淺談電氣自動化在供電系統中的設計

馮士濤

（安徽省銅陵市有色控股公司冬瓜山銅礦，安徽 銅陵 244000）

1 加強電氣自動化技術應用的重要性

眾所周知，電能是現代工業生產的主要能源和動力來源，它可由其他形式的能量轉化而來，又易于轉化為其他形式的能量以供使用，電能既環保經濟又便于控制、調節和運用，有利于實現生成過程程序化、自動化。因此，電能在我國現代化工業生產及整個國民經濟生產中具有舉足輕重的作用。電能在工業產品中雖然具有重要作用，但事實上它在產品成本中所占的比例是很小的。使用電氣自動化系統進行工業生產不但可增加產品產量，而且可提高產品質量，提高勞動生產率，降低生產成本，減輕工人勞動強度，改善工人作業環境，有利于實現生產過程的自動化。電氣自動化對工廠實現工業現代化具有十分重要的意義。加強對工廠電氣自動化技術的應用，可以最大程度地節約能源，而節約能源是時代發展的必然趨勢，因此，實現電氣自動化在工廠供電系統中的應用是必要的。

2 電氣自動化設計方案

2.1 高壓供電線路設計

變電所的主接線，應根據變電所在供電系統中的地位、進出線回路數、設備特點及負荷性質等條件進行確定，并確保能滿足安全、可靠、靈活和經濟等要求。

2.1.1 主接線方案

對只裝一臺變壓器的變電所主接線方案，其高壓側一般采用無母線的接線，根據高壓側采用的開關電器不同，主要有以下3種比較典型的主接線方案：（1）高壓側采用隔離開關—熔斷器或戶外跌開式熔斷器的主接線方案；（2）高壓側采用負荷開關—熔斷器或負荷型跌開式熔斷器的主接線方案；（3）高壓側采用隔離開關—斷路器的主接線方案。裝有2臺主變壓器的變電所主接線方案，其典型的主接線方案為：（1）高壓無母線、低壓單母線分段的主接線方案；（2）高壓采用單母線、低壓單母線分段的主接線方案；（3）高低壓側均為單母線分段的主接線方案。

2.1.2 確定主接線方案

根據工廠供電系統中高壓側電壓確定主接線方案。（1）10kV側主接線方案。當工廠負荷的高壓側有一條10kV的公用電源干線時，就要考慮滿足工廠二級負荷的要求，或采用與附近單位連接高壓聯絡線的方式取得備用電源，因此，變電所高壓側有2條不同的電源進線時，一條工作，另一條備用，同時為保證供電的可靠性和安全性，10kV側可采用單母線或單母線分段的方案。（2）380V側主接線方案。在工廠中一般用電部門較多，為保證供電的可靠性和靈活性，可采用單母線或單母線分段接線的方案，對電能進行匯集，確保每一個用電部門都可方便地獲得電能，安全使用電能。（3）方案確定。若主變采用一臺變壓器，總進線為2路時，為提高供電系統的可靠性，高壓側采用單母線分段形式，低壓側采用單母線形式。若主變采用2臺變壓器，總進線為2路時，為提高供電系統的可靠性，高壓側采用單母線分段形式，2臺變壓器在正常情況下分裂運行，當其中任意一臺出現故障時另一臺作為備用，當總進線中的任一回路出現故障時2臺變壓器并列運行。低壓側也采用單母線分段形式。

2.1.3 配電柜選擇

配電柜是電氣自動化系統中重要的組成部分，選擇配電柜要滿足下列要求：（1）對高壓開關柜的結構選擇時，應保證工作人員的安全，高壓開關柜便于運行、維護、檢查、檢修和試驗。（2）高壓開關柜的結構應有足夠的機械強度，以保證在操作一次設備時，二次設備不會產生永久性變形和影響性能的彈性變形。（3）開關柜內必須留有工作位置、試驗位置，以保證手車處于以上位置時，不能隨意移動。（4）確保開關柜內手車的推進與拉出靈活方便，不產生沖擊力，相同規格的手車應具有互換性。（5）沿所有開關柜整個長度延伸方向應設有專用的接地導體，保證開關柜的安全使用。（6）二次回路導線應有足夠的截面，以免影響互感器準確度，應使用銅導線，其截面電流回路不小于2.5 mm2、電壓回路不小于1.5 mm2。（7）開關柜電纜室門要求帶絞鏈，并與斷路器聯鎖，滿足“五防”功能的要求。（8）電流互感器的安裝要便于拆裝和做試驗。（9）高壓開關柜的結構必須是中置式開關柜，斷路器室下部必須是一個獨立小室，中間加隔板完全分開。

