淺析化工企業供配電系統設計

摘要：介紹了化工企業供配電系統的特點，分析了化工企業供配電系統設計時需要考慮的因素，結合實際案例，探討了化工企業供配電系統設計存在的若干問題，并提出了解決方案，為化工企業的供配電系統設計提供了參考。

關鍵詞：化工企業;供配電系統;設計要素

0 引言

化工業是我國重要的基礎和支柱產業，在國家經濟發展中發揮著不可替代的作用。供配電系統的穩定性、可靠性直接影響著化工企業生產的安全性、持續性。從微觀角度看，如果企業供配電系統設計無法滿足實際要求，將會影響企業的正常生產運行;從宏觀角度看，企業供配電系統如果設計合理，不僅可以使上級電力系統運行更加高效，還可以有效節約資源。因此，化工企業供配電系統設計的合理性和科學性，不僅對企業自身發展起到保障及推動作用，同時對于促進社會經濟發展也有著積極意義。

1 化工企業供配電系統特點

1.1 ? ?可靠性

化工企業對供配電系統的可靠性有嚴格要求，以確保整個供配電系統的安全、穩定運行。一旦系統出現故障，輕則導致企業停產、產品報銷，重則引發火災、爆炸等安全事故，對人身安全及環境造成嚴重威脅。因此，保證供配電系統可靠性是化工企業安全生產的基本保障。

1.2 ? ?安全性

供配電系統的安全性是設計過程中必須考慮的重要因素。系統設計時應考慮化工環境中的防雷、接地、防爆、防腐蝕等安全性要求，這是供配電系統的安全性保障。

1.3 ? ?具備較大負荷擴容能力

很多化工企業都習慣在后期改造中對用電負荷進行擴容，因此在供配電系統設計時要充分考慮到預留遠期負荷容量，這樣才能確保負荷擴容時系統能穩定運行。

1.4 ? ?有條件企業可設熱電廠作為自備電源

目前一些規模較大的化工企業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提供備用電源，在企業外部電力供應出現故障時，可使用備用電源防止企業出現大面積停電事故，確保生產的安全性和穩定性。

2 化工企業供配電設計需要考慮的因素

2.1 ? ?負荷計算、短路電流計算

2.1.1 ? ?負荷計算

化工企業供配電系統設計時一般采用需要系數法進行負荷計算，在計算過程中需計算用電設備的有功功率、無功功率、需要系數及同時系數，進行總有功功率、無功功率、視在功率及總功率因數的計算。計算過程和計算結果最終以負荷計算表形式體現。主要計算公式如下：

2.2 ? ?確定總變電所及主變壓器的設計要素

這一環節的主要的目的是確定總變電所、主變壓器的相關設計要素，根據電源進線位置、電壓等級、用電負荷等級、工廠計算負荷等，確定總降壓變電所具體位置和主變壓器數量。然后根據實際生產需求和擴建需求，各部門協商和溝通，最后確定變壓器電壓等級、容量等具體參數。系統設計應結合實際進行，尤其是對于總降壓變電所主接線的設計以及系統接線形式的選擇，應綜合各要素統籌考慮，在保證供配電系統可靠、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，應遵循以下原則：（1）應靠近負荷中心，接近電源側;（2）布置應兼顧規劃、建設、運行、施工等方面要求，宜節約用地;（3）與化工企業規劃相協調，便于架空和電纜線路的引入和引出;（4）交通運輸應方便;（5）應避開易引發火災、爆炸事故等敏感設施。

2.4 ? ?選定系統配電電壓等級

在化工企業高低壓配電系統設計中，應全面考慮企業中的用電負荷狀況及遠期發展需求，確保供配電系統架構合理，同時兼顧技術、經濟方面要求，在這些前提下確定企業的供電電壓等級。

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

2.5 ? ?選擇高壓側及低壓側電氣設備

在供配電系統設計時，對于變電所高低壓設備的選擇，應結合供電要求、短路電流、回路負荷等內容，同時設備應通過熱穩定與動穩定校驗，將設備材料、投資概算等因素充分考慮在內，最后合理選擇變電所高低壓設備。在設備前期設計、后期安裝時，電氣專業應與其他各專業互相協調配合。同時，設備設置的繼電保護應滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性要求。

2.6 ? ?改善系統功率因數

對于化工企業而言，供配電系統維持在一個合理、健康的功率因數尤為必要。提高功率因數可減少線路損耗，降低變壓器損耗，降低線路和變壓器的電壓損失。補償設備一般采用并聯電容器，也可采用SVG、SVC或者同步電動機。補償方式通常可采用如下幾種方案：（1）變配電所高壓集中補償;（2）變壓器高壓側相對集中補償;（3）變壓器低壓側集中補償;（4）低壓分組補償;（5）用電設備就地補償。

2.7 ? ?確保經濟性

“經濟”原則在任何設計中都是必須要考慮的因素，對于化工企業供配電系統設計就要綜合考慮造價、節能等要求。需根據實際需要和遠期發展選擇設備，保證造價合理。供配電系統的節能可以通過無功補償的方式實現，運用新型智能化電能質量檢測裝置可以有效監控企業能耗，從而達到經濟運行的目的。

3 化工企業供配電設計實際案例及解決方案

案例1：在江蘇某化工企業改造項目設計中，業主反映配電室低壓配電柜中斷路器有時會越級斷開，該斷路器回路所帶負荷為該企業車間內動力設備配電箱，配電箱內設有進線斷路器。通過與業主交流，該廠區在原先設計時并未進行短路電流相關計算及設備校驗，斷路器脫扣器整定電流的選擇也是根據經驗判斷，除此之外，業主還根據需要進行了設備擴容，在實際使用過程中，發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：在改造設計過程中，根據項目現有情況重新進行短路電流計算和設備校驗，根據計算結果更換原有斷路器，同時配電柜斷路器與下級斷路器進行級間配合，滿足Iset2.A≥1.3Iset3.B。改造后無越級跳閘問題發生。

案例2：安徽某化工企業，在配電設計過程中發現廠區變電所位置與車間距離過遠，饋線電纜長度均超過340 m，同時部分用電設備功率超過200 kW，車間已建成且附近也沒有可利用的配電室。根據配電初步設計結果，饋線電纜在滿足載流量、電壓降的前提下規格非常大，甚至出現低壓大截面電纜四拼、五拼的情況，同時根據電纜選出的橋架數量、規格也明顯不符合實際要求。電纜規格及橋架規格過大、數量過多，一方面導致施工難度明顯增加，另一方面，即使可以滿足施工要求，但工程造價也明顯不合理。

解決方案：通過與業主溝通，得知廠區在建造時并沒有考慮到遠期發展需求，變電所選址并未選在負荷中心。在設計過程中，經過反復溝通，決定對車間附近的一棟建筑進行改造，劃出一塊區域作為配電室設低壓配電柜，給車間內容量較小的用電設備供電，同時200 kW大功率設備選用10 kV電壓等級設備，由變電所10 kV饋線供電。該方案不僅滿足現場施工要求，同時也有效降低了工程造價。

4 結語

對于化工企業來說，供配電系統設計的科學性、合理性是企業持續發展、穩定生產的重要保障。化工企業供配電系統設計需要考慮的因素眾多，應重視各因素作用，在滿足系統安全、可靠運行的前提下，結合實際情況和需求，進行科學、合理地設計，這樣才能保證在供配電系統良好運行的基礎上，不斷推動化工企業持續發展。

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：電氣設計。