淺析化工企業(yè)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：介紹了化工企業(yè)供配電系統(tǒng)的特點(diǎn)，分析了化工企業(yè)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的因素，結(jié)合實(shí)際案例，探討了化工企業(yè)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的若干問題，并提出了解決方案，為化工企業(yè)的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了參考。

關(guān)鍵詞：化工企業(yè);供配電系統(tǒng);設(shè)計(jì)要素

0 引言

化工業(yè)是我國重要的基礎(chǔ)和支柱產(chǎn)業(yè)，在國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用。供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性直接影響著化工企業(yè)生產(chǎn)的安全性、持續(xù)性。從微觀角度看，如果企業(yè)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)無法滿足實(shí)際要求，將會影響企業(yè)的正常生產(chǎn)運(yùn)行;從宏觀角度看，企業(yè)供配電系統(tǒng)如果設(shè)計(jì)合理，不僅可以使上級電力系統(tǒng)運(yùn)行更加高效，還可以有效節(jié)約資源。因此，化工企業(yè)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性，不僅對企業(yè)自身發(fā)展起到保障及推動作用，同時(shí)對于促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展也有著積極意義。

1 化工企業(yè)供配電系統(tǒng)特點(diǎn)

1.1 ? ?可靠性

化工企業(yè)對供配電系統(tǒng)的可靠性有嚴(yán)格要求，以確保整個供配電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，輕則導(dǎo)致企業(yè)停產(chǎn)、產(chǎn)品報(bào)銷，重則引發(fā)火災(zāi)、爆炸等安全事故，對人身安全及環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。因此，保證供配電系統(tǒng)可靠性是化工企業(yè)安全生產(chǎn)的基本保障。

1.2 ? ?安全性

供配電系統(tǒng)的安全性是設(shè)計(jì)過程中必須考慮的重要因素。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮化工環(huán)境中的防雷、接地、防爆、防腐蝕等安全性要求，這是供配電系統(tǒng)的安全性保障。

1.3 ? ?具備較大負(fù)荷擴(kuò)容能力

很多化工企業(yè)都習(xí)慣在后期改造中對用電負(fù)荷進(jìn)行擴(kuò)容，因此在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到預(yù)留遠(yuǎn)期負(fù)荷容量，這樣才能確保負(fù)荷擴(kuò)容時(shí)系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行。

1.4 ? ?有條件企業(yè)可設(shè)熱電廠作為自備電源

目前一些規(guī)模較大的化工企業(yè)都配有熱電廠作為自備電源。這些熱電廠只對自身所屬化工企業(yè)提供備用電源，在企業(yè)外部電力供應(yīng)出現(xiàn)故障時(shí)，可使用備用電源防止企業(yè)出現(xiàn)大面積停電事故，確保生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性。

2 化工企業(yè)供配電設(shè)計(jì)需要考慮的因素

2.1 ? ?負(fù)荷計(jì)算、短路電流計(jì)算

2.1.1 ? ?負(fù)荷計(jì)算

化工企業(yè)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)一般采用需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，在計(jì)算過程中需計(jì)算用電設(shè)備的有功功率、無功功率、需要系數(shù)及同時(shí)系數(shù)，進(jìn)行總有功功率、無功功率、視在功率及總功率因數(shù)的計(jì)算。計(jì)算過程和計(jì)算結(jié)果最終以負(fù)荷計(jì)算表形式體現(xiàn)。主要計(jì)算公式如下：

2.2 ? ?確定總變電所及主變壓器的設(shè)計(jì)要素

這一環(huán)節(jié)的主要的目的是確定總變電所、主變壓器的相關(guān)設(shè)計(jì)要素，根據(jù)電源進(jìn)線位置、電壓等級、用電負(fù)荷等級、工廠計(jì)算負(fù)荷等，確定總降壓變電所具體位置和主變壓器數(shù)量。然后根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求和擴(kuò)建需求，各部門協(xié)商和溝通，最后確定變壓器電壓等級、容量等具體參數(shù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合實(shí)際進(jìn)行，尤其是對于總降壓變電所主接線的設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)接線形式的選擇，應(yīng)綜合各要素統(tǒng)籌考慮，在保證供配電系統(tǒng)可靠、安全的前提下使用簡明的接線方式。

2.3 ? ?確定變配電所選址

合理選擇變配電所地址，應(yīng)遵循以下原則：（1）應(yīng)靠近負(fù)荷中心，接近電源側(cè);（2）布置應(yīng)兼顧規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行、施工等方面要求，宜節(jié)約用地;（3）與化工企業(yè)規(guī)劃相協(xié)調(diào)，便于架空和電纜線路的引入和引出;（4）交通運(yùn)輸應(yīng)方便;（5）應(yīng)避開易引發(fā)火災(zāi)、爆炸事故等敏感設(shè)施。

2.4 ? ?選定系統(tǒng)配電電壓等級

在化工企業(yè)高低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)全面考慮企業(yè)中的用電負(fù)荷狀況及遠(yuǎn)期發(fā)展需求，確保供配電系統(tǒng)架構(gòu)合理，同時(shí)兼顧技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面要求，在這些前提下確定企業(yè)的供電電壓等級。

在確定電壓等級時(shí)，可在多種合理方案中擇優(yōu)選擇，根據(jù)企業(yè)總變電所、分配電所位置以及負(fù)荷布局、負(fù)荷自身功率、額定電壓，先確定若干種供電方案，然后再根據(jù)各方案中的供電半徑、電壓損失、各種損耗、現(xiàn)場條件等綜合考慮，確定最優(yōu)方案。

