某工業項目變電所配置經濟性比較

韓愚拙 / 傅衛東

(中衡設計集團股份有限公司，江蘇 蘇州 215021)

某工業項目變電所配置經濟性比較

韓愚拙 / 傅衛東

(中衡設計集團股份有限公司，江蘇 蘇州 215021)

以某外資工業項目為例，由于工廠面積較大、供電距離長、負荷較為分散，在設計初期針對擬設置不同數量的變電所方案進行分析比較，在對比了初投資造價、供電范圍及電壓損失等指標后，最終選定兩座變電所的方案。

經濟性比較 電壓損失 供配電系統

0 引言

在電氣設計中，變電所的配置總是不可避免的話題，集中設置變電所會帶來節省投資、變壓器容量利用充分、回路便于調配等好處，也會帶來出線集中不利于施工、供電路徑過長的弊端；分散設置變電所無疑在供電合理性上會更勝一籌，卻也會造成變電所安裝容量偏高、侵占項目可利用面積等問題。本文以某外資工業項目為例，通過計算，分析、比較配置一座/兩座變電所的優劣，最終選擇擬建兩座變電所的方案。

1 項目概述

本工程為常州某紡織機械有限公司新建工廠。工程總占地面積為 120 005 m2,總建筑面積為58 457.9 m2, 主廠房長236m，寬195m，高14.45m，項目各功能區示意詳見圖1。本項目有兩處較為特殊：1)本廠房雖然面積較大，但工藝流線是以手持電動工具組裝紡織機械設備為主，因此總的用電負荷并不是很大，這也就引出本文討論的重點——是否僅集中設置一座變電所？2)本項目業主為外方，對設計有LEED銀獎的要求，因此在后文方案比較時會特別校驗電壓損失是否達標。

2 供配電系統設計

2.1負荷分布

圖1 廠區功能區域示意

本項目的負荷分布如圖2所示，大致可分為南北兩個流線，在南側廠房內包含組裝車間一及其中間倉庫、設備區和辦公區一；北側廠房內包含組裝車間二及其中間倉庫和辦公區二。整個項目的主要負荷概況：1)設備區中包含為整個工廠服務的空壓機房、熱水機房及消防泵房等主要設備用房。2)空調負荷：本項目的車間及辦公區都設置了空調，辦公區采用VRV形式，在辦公區設置若干空調配電箱為室外機供電；而組裝車間采用風冷熱泵形式，14臺138kW的風冷熱泵均布置在車間屋面由變電所直供。3)照明負荷：按照業主需求，辦公區照度500lx，車間照度300lx，庫房照度200lx，因此照明負荷不容小覷，在組裝車間及辦公區設置若干由變電所直供的照明配電箱，倉庫設置照明總箱并放射至各倉庫。4)工藝設備用電：組裝車間雖然面積大，但是主要以小型設備及手持電動工具為主，負荷分散，因此在每一跨距中布置一條630A的母線，預留母線插孔，并在每個鋼柱上預留若干工業插座箱，以便后期靈活擴展。

圖2 廠區負荷分布

2.2負荷計算

為便于后文中的比較，負荷計算時將南北兩條流線分開統計，南側廠房負荷計算詳見表1，北側廠房負荷計算詳見表2。

表1 南側廠房負荷計算表

表2 北側廠房負荷計算表

注：在計算變壓器的安裝功率時考慮所有負荷的同時系數取0.8

表中母線的動力負載計算如式(1)：

(1)

式中，n為母線數量，南側車間取6，北側取3；I為母線電流630A；UN為線電壓380V；Kx為需要系數，取0.3；cosφ為功率因數，取0.85。

基于上述負荷計算，在制定供配電方案初期，提出來了兩種方案。

方案一：僅在設備區設置2×2 000kVA變電所一座。

方案二：在設備區設置2×1 600kVA變電所一座，在辦公區二再設置1×1 250kVA變電所一座。方案區位圖詳見圖1。

3 配電方案對比

3.1造價對比

在對方案一和方案二進行比較時，首先明確兩個前提條件：1)不論設置幾個變電所，都認為末端配電箱的配置是不變的；2)不論設置幾個變電所，廠區內的母線和橋架配置是不變的。基于上述兩點，方案二與方案一相比：北側廠房的所有負荷進線電纜會縮短，造價會減少，而北側廠房增加一個變電所，造價會增加，僅需要比較這兩部分的差價即可知道方案一和方案二哪一個初投資更為經濟。

