工業廠區變配電站設計的經驗總結

李圓

（天津市化工設計院，天津300193）

工業廠區變配電站設計的經驗總結

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，各行各業都不能離開它，化工行業更是如此。隨著電氣自動化技術的提高，企業用電量迅速增長，這就對電能質量、供電可靠性及企業經濟性提出了更高的要求。供電系統設計的是否完善不僅反映到企業供電的可靠性和安全性上，而且還會影響企業的建設投資、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；負荷計算；配合

除個別大型企業有自備發電廠外，絕大多數企業都是從國家電網系統中獲取電能，而工業負荷也是電力系統中的主要用戶。因此保證企業供電的可靠性與穩定性不僅關系企業自身的經濟利益，同時也關系到國家電力系統的安全運行與能源的合理利用。

所以做好工業廠區內的供電系統設計對企業自身的發展具有很重要的作用，同時對于節約能源、支援國家建設也具有重大的意義。

1 供電系統設計的優化

1.1 供電系統設計要求

隨著現代化發展的步伐加快，各企業的工藝水平及工藝要求都有了進一步的提高，但是現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，并不能完全概括化工企業的信息。

根據筆者多年工作經驗總結，對于化工企業來說，安全可靠依然是重中之重，但成本節約同樣尤為重要，供電系統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，不應該發生人身和設備的事故。

化工行業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，一旦出現事故，輕則停產，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定性的要求

化工行業多電機及大功率設備，對電能的穩定性要求高，電壓不穩會使設備波動甚至停機，而化工行業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 優質優量

滿足不同設備對電壓及頻率的要求。

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

1.1.4 經濟節約

在滿足設計要求的前提下節約成本，降級投資費用，減少資源消耗。

企業創收在擴大營銷外，節約成品也是重中之重，這在化工企業中也是尤為明顯的。

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展。

1.2 設計步驟的總結優化

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如下，供大家參考討論。配電系統的設計內容和步驟應結合廠區或工段的負荷數量和性質、生產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，它能直觀的體現出廠區負荷的分布情況，為后續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、容量

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

1.2.3 配電室布局

根據建筑物布局結合規范要求，按照變壓器數量布置配電柜位置；同時應考慮電纜出線至外管廊及各裝置區的位置。要求做到出線簡單方便，路徑簡化節約。

1.2.4 系統設計與繼電保護

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

1.2.5 根據功率因數確定無功補償容量

按照負荷計算結果及實際配電系統，結合變壓器容量，通過查表或計算得出達到供電部門要求所需補償的無功率，選擇無功補償容量，確定補償柜數量并與系統相結合。

2 具體設計內容及實例說明

根據筆者參與并獨自完成設計的某項目配電室為依據，結合現場施工經驗及后期運行管理中解決的問題方案，總結概括如下。

2.1 負荷計算

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

2.1.1 主要公式

規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并沒有考慮；因此結合在實際中使用的參考系數，我將我們實際結合各項系數后所使用的主要公式總結如下：

2.1.2 廠區負荷計算簡表

根據上述的計算公式，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、容量

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

在本項目中含有二級負荷，即中斷其供電會造成重大經濟損失，因此根據規范要求，二級負荷的供宜由兩回線路供電，故本低壓系統采用雙母線分段運行；同時根據甲方要求，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開關，當本組一臺變壓器出現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，房間內柱子之間東西向間距為5.4m，南北向間距為8m。根據規范要求，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域均處于變配電站的北側及西側，故為了出線方便避免內部交叉，將變壓器放置于配電室東側。

具體詳圖1所示。

圖1

2.4系統設計與繼電保護

2.4.1 系統設計

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

根據規范要求及行業慣例，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

繼電保護是根據運行過程中發生故障時根據設定在整定時間內有選擇的發出跳閘命令或報警信號，其包括電流增加、電壓升高或降低、頻率降低等現象。繼電保護裝置一般根據電流值或時間設定值來進行選擇性跳閘。其中根據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過給定的時間才出線跳閘命令。

另外繼電保護按保護性質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 根據功率因數確定無功補償容量

2.5.1 無功補償

每臺電氣設備出廠時設備所能發出的總能量并不全部轉化為有功功率，隨著發熱及震動等消耗，每臺設備實際能發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，這在化工行業這種多電機設備的環境尤為明顯。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，為企業減少成本，增大產出比，提高企業效益。

經過多年的總結，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

根據規范要求，功率因數不應小于0.92，考慮到實際使用常規做法，功率因數一般選擇在0.95左右。結合算法，并根據工作中實際積累的經驗，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，無功補償的容量選擇在變壓器容量的三分之一左右，例如1250kVA的變壓器，補償的容量大約為416kVAR。

3 結束語

化工行業與民用行業不同，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鎖產生大的危險，輕則停產，重則危及安全甚至產生爆炸，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，降低企業生產中的設備故障率和事故率，從而減少停產維護的成本，讓生產連貫有序，提高企業的產能；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，從而讓企業能更好的分配資源。同時設計中還應不斷優化不斷積累，并結合現場實際情況，與工藝、建筑、結構、水道、暖通及設備等其它專業相配合，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