了使整個化工項目的生產(chǎn)工序在正常條件下可靠運行，與變配電有關(guān)的設(shè)備、電纜、導(dǎo)線等都必須選擇得當，除了滿足工作電壓和頻率外，最重要的就是滿足負荷電流的要求。因此有必要對此工業(yè)廠房供電系統(tǒng)中的各個生產(chǎn)工序的電力負荷進行統(tǒng)計計算。依據(jù)負荷原始資料用電條件表(如表1，本文只列出一部分)，通過負荷統(tǒng)計計算求得的有功功率、無功功率、視在功率和計算電流，來合理選擇變配電中的各個設(shè)備。

此合成材料化工項目由工業(yè)園區(qū)提供一路10kV電源，設(shè)計采用兩臺10kV變壓器分別接于10kV母線上。此廠房大部分用電設(shè)備負荷等級為三級，少量為二級。廠區(qū)內(nèi)消防及消防控制設(shè)備、消防應(yīng)急照明、生產(chǎn)DCS控制系統(tǒng)及儀表、關(guān)鍵崗位的事故排風(fēng)以及有毒氣體的處理設(shè)施的用電等級為二級負荷。事故排風(fēng)以及有毒氣體處理設(shè)施的二級負荷，采用廠內(nèi)自備柴油發(fā)電機組作為備用電源，根據(jù)負荷計算結(jié)果確定柴油發(fā)電機組容量。本文特別是對此化工項目電氣設(shè)計中的負荷計算采用需要系數(shù)法作了詳細的說明和分析。

2 負荷計算的方法

電氣設(shè)計常采用的電力負荷計算方法有：需要系數(shù)法、利用系數(shù)法和單位指標法等等。需要系數(shù)法計算簡便，對于任何性質(zhì)的企業(yè)負荷均適用，且計算結(jié)果基本上符合實際，尤其對各用電設(shè)備容量相差較小，且用電設(shè)備數(shù)量較多的用電設(shè)備組，計算方法采用最廣泛。利用系數(shù)法以平均負荷作為計算的依據(jù)，利用概率論分析出最大負荷與平均負荷的關(guān)系，這種計算方法目前積累的實用數(shù)據(jù)不多，且計算步驟較繁瑣，故工程應(yīng)用較少。單位指標法常用于設(shè)計前的方案設(shè)計，或者在用電設(shè)備功率和臺數(shù)無法確定時使用。根據(jù)此廠房負荷情況表，選擇需要系數(shù)法進行計算。

表1 用電條件表

3 負荷計算的內(nèi)容

需要系數(shù)法是用設(shè)備功率乘以需要系數(shù)和同時系數(shù)，直接求出計算負荷[2]。內(nèi)容如下：

(1)計算負荷(PC、QC、SC)：計算負荷是為了使設(shè)計更科學(xué)、安全、可靠而設(shè)的一個假想負荷，計算負荷的熱效應(yīng)與同一時間內(nèi)實際變動負荷所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。一般在工程設(shè)計中，是將 30min 的最大平均負荷作為發(fā)熱條件，再按此條件選擇導(dǎo)線、設(shè)備、整定保護裝置動作值，同時可用來計算電壓損失和功率損耗。

(2)設(shè)備功率(Pe)：設(shè)備功率為用電設(shè)備的額定容量或額定功率(設(shè)備銘牌上的數(shù)據(jù))，是民用建筑變配電系統(tǒng)設(shè)計和數(shù)據(jù)統(tǒng)計的基礎(chǔ)資料和依據(jù)。對于不同負載持續(xù)率下的額定容量或額定功率，應(yīng)換算為統(tǒng)一負載持續(xù)率下的有功功率，即設(shè)備功率。

(3)需要系數(shù)(KX)：需要系數(shù)是一個綜合系數(shù)，表示配電系統(tǒng)中所有用電設(shè)備同時用電的程度。需要系數(shù)一般小于1，僅在所有用電設(shè)備同時連續(xù)且滿載運行時，才可能為1。此方法一般適用于用電設(shè)備容量差別不大、用電設(shè)備數(shù)量較多的情況，方法比較簡便，尤其適于變配電所的負荷計算。

需要系數(shù)法計算公式如下：

PC=K∑P∑(KXPe)

QC=K∑q∑(KXPetanφ)

本段文字第一句是論點句，第六句是結(jié)論句。第一句是從人際交往難以回避的矛盾中對朋友的價值做出定位；第六句從情感體驗方面指出朋友的獨特價值，這種價值正照應(yīng)了論點句中的“矛盾”（“當你在他人眼中舉止失常時，至少還能有人理解你的心境”）。