3.2變電所部分比較

首先以方案二為例，南側主變電所SS1與北側變電所SS2布置如圖3～4所示，如果是方案一，北側SS2變電所將會取消，我們保持南側SS1變電所的建筑輪廓不變，將每臺變壓器的7臺800mm柜寬的饋線柜改為9臺600mm柜寬的出線柜并入到北側廠房負荷的饋線，同時高壓饋線柜也會減少一臺。

圖3 變電所SS1平面布置圖

圖4 變電所SS2平面布置圖

由于本工程為外資項目，所有變電所設備均要求采用合資產品，且皆須為原廠柜型，經業主協調詢價事宜，本文以某外資品牌低壓設備為例進行計算，方案一變電所部分造價如表3所示，方案二變電所造價如表4所示。

表3 方案一變電所部分造價

表4 方案二變電所部分造價

注：土建造價按2 000元/m2計算

3.3電纜部分比較

接下來比較北側廠房的主要負荷，如果按照方案一和方案二供電，根據電纜長度、電纜規格及單位長度造價得到兩種方案的差價，電纜清單詳見表5。

基于3.1節的論述，本文所涉及部分的初投資造價：方案一共計525.7萬元，方案二共計555.6萬元。從計算結果來看，由于廠區供電距離長，電纜的造價不菲，方案二在供電距離上的優勢很大程度上彌補了設置兩座變電所帶來的造價提高，兩者相差不超過10%，可以認為造價上幾乎相同，那么最后就校驗一下最不利點的電壓損失。

表5 電纜部分造價

注：本報價依據銅價50 110元制定，并考慮了30%電纜安裝費；電纜長度欄中內容為(按方案一計算的長度)/(按方案二計算的長度)

3.4電壓損失校驗

LEED 標準中參照的ASHRAE 90.1-2007中的電氣要求8.4.1.1條規定：饋電回路電壓損失應≤2%，本節即選取兩方案最不利點進行校驗。

通過前文的列表可知，最不利點方案一選擇RTU-1-2回路，方案二選擇110kW車間消防兼平時風機電控箱，根據《工業與民用配電設計手冊》第四版(上冊)P865頁公式可知，電壓損失計算如式(2)：

Δu%=ΔuaIL

(2)

式中，Δua為三相線路每A·km的電壓損失百分數；I為線路計算電流(A)L為線路長度(km)。

消防風機計算電流為157A，供電電纜為NHYJV-4×150+1×70，RTU計算電流為246A，考慮供電電纜為2(YJV-4×95+1×50)，現取其中一條電纜計算電壓損失。經查表YJV-4×95+1×50銅芯電纜的Δua為0.105，NHYJV-4×150+1×70銅芯電纜的Δua為0.074，代入公式后可知方案一最不利點電壓損失為3.19%，方案二最不利點電壓損失為1.97%。

4 結束語

經過前面的分析可知，初步考慮之下，方案一和方案二的初投資造價相差并不算大，分別計算二者最不利點的電壓損失后可知，方案一的電壓損失更為嚴重，雖然滿足國標要求，卻已經超過了LEED對電壓損失的要求，這也從另一側面反應了方案二的供電合理性更好。通過與業主的溝通，最終本項目選擇了設置兩個變電所的方案。

[1] 中國航空工業規劃設計研究院組編. 工業與民用配電設計手冊[M]. 第四版. 北京: 中國電力出版社, 2016.

[2] GB 50053-2013 20KV及以下變電所設計規范[S]. 北京: 中國計劃出版社, 2014.

[3] GB 50016-2014 建筑設計防火規范[S]. 北京: 中國計劃出版社, 2015.

[4] GB 50054-2011低壓配電設計規范[S]. 北京: 中國計劃出版社, 2012.

EconomicalContrastofSubstationConfigurationofIndustrialProject

Han Yuzhuo / Fu Weidong

An industrial project is taken as an example which load is small and dispersive while the area of plant is large, so the power supply distance is long. Focus on set one or two substation, we contrast the cost, rationality and voltage loss, at last two substation is chose..

economical contrast, voltage loss, power distribution system