原有的配電柜系統通常采用固定式開關柜，而柜內繼電保護主要是電磁式繼電器，其操作復雜，穩定性較差，而且制約生產因素多，防護等級也達不到現有要求，根本不適應現代化企業生產發展的要求。綜合比較現有的多種配電柜，研究其各自特點，最終確定采用KYN系列開關柜，主要是因為此柜采用了中置式結構，節約了斷路器室約50%的空間，更有利于電纜的安裝，且技術含量高，容量大，結構設計更加合理，牢固，外型美觀，安全可靠，防護等級高，維修量小，還可以與微機接口，實現配電站的自動化。

2.2 無功補償

在工廠供電系統中，功率因數的高低是評價電能質量的重要指標，假如功率因數偏低，說明供電系統中無功電源不足，就會導致系統電壓降低而造成電能損耗增加，用電效率降低，限制了供電線路的送電能力。在實際工作生產中，一般供電部門要求工廠的月平均功率因素達到0.9以上，當企業的自然總平均功率因數較低，僅提高用電設備的自然功率達不到要求時，就要采用必要的無功功率補償設備進一步提高工廠的功率因數。

2.2.1 高壓集中補償

高壓集中補償主要是將并聯電容器集中裝設在高壓配電所的高壓母線上，采用這種補償方式只能補償高壓母線前邊所有線路上的無功功率，而高壓母線后面的無功功率卻得不到補償，這種補償方式只適合于大中型企業。

2.2.2 低壓集中補償

低壓集中補償主要將并聯電容器裝設在變電所的低壓母線上，一般適用于負荷較集中的小型企業，此補償方式的優點是比較經濟。

并聯電容器量Qcc的確定如下：

式中，Pmax為總平均最大功率（kW）；cosφ1為最大使用時的平均功率因數；cosφ2、cosφ3為目標功率因數，取 0.97～0.98。

2.2.3 低壓分散補償

低壓分散補償主要是將并聯電容器分散裝設在各用電負荷附近。采用這種方式其補償范圍大，能減少高壓線路上的無功功率，同時也能減少低壓線路中的無功功率，減小電氣設備的容量和各導線的截面，降低電能的損耗。這種方式用在負荷比較分散、補償容量小的企業比較適宜。

補償容量Qcc計算公式如下：

根據工廠供電系統實際情況，最后確定采用最優補償方式進行補償。例如工廠配備的用電設備大多屬于電動機，那么需要補償的容量就比較小，可采用電容器自動投補的方式進行補償。

2.3 設備的選擇與校驗

工廠供電系統中的導線及電氣設備主要包括電力變壓器、高低壓開關電器、互感器等，而這些組成部分需要依據正常工作條件、環境條件及安裝條件進行選擇，部分設備還需要依據故障情況進行短路電流的動穩定度、熱穩定度校驗，在保障供電系統安全可靠的前提下，力爭做到運行維護方便，技術先進可靠，經濟方面合理。供配電系統中的電氣設備選擇通常在正常工作條件下進行，主要是考慮電氣設備裝設的環境條件和電氣要求，例如環境條件主要考慮電氣設備所處的位置（戶內或戶外）、環境溫度、海拔高度以及有無防塵、防腐、防火、防爆等要求；電氣要求主要考慮電氣設備對電壓、電流、頻率等方面的要求；對開關電器及保護用設備，如開關、熔斷器等，還應考慮其斷流能力。電氣設備短路情況的校驗，按最大可能的短路故障（通常為三相短路故障）時的動、熱穩定度進行校驗。而對于熔斷器和有熔斷保護的電器和導體（如電壓互感器等）以及架空線路等，一般不必考慮動、熱穩定度的校驗，對電纜也不必進行動穩定度的校驗。

3 結語

通過對工廠供電系統的設計，電氣自動化彌補了原有系統的不足，調整了負荷的分配，明確了補償的方式，使工廠的供電系統得到優化，保證了供電安全可靠運行，減少了改造成本，提高了工廠供電系統綜合利用電氣自動化的可靠性。

［1］雍靜.供配電系統［M］.北京：機械工業出版社，2003

［2］王合貞.高壓并聯電容器無功補償實用技術［M］.北京：中國電力出版社，2006

［3］呂繼光.工業廠房供配電模式的選擇［J］.現代物業，2007（1）