包裝倉儲物流綜合園區(qū)電氣設(shè)計(jì)探討

鄭遠(yuǎn)

摘 要：隨著白酒產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，酒類生產(chǎn)園區(qū)或物流園區(qū)都逐漸向生產(chǎn)、倉儲、物流等多功能綜合性園區(qū)發(fā)展。該類大型綜合園區(qū)的建設(shè)，給其電氣設(shè)計(jì)的規(guī)范性和合理性帶來了更高層次的挑戰(zhàn)。以某酒類包裝物流園區(qū)電氣設(shè)計(jì)為例，對園區(qū)電氣設(shè)計(jì)所涉及供配電等系統(tǒng)進(jìn)行探討，提出合理可行的方案，為類似園區(qū)電氣設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：綜合園區(qū)；電氣設(shè)計(jì)；供配電

中圖分類號：TU2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）07-0021-03

0 引言

酒類包裝倉儲物流綜合園區(qū)存在占地面積大、不同功能的生產(chǎn)廠房類型多、用電負(fù)荷大、消防要求高等特點(diǎn)，因此在此類廠房的電氣設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮的因數(shù)較多。這就使得設(shè)計(jì)者須在全面落實(shí)電氣設(shè)計(jì)各項(xiàng)基礎(chǔ)要求和保障生產(chǎn)園區(qū)廠房電氣設(shè)計(jì)方案的規(guī)范性和合理性的前提下，對影響生產(chǎn)園區(qū)廠房電氣設(shè)計(jì)的因素進(jìn)行分析處理。本文結(jié)合工程案例，對酒類包裝倉儲物流綜合園區(qū)電氣設(shè)計(jì)所涉及的供配電方案、照明系統(tǒng)、防雷接地、電氣節(jié)能、電氣消防等方面技術(shù)進(jìn)行探討，結(jié)合園區(qū)生產(chǎn)需求，提供切實(shí)可行的電氣設(shè)計(jì)方案。

1 園區(qū)概況

案例為酒類包裝物流園，涉及的生產(chǎn)性建筑包括基酒罐房、勾調(diào)廠房、包裝廠房、包材庫、成品庫等，非生產(chǎn)性建筑包括調(diào)度中心、質(zhì)檢中心、服務(wù)中心等，規(guī)劃總建筑面積約65萬㎡。項(xiàng)目電氣設(shè)計(jì)范圍主要包括10 kV配電、10/0.4 kV變配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、防雷接地、電氣節(jié)能、電氣消防等建筑電氣系統(tǒng)。

項(xiàng)目在建筑分類上既有甲類廠房、倉庫，又有丙類廠房、倉庫，同時也有多層民用建筑，由于項(xiàng)目所涉及的建筑類型、廠房功能較為復(fù)雜，不同工藝產(chǎn)線和設(shè)備對供電系統(tǒng)的要求存在差異，因此在本園區(qū)電氣設(shè)計(jì)中，需要充分把握園區(qū)整體布局及廠房用電情況，統(tǒng)籌分析。既要滿足不同廠房用電需求，也要結(jié)合不同廠房的生產(chǎn)特點(diǎn)及工藝、設(shè)備需求，合理布置變配電所，選用相應(yīng)的變配電設(shè)備、線纜等，力求在滿足供電安全性、可靠性的同時，盡可能提高園區(qū)整體電氣節(jié)能水平。