2.5 ? ?選擇高壓側(cè)及低壓側(cè)電氣設(shè)備

在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對于變電所高低壓設(shè)備的選擇，應(yīng)結(jié)合供電要求、短路電流、回路負(fù)荷等內(nèi)容，同時(shí)設(shè)備應(yīng)通過熱穩(wěn)定與動穩(wěn)定校驗(yàn)，將設(shè)備材料、投資概算等因素充分考慮在內(nèi)，最后合理選擇變電所高低壓設(shè)備。在設(shè)備前期設(shè)計(jì)、后期安裝時(shí)，電氣專業(yè)應(yīng)與其他各專業(yè)互相協(xié)調(diào)配合。同時(shí)，設(shè)備設(shè)置的繼電保護(hù)應(yīng)滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性要求。

2.6 ? ?改善系統(tǒng)功率因數(shù)

對于化工企業(yè)而言，供配電系統(tǒng)維持在一個合理、健康的功率因數(shù)尤為必要。提高功率因數(shù)可減少線路損耗，降低變壓器損耗，降低線路和變壓器的電壓損失。補(bǔ)償設(shè)備一般采用并聯(lián)電容器，也可采用SVG、SVC或者同步電動機(jī)。補(bǔ)償方式通?？刹捎萌缦聨追N方案：（1）變配電所高壓集中補(bǔ)償;（2）變壓器高壓側(cè)相對集中補(bǔ)償;（3）變壓器低壓側(cè)集中補(bǔ)償;（4）低壓分組補(bǔ)償;（5）用電設(shè)備就地補(bǔ)償。

2.7 ? ?確保經(jīng)濟(jì)性

“經(jīng)濟(jì)”原則在任何設(shè)計(jì)中都是必須要考慮的因素，對于化工企業(yè)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)就要綜合考慮造價(jià)、節(jié)能等要求。需根據(jù)實(shí)際需要和遠(yuǎn)期發(fā)展選擇設(shè)備，保證造價(jià)合理。供配電系統(tǒng)的節(jié)能可以通過無功補(bǔ)償?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)，運(yùn)用新型智能化電能質(zhì)量檢測裝置可以有效監(jiān)控企業(yè)能耗，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

3 化工企業(yè)供配電設(shè)計(jì)實(shí)際案例及解決方案

案例1：在江蘇某化工企業(yè)改造項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，業(yè)主反映配電室低壓配電柜中斷路器有時(shí)會越級斷開，該斷路器回路所帶負(fù)荷為該企業(yè)車間內(nèi)動力設(shè)備配電箱，配電箱內(nèi)設(shè)有進(jìn)線斷路器。通過與業(yè)主交流，該廠區(qū)在原先設(shè)計(jì)時(shí)并未進(jìn)行短路電流相關(guān)計(jì)算及設(shè)備校驗(yàn)，斷路器脫扣器整定電流的選擇也是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，除此之外，業(yè)主還根據(jù)需要進(jìn)行了設(shè)備擴(kuò)容，在實(shí)際使用過程中，發(fā)生過幾次下級線路短路，配電室低壓配電柜中斷路器越級斷開的情況。

解決方案：在改造設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)有情況重新進(jìn)行短路電流計(jì)算和設(shè)備校驗(yàn)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果更換原有斷路器，同時(shí)配電柜斷路器與下級斷路器進(jìn)行級間配合，滿足Iset2.A≥1.3Iset3.B。改造后無越級跳閘問題發(fā)生。

案例2：安徽某化工企業(yè)，在配電設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)廠區(qū)變電所位置與車間距離過遠(yuǎn)，饋線電纜長度均超過340 m，同時(shí)部分用電設(shè)備功率超過200 kW，車間已建成且附近也沒有可利用的配電室。根據(jù)配電初步設(shè)計(jì)結(jié)果，饋線電纜在滿足載流量、電壓降的前提下規(guī)格非常大，甚至出現(xiàn)低壓大截面電纜四拼、五拼的情況，同時(shí)根據(jù)電纜選出的橋架數(shù)量、規(guī)格也明顯不符合實(shí)際要求。電纜規(guī)格及橋架規(guī)格過大、數(shù)量過多，一方面導(dǎo)致施工難度明顯增加，另一方面，即使可以滿足施工要求，但工程造價(jià)也明顯不合理。

解決方案：通過與業(yè)主溝通，得知廠區(qū)在建造時(shí)并沒有考慮到遠(yuǎn)期發(fā)展需求，變電所選址并未選在負(fù)荷中心。在設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)過反復(fù)溝通，決定對車間附近的一棟建筑進(jìn)行改造，劃出一塊區(qū)域作為配電室設(shè)低壓配電柜，給車間內(nèi)容量較小的用電設(shè)備供電，同時(shí)200 kW大功率設(shè)備選用10 kV電壓等級設(shè)備，由變電所10 kV饋線供電。該方案不僅滿足現(xiàn)場施工要求，同時(shí)也有效降低了工程造價(jià)。

4 結(jié)語

對于化工企業(yè)來說，供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性是企業(yè)持續(xù)發(fā)展、穩(wěn)定生產(chǎn)的重要保障?；て髽I(yè)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮的因素眾多，應(yīng)重視各因素作用，在滿足系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的前提下，結(jié)合實(shí)際情況和需求，進(jìn)行科學(xué)、合理地設(shè)計(jì)，這樣才能保證在供配電系統(tǒng)良好運(yùn)行的基礎(chǔ)上，不斷推動化工企業(yè)持續(xù)發(fā)展。

收稿日期：2020-04-30

作者簡介：夏斌（1991—），男，江蘇南京人，助理工程師，研究方向：電氣設(shè)計(jì)。