其中，KΣp—有功功率同時系數(shù)，取 0.8～1.0；

K∑q—無功功率同時系數(shù)，取 0.93～1.0；

PC—有功計算負荷，kW；

QC—無功計算負荷，kVar；

SC—視在計算負荷，kVA；

IC—計算電流，A；

KX—用電設(shè)備需要系數(shù)；

tanφ—用電設(shè)備功率因數(shù)角對應(yīng)的正切值；

Ur——用電設(shè)備額定電壓，kV。

4 負荷計算

此工業(yè)廠房的低壓380/220V系統(tǒng)采用PC(動力中心)、MCC(電動機控制中心)兩級供電方式。75kW及以上電動機回路由PC供電，75kW以下電動機由MCC供電。設(shè)兩段380/220V PC母線，由兩臺低壓干式變壓器供電。兩段母線之間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，正常時聯(lián)絡(luò)開關(guān)打開，當某一段進線電源故障時跳開該段進線開關(guān)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動閉合。全部負荷基本平分到兩段母線上。依據(jù)上面所述做負荷計算，見表2和表3。經(jīng)負荷計算知兩臺變壓器的視在功率分別為874.75kVA和877.19kVA，考慮變壓器損耗、無功補償、負荷率和經(jīng)濟運行等條件選擇兩臺1250kVA的變壓器。

表2 Ⅰ段母線用電負荷計算

本項目設(shè)Ⅰ段380V保安MCC段，所有保安負荷接于保安MCC段上，且為二級負荷，保安段正常時由380V PC段供電，當正常電源失電后，由相應(yīng)的柴油發(fā)電機組段繼續(xù)供電，正常電源與備用電源之間由ATS裝置實現(xiàn)自動切換。故接于保安MCC段上的負荷單獨做負荷統(tǒng)計，見表4。由表中數(shù)據(jù)選擇250kVA的柴油發(fā)電機。

依據(jù)GB50053-2013《20kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范》第3.3.2條，裝有兩臺及以上變壓器的變電所，當任意一臺變壓器斷開時，其余變壓器的容量應(yīng)能滿足全部一級負荷及二級負荷的用電[4]。即當一臺變壓器斷開時，另一臺1250kVA的變壓器也能滿足本項目中的全部二級負荷。

表3 Ⅱ段母線用電負荷計算

表4 保安MCC段用電負荷計算

表中的計算數(shù)據(jù)根據(jù)第5節(jié)介紹的需要系數(shù)法計算得到。首先將用電設(shè)備按其性質(zhì)分為不同的用電設(shè)備組，然后確定設(shè)備功率PC。以MCC段負荷I攪拌為例見表5，混合釜攪拌有15臺攪拌機，每臺設(shè)備額定功率Pe=4kW，KX=0.85，cosφ=0.85，tanφ=0.62，

PC=∑(KXPe)=15×0.85×4=48kW，

QC=∑(KXPetanφ)=15×0.85×4×0.62=38.4kVar，

表5 MCC段負荷I用電負荷計算

5 結(jié)論

在這次設(shè)計中，根據(jù)負荷計算得出的相應(yīng)數(shù)據(jù)選擇的變壓器和柴油發(fā)電機已在項目現(xiàn)場安全可靠的運行。在化工項目的電氣設(shè)計中，以計算負荷作為前提，根據(jù)負荷計算的結(jié)果，以最優(yōu)化為原則，綜合考慮，多方面比較，合理選擇電氣設(shè)備，才可保證生產(chǎn)工序安全可靠的運行，又獲得節(jié)能、節(jié)資的經(jīng)濟效益。

[1] GB50052-2009.供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2010-5.

[2] 工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊[M].3版.中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院.北京:中國電力出版社.

[3] GB50054-2011.低壓配電設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2012-6.

[4] GB50053-2013.20kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2014-7.

Load Calculation of Power Supply Design for a Synthetic Material Chemical Project

LIU Zhe1,LI Dong1,ZHANG Peng2

(1.CNOOC Tianjin Chemical Research ﹠ Design Institute,Tianjin 300131,China;2.Nanyang Explosion Protected Electrical Apparatus Research Institute，Nanyang 473000,China)

Correct calculation of load is very important.It is the correct choice of power supply system,wire,transformers,switches and other electrical appliances and the foundation of reliable power supply system.Under the background of the project of a synthetic material chemical electrical design,actual load calculation of power supply design is calculated and analyzed in this paper.

load calculation;demand factor

1004-289X(2017)01-0023-05

TM

B

2016-11-21

劉哲(1987-)，女，畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)控制科學(xué)與工程專業(yè)，碩士學(xué)位，從事電氣設(shè)計工作。