2 園區(qū)電氣設(shè)計(jì)要求

對于該類型的園區(qū)，電氣設(shè)計(jì)過程中需考慮以下4點(diǎn)：第一，應(yīng)對園區(qū)廠房整體規(guī)模和生產(chǎn)特點(diǎn)進(jìn)行分析，按照實(shí)際分析結(jié)果確定其供配電系統(tǒng)方式，并從設(shè)計(jì)規(guī)范和使用需求出發(fā)，確保電氣設(shè)計(jì)方案滿足園區(qū)安全可靠生產(chǎn)需求。第二，生產(chǎn)園區(qū)規(guī)劃面積較大，不同廠房生產(chǎn)設(shè)備負(fù)荷、運(yùn)行時間、控制方式以及電氣設(shè)備的運(yùn)行模式、各自需求存在一定差異，為避免園區(qū)不同廠房電氣系統(tǒng)因用電負(fù)荷、運(yùn)行方式的差異而出現(xiàn)問題，在設(shè)計(jì)過程中就必須結(jié)合不用生產(chǎn)廠房功能，綜合考慮影響因素，在負(fù)荷計(jì)算上做出相應(yīng)調(diào)整，進(jìn)而保證供配電系統(tǒng)的規(guī)范性、協(xié)調(diào)性、可靠性及安全性，滿足生產(chǎn)園區(qū)廠房電氣相關(guān)要求。第三，園區(qū)內(nèi)生活和生產(chǎn)用電量較高，基于供配電系統(tǒng)的復(fù)雜性和系統(tǒng)性，同時保證電能使用的穩(wěn)定性及電氣設(shè)計(jì)過程中各個基礎(chǔ)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)配合度，在電氣設(shè)計(jì)過程中，需要多維度分析實(shí)際問題，對供配電系統(tǒng)及其他關(guān)聯(lián)流程進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化處理，從而提高生產(chǎn)園區(qū)廠房生產(chǎn)效率。第四，應(yīng)提升園區(qū)電氣設(shè)計(jì)人員、管理人員和使用人員的綜合、專業(yè)水平，確保相關(guān)人員及時有效掌握基本規(guī)范及操作需求，降低生產(chǎn)園區(qū)內(nèi)因人員干擾和失誤問題造成的各項(xiàng)風(fēng)險[1]。

3 園區(qū)供配電設(shè)計(jì)策略

3.1 園區(qū)負(fù)荷等級劃分及市政供電電源

在本項(xiàng)目中，根據(jù)園區(qū)各廠房情況劃分用電負(fù)荷等級，其中能源動力中心、調(diào)度綜合樓、消防控制室、消防泵房、生活服務(wù)節(jié)點(diǎn)內(nèi)的消防負(fù)荷用電均為一級負(fù)荷。其他單體內(nèi)消防負(fù)荷、部分重要的工藝生產(chǎn)負(fù)荷、防爆事故排風(fēng)機(jī)為二級負(fù)荷。其余工藝、熱力、暖通、給排水等用電負(fù)荷為三級負(fù)荷。為保障園區(qū)生產(chǎn)，結(jié)合市政電源供電條件，園區(qū)一級負(fù)荷采用兩路市電+柴油發(fā)電機(jī)供電，二級負(fù)荷和三級負(fù)荷均采用兩路市電供電[2]。具體負(fù)荷分級及供電電源要求見表1。

3.2 變配電所設(shè)置

考慮到園區(qū)面積較大，整體規(guī)劃分為A園和B園，為保障園區(qū)供電的可靠性，同時便于園區(qū)能源計(jì)量，考慮在A、B園兩個能源動力中心各設(shè)置一個10 kV配電所，電源由就近的220 kV變電站引入8回10 kV專線。每個10 kV高壓配電所各進(jìn)4回，4回10 kV專線兩兩互為備用。每兩回10 kV母線接線方式采用單母線分段方式，確保在一回進(jìn)行發(fā)生故障時，另一回專線能滿足100%負(fù)荷。此外，根據(jù)園區(qū)各生產(chǎn)廠房負(fù)荷分布情況，整體考慮設(shè)置19個10/0.4 kV變配電所，各變配電所盡可能深入負(fù)荷中心，以減少低壓供電損耗和供電電纜的成本投入[3]。

在對類似園區(qū)變配電所進(jìn)行布置時，應(yīng)對廠房用電負(fù)荷進(jìn)行有效劃分。要結(jié)合園區(qū)整體規(guī)劃，對電源進(jìn)線和負(fù)荷分布情況進(jìn)行綜合分析，在適當(dāng)位置設(shè)置高低壓配電所。若園區(qū)面積較大，應(yīng)根據(jù)合理的供電半徑，規(guī)劃設(shè)置多個變配電所，減小因遠(yuǎn)距離供電所增大電纜截面的費(fèi)用投資。若單棟廠房用電負(fù)荷不大時，也可考慮在負(fù)荷中心設(shè)置一個變配電所為周邊廠房供電，以此提高變配電所設(shè)置的經(jīng)濟(jì)性。

