工業廠區內電氣布置方案研究

劉 瑩

（中國二十冶集團有限公司，上海 201900）

引言

工業廠區內的電氣布置是建筑工程的核心組成部分，直接決定了工業廠區是否能夠正常運行，隨著工業廠區內各類自動化設備的不斷增加，對廠區電氣的布置提出了更高的要求。由于目前各類文件中均缺乏對工業廠區內電氣布置要求和技術方案的介紹，在進行工業廠區內電氣布置時一方面靠設計規范、一方面靠人工經驗，導致部分設計雖然符合國家強制性標準，但和實際應用存在一定的差異性。

因此本文以鋰電池工業廠區的電氣設置為例，對工業廠區內的供電方案、照明方案、動力配電設計的技術要求、布置要點等進行了詳細的分析，為類似廠區電氣設計提供了參考，具有較大的應用推廣價值。

1 廠區用電負荷確認

以某鋰電池工業廠區為例，其廠房的建筑高度為48 m，樓下有一個面積約2 000 m2的地下室，在建筑物內生產鋰電池過程中使用的原料及生產過程所使用的各類設備均是不燃燒的固體物質，且不涉及可燃、可爆的危險品。整個廠區采用了鋼筋混凝土框架剪力墻結構，其所對應的火災危險性等級為丁類，由于目前缺乏專用于工業廠房的設計要求，因此參考民用建筑類設計規范來進行設計[1]。

根據丁類廠房建設標準，廠區外側的消火栓的標準排水量標準應不小于35 L/s，廠區內的消防、應急照明、機房設備用電和各類自動化設備用電等為二級負荷，其余所有用電設施的用電負荷均為三級。

根據設備用電負荷及通風、空調、照明、插座等用電需求，廠區內設施1的總用電功率為8 400 kW，因此在設施1處設置了12×2 500 kVA的干式變壓器。由于廠房內的生產設備多，而且同時工作時的用電量極大，特別是在廠房的兩側對稱分布著大容量的用電設備。在廠房1內僅設置一個變電所就要占用200㎡空間，并且會占用物料、產品的運輸通道，變電所向廠區對面的設施供電時，會產生極大的損耗和電磁干擾，因此在綜合評估后，采用在廠房兩側對稱設置變電所的方案，能夠在保持對車間供電平衡性的基礎上縮小占地空間，保證廠房內的物流周轉空間不受影響，提高廠房空間利用率。

對廠區同時設置的辦公樓、倉庫、宿舍和餐廳等配套建筑，根據各處的用電負荷情況，設置一組2×1 250 kVA的變壓器即可，考慮到以上配套建筑的實際用電情況均較小，因此可以采用在各配套建筑的負荷中心位置設置一個變電所，用于對各配套建筑同時進行變配電服務[2]。

2 動力配電分析

動力配電是工業廠區維持正常運轉的核心，以鋰電池生產廠房1為例，對該廠房內動力配電進行設計，需要依據所規劃的生產工藝設備負荷、用電需求以及布置位置等信息進行確認，然后根據各設備的時間用電功率進行針對性的動力配電設計，對于用電功率超過100 kW的超大容量用電設備，采用母線槽由變電所放射式供電[3]。對于用電功率在50～100 kW的大容量用電設備，可采用電纜由變電所放射式供電方案。對于用電功率在50 kW以下的小容量用電設備，則可以采用由總配電箱放射至不同設備的集中式供電方案。廠房1內的局部配電設計如圖1所示。

3 廠區照明配電設計

工業廠區內的照明配電設計，主要包括照明燈具選擇、照明燈具安裝、照明配電控制及疏散照明電路設計等[4]。

由于工業廠房的標準層高為8 m，而且根據工藝布局情況，在廠房內的相關設備設置有操作平臺，設置在操作平臺上的設備作業面和廠房頂板的距離一般為5 m，考慮到車間內的操作對燈具亮度和可靠性要求較高，因此在一般廠房頂部選擇高亮度LED工礦燈，在工藝隔間內可以選擇吸頂LED熒光燈。在進行燈具布置的時候應該特別注意，要根據設備和操作崗位情況，合理設置燈具的位置，避免布置在操作站點的正上方或者后方，影響目視操作。推薦布置在操作站點前側約15°的位置，消除操作時的重影影響，所選用的LED燈的顯色指數[5]不應小于80。

工業廠房內的層高和面積都大，因此為了確保在照明過程中斷路器的靈敏性及照明電壓的穩定性，不能按防火分區進行照明配電設計，而且所使用的照明線路應該為截面不小于2.5 mm2的絕緣銅導線，單根照明線路的最大允許水平長度不超高70 m。若照明的單線距離過長，則需要根據廠房照明及配電情況在廠房不同位置設置小配電間，保證廠區內的照明安全性。為了確保正常照明線路突然故障時廠區內生產正常進行，在照明配電箱內需要設置備用的照明配電箱，而且主配電箱和備用配電箱采用了交叉配電的方案，當一個線路出現故障時能夠快速切換到另一個供電線路，保證廠區內供電的可靠性。

廠區內疏散照明，廠區的疏散照明是保證在緊急情況下員工快速疏散而提供的應急照明，保證疏散的安全性。工業廠區內的各類物流車、工藝設備較多，按照傳統將應急照明線路設置在墻體下側的方案，極易被零碎的物品擋住，影響應急指示。因此選擇將工業廠區內的疏散照明設置為吊裝式[6]，吊裝的高度需要和次梁齊平，保證在緊急情況下疏散照明的指示可靠性，工業廠區內的應急照明燈具布置如圖2所示。

為了提升應急照明系統的應用可靠性，需要將應急照明和廠區火災自動報警及控制系統相連接，由火災自動報警及控制系統進行聯動控制，提高可靠性。

4 防雷及接地設計

在工業廠區內，變電所是設置在廠房內部的，因此一般采用了TN-S接地系統[7]，同時專門設置了專用的保護接地線路，各個保護接地線路之間不允許進行串聯。工業廠區建筑可以按照二類保護設計，建筑上的外露金屬構件可以采用直徑為12 mm的圓鋼連接，防雷金屬構件需要突出風管、煙囪等物體。

為了保證設置在配電柜旁邊設備的操作安全性，在配電柜和設備間需要設置輔助等電位連接裝置，提高使用安全性。

5 結語

針對現有的工業廠區電氣設計規范性較差、難以有效直接指導實際生產的情況，以鋰電池生產工業廠區建設為例，對廠區內的用電需求、動力配電、照明配電等設計要點進行了分析，為后續類似工藝廠區配電設計提供了參考。研究表明：

1）配套建筑的實際用電情況均較小時，可以在各配套建筑的負荷中心位置設置一個變電所，用于對各配套同時進行變配電服務。

2）超大容量用電設備，可采用母線槽由變電所放射式供電。大容量用電設備，可采用電纜由變電所放射式供電方案。小容量用電設備，可采用由總配電箱放射至不同設備的集中式供電方案。

3）工業廠區內的照明配電設計主要包括了照明燈具選擇、照明燈具安裝、照明配電控制及疏散照明電路設計等。