因不同生產(chǎn)廠房工藝設(shè)備、熱力設(shè)備、暖通設(shè)備和給排水設(shè)備的用電負(fù)荷存在一定差異，因此在設(shè)計(jì)過程中，需要結(jié)合不同廠房的實(shí)際情況，對建筑中變配電所位置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。作為電氣設(shè)計(jì)人員，也應(yīng)在項(xiàng)目前期規(guī)劃階段盡早參與項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)初期結(jié)合總圖將變配電所設(shè)置在園區(qū)負(fù)荷中心，避免后期因變配電所位置設(shè)置不合理而影響園區(qū)整體布局。

3.3 應(yīng)急電源及備用電源設(shè)計(jì)

一般來說，園區(qū)的應(yīng)急電源系統(tǒng)主要用于保證人體健康和安全，避免對環(huán)境或其他設(shè)備照成損失的安全設(shè)施，如安全防范設(shè)備、消防設(shè)備用電等。備用電源則用于當(dāng)正常電源斷電時，向電氣裝置或其他設(shè)備供電，如生產(chǎn)電力負(fù)荷及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)備用電。在園區(qū)應(yīng)急電源電氣設(shè)計(jì)前期，應(yīng)結(jié)合園區(qū)生產(chǎn)實(shí)際和負(fù)荷分級情況對園區(qū)一級、二級負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算和分析，并按照實(shí)際需求確定應(yīng)急電源系統(tǒng)。

本園區(qū)中，一級負(fù)荷除采用兩路市電供電外，還應(yīng)在A、B園能源中心各設(shè)置一處柴油發(fā)電機(jī)房，確保一級負(fù)荷的兩路市電停電或同一變配電所兩臺變壓器同時故障時，自備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組能夠滿足一級負(fù)荷用電需求。二級負(fù)荷則通過兩回10 kV專線互為備用，并采用單母線分段方式，確保一回進(jìn)行發(fā)生故障時，另一回專線能夠滿足所有二級負(fù)荷用電需求。備用電源則結(jié)合用電設(shè)備的使用需求，采用自帶UPS作為備用。

在設(shè)計(jì)中需要特別注意的是，備用電源的負(fù)荷嚴(yán)禁接入應(yīng)急供電系統(tǒng)，同時要確保應(yīng)急電源和備用電源與園區(qū)電力設(shè)備的協(xié)調(diào)性，以便當(dāng)園區(qū)電力設(shè)備停電時，對可能出現(xiàn)的安全事故進(jìn)行有效防控。

3.4 配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，放射式配電具有較高的供電可靠性，電纜設(shè)備故障時的影響范圍也較小，但所需的配電設(shè)備和電纜較多，成本較高。樹干式配電所需的配電設(shè)備和電纜較少，相對于放射式配電，其供電可靠性較低，線纜和設(shè)備故障時的影響范圍也較大。因此，在設(shè)計(jì)中，需要結(jié)合項(xiàng)目及各類用電負(fù)荷特點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性等方面對配電方式進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

生產(chǎn)園區(qū)同普通的民用建筑相比，在配電系統(tǒng)上，最大的特點(diǎn)是用電設(shè)備相對密集，對供電的可靠性要求較高。為滿足這一需求，配電箱級數(shù)設(shè)置不宜過多，并應(yīng)盡量做到簡單可靠。在本項(xiàng)目中，生產(chǎn)車間、動力中心等主要用電設(shè)備采用放射式配電，由低壓配電柜直接配電至動力設(shè)備的電動控制柜或現(xiàn)場動力配電箱，常規(guī)的小容量用電設(shè)備則采用放射式或樹干式配電方式，消防水泵、防排煙風(fēng)機(jī)、正壓送風(fēng)機(jī)等消防負(fù)荷均采用雙回路供電至末端配電箱[4]。

3.5 照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

園區(qū)照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要涉及照明燈具選型、安裝高度及方式、控制方式等設(shè)計(jì)內(nèi)容。在燈具的選型、安裝高度及方式上，除滿足照度、功率密度、顯色指數(shù)等常規(guī)要求指標(biāo)外，針對生產(chǎn)類廠房，還需要結(jié)合廠房層高、工藝要求、潔凈程度、防爆、防潮等因素綜合考慮，確定其燈具選型及安裝方式。

在案例項(xiàng)目中，中轉(zhuǎn)酒罐房、勾調(diào)廠房、成品罐房等建筑為甲類建筑，在其防爆區(qū)內(nèi)的燈具及開關(guān)均選用防爆型。在淋浴間等特別潮濕的場所，選用IP65型防水防塵燈具。更衣間、開水間、水泵房等較為潮濕的場所，選用IP55型防水防塵燈具。包材、成品暫存區(qū)等火災(zāi)危險環(huán)境場所，則選用有防電燃標(biāo)志的燈具。

在照明控制方式上，園區(qū)生產(chǎn)廠房除根據(jù)不同區(qū)域的照明使用特點(diǎn)進(jìn)行分區(qū)、分組控制外，從節(jié)能環(huán)保的角度，每個照明回路所控制的光源數(shù)量也不宜過多，以避免線纜過長，產(chǎn)生不必要的損耗。同時合理的照明分區(qū)也能提高系統(tǒng)節(jié)能效果。

3.6 防雷接地設(shè)計(jì)

作為酒類包裝倉儲物流綜合性園區(qū)，園區(qū)各系統(tǒng)接地主要有3類需求：一是用于保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的功能性接地（系統(tǒng)接地、信號電路接地）。二是以安全為目的的保護(hù)性接地（保護(hù)接地、雷電防護(hù)接地、防靜電接地）。三是確保系統(tǒng)在電磁環(huán)境中能正常工作的電磁兼容性接地（屏蔽接地）。

本案例中，以上3種接地采用聯(lián)合接地方式，共用接地裝置。接地電阻值按照滿足各接地系統(tǒng)的最小值要求，園區(qū)各建構(gòu)筑物內(nèi)均采用TN-S型接地系統(tǒng)，接地線與中性線嚴(yán)格分開。園區(qū)內(nèi)的主要生產(chǎn)廠房及調(diào)度服務(wù)中心，均按二類防雷建筑物保護(hù)措施進(jìn)行設(shè)計(jì)，并將屋面金屬框架、金屬管道等均與防雷接閃裝置進(jìn)行連結(jié)，組成一個防雷接地系統(tǒng)。

在園區(qū)的防雷接地設(shè)計(jì)中，為避免廠房電氣設(shè)備產(chǎn)生接地不良問題以及電氣設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中受到雷電侵襲，在保證電氣設(shè)備功能性接地的可靠性的同時，設(shè)計(jì)應(yīng)加強(qiáng)防雷接地驗(yàn)算。可根據(jù)園區(qū)各系統(tǒng)接地要求選擇適當(dāng)接地電阻，優(yōu)先利用建筑基礎(chǔ)鋼筋等自然接地體作為接地裝置，當(dāng)自然接地體的接地電阻達(dá)不到要求時，通過敷設(shè)接地扁鋼增加人工接地體，增強(qiáng)園區(qū)防雷接地效果[5]。

3.7 電氣節(jié)能設(shè)計(jì)

在園區(qū)建筑電氣設(shè)計(jì)中，做好節(jié)能設(shè)計(jì)旨在不影響園區(qū)生產(chǎn)功能的前提下，減少不必要的電能消耗和損耗。本園區(qū)在電氣節(jié)能方面，主要采取的措施有以下5種：一是通過在負(fù)荷中心合理設(shè)置變配電所，以縮短配電半徑，減少電能損耗和電纜長度。二是合理選擇符合節(jié)能要求的變壓器，并根據(jù)負(fù)載率選擇合適的變壓器容量，確保其在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式中運(yùn)行。三是在變配電所低壓配電室采用集中補(bǔ)償方式提高功率因數(shù)，確保補(bǔ)償后變配電所10 kV高壓側(cè)功率因數(shù)在0.95以上，減少變壓器的銅損和線路的電能損耗。四是按經(jīng)濟(jì)電流選擇電纜截面，在確保供電安全、可靠的同時降低線路損耗，提高電纜選擇的經(jīng)濟(jì)性。五是在照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用環(huán)保節(jié)能燈具、合理設(shè)置照明控制方式等，降低照明系統(tǒng)電能消耗。

在類似的項(xiàng)目中，電氣節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)首先滿足園區(qū)用電需求，通過供電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等的節(jié)能設(shè)計(jì)，采用上述類似措施，確保園區(qū)電氣設(shè)備在節(jié)能環(huán)保狀態(tài)下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)園區(qū)電氣節(jié)能設(shè)計(jì)效果。

3.8 電氣消防設(shè)計(jì)

酒類包裝倉儲物流綜合園區(qū)的轉(zhuǎn)酒罐房、勾調(diào)廠房、成品罐房等建筑均為甲類廠房，在此類建筑中，一旦發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)能及時準(zhǔn)確地發(fā)出報(bào)警信號固然重要，但設(shè)置合理的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，才是更有效的保護(hù)措施。

中轉(zhuǎn)酒罐房、勾調(diào)車間、成品酒罐房及包裝車間的高位罐區(qū)、灌裝間等是容易發(fā)生基酒泄漏或聚集的場所，在電氣消防設(shè)計(jì)中，需考慮設(shè)置檢測乙醇濃度的可燃?xì)怏w探測器。在能源動力中心的鍋爐房內(nèi)，需設(shè)置檢測天然氣濃度的可燃?xì)怏w探測器。當(dāng)空氣中可燃?xì)怏w濃度達(dá)到爆炸下限的25%時，可燃?xì)怏w探測器能夠發(fā)出報(bào)警信號，聯(lián)動啟動事故風(fēng)機(jī)，降低廠房內(nèi)可燃?xì)怏w濃度，避免發(fā)生爆燃等火災(zāi)險情。酒類燃燒基本無煙氣，常規(guī)的感煙類探測器在此類場所中，無法發(fā)揮有效作用，因此在上述甲類區(qū)域設(shè)置應(yīng)紫紅外火焰探測器[6]。

綜合性生產(chǎn)園區(qū)的電氣消防設(shè)計(jì)，是由多系統(tǒng)聯(lián)合組成的全方位監(jiān)測、預(yù)警、報(bào)警、聯(lián)動控制網(wǎng)絡(luò)，除火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)外，還應(yīng)設(shè)計(jì)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、消防應(yīng)急廣播系統(tǒng)、應(yīng)急疏散指示系統(tǒng)等。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)強(qiáng)制性規(guī)范、條例要求做好電氣消防設(shè)計(jì)，并結(jié)合園區(qū)不同生產(chǎn)廠房的特點(diǎn)，配置給排水、暖通專業(yè)自動滅火系統(tǒng)及防排煙系統(tǒng)等。

4 結(jié)束語

電氣設(shè)計(jì)是電氣設(shè)備安全、可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)，為推進(jìn)生產(chǎn)園區(qū)廠房電氣設(shè)計(jì)順利開展，電氣設(shè)計(jì)應(yīng)從廠房規(guī)劃布置和實(shí)際運(yùn)行情況入手，制定針對相適應(yīng)的方案，且考慮到綜合性生產(chǎn)園區(qū)廠房電氣設(shè)計(jì)項(xiàng)目的復(fù)雜性，設(shè)計(jì)過程中必須根據(jù)實(shí)際情況做出調(diào)整和優(yōu)化，從多角度降低生產(chǎn)園區(qū)廠房電氣能耗以及出現(xiàn)各類問題的可能性，進(jìn)一步提升園區(qū)廠房生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉瑩.工業(yè)廠區(qū)內(nèi)電氣布置方案研究[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2022，12（5）：320-321+324

[2] 劉旭辰，蔣涵，田萌.工業(yè)廠房建筑中電氣節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2021，48（9）：135-137.

[3] 史金春.工業(yè)廠房低壓無功補(bǔ)償相關(guān)參數(shù)計(jì)算[J].智能建筑電氣技術(shù)，2019，13（2）：89-91.

[4] 李明子.工業(yè)廠房建筑電氣設(shè)計(jì)及其節(jié)能措施分析[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2019，46（18）：18-19.

[5] 顧海超.工業(yè)電氣設(shè)計(jì)在電氣節(jié)能方面應(yīng)注意的一些問題[J].科技風(fēng)，2020（23）：77.

[6] 黃麗.某工業(yè)廠房電氣設(shè)計(jì)探討[J].智能建筑電氣技術(shù)，2021， 15（5）：95-98.