工廠供配電系統設計方法研究

惠生工程（中國）有限公司 滕成仲

石油企業工廠供配電系統的穩定運行，對工廠生產質量、效率，以及安全都有重要的保障作用。一旦供配電系統出現故障或停止運行，工廠生產線可能會停工，導致生產訂單延誤或者產品質量受到影響。因此，工廠需要在供配電系統設計期間結合實際綜合考量各項因素，保證設計方案的科學性和合理性?？傊?，供配電系統對于石油企業工廠的穩定運行至關重要，工廠應該重視系統的設計優化及后期的維護與管理。

1 石油企業工廠供配電系統優化設計的必要性

石油企業工廠供配電系統的優化設計對于工廠的運營效率、安全性和整體生產力至關重要。經過精心設計配電系統，考慮諸如負荷變化、電能質量需求和能耗模式等因素，系統可以更好地與工廠實際需求相匹配，這有助于改善生產流程、減少停機時間，并提高整體操作效率。合適的保護裝置、智能監控系統和先進電氣設備也可以最大限度地降低電氣故障、事故和中斷的風險，從而為員工創造更安全的工作環境，保護機器設備免受潛在損害。而且優化供配電系統還可以顯著降低能源浪費和運營成本，通過應用節能型組件、實施智能電網技術和整合可再生能源，工廠可以降低總能耗和相關費用，從而節約成本，也符合可持續能源管理實踐。

2 石油企業工廠供配電系統設計的基本原則

2.1 合法合規原則

在設計石油企業工廠供配電系統時，必須嚴格遵循國家相關法律法規和標準，包括《電力工程施工及驗收規范》《企業電氣裝置工程施工及驗收規范》等相關標準，以及《電氣安全規范》等法律法規的要求，確保系統的設計、安裝、運行和維護都符合法律規定[1]。同時，還需要考慮當地的地方性規定和政策要求，確保工廠供配電系統的合法合規性。此外，在設計供配電系統時，要充分考慮工廠的實際用電負荷，合理規劃供電容量和配電路線，以確保系統能夠滿足工廠的正常生產運行需要。在電氣設備的選型和布置上，也需要符合相關規范要求，確保設備安全可靠，符合環保要求。

2.2 滿足基本需要原則

設計供配電系統必須充分考慮工廠生產和生活基本需求，確保供電的穩定性和可靠性。合理規劃系統容量和布局，確保覆蓋到各個生產車間和生活區域，滿足照明、通風、空調、生產設備等基本電力需求。同時，必須考慮未來的用電增長趨勢，做好系統的擴展和升級規劃，確保在工廠生產和生活需求不斷增長的情況下，保證供電系統的正常運行。另外，還需要考慮供配電系統的安全性和環保性，選擇適當的設備和材料，確保系統運行安全可靠，并盡量減少對環境的影響。最終設計方案必須經過嚴格的審核和驗收，確保供配電系統能夠滿足工廠生產和生活基本需求，并且符合相關的標準和法規要求。

2.3 安全可靠原則

安全是供配電系統設計的首要原則，系統設計必須考慮應急情況下的安全保障，包括防止電路短路、過載和漏電等安全隱患的發生。為了確保系統的安全性，設計師需要充分考慮電氣設備的選型和布置，確保設備符合相關安全標準，并采取有效的防護措施，如安裝保護開關、漏電保護器等，以防范潛在的安全風險。系統投入使用后，需要對系統進行定期維護和檢查，以確保設備的正常運行和安全性。供配電系統的運行必須達到高可用性、高穩定性和高安全性的要求，以保障電力供應的可靠性和穩定性。同時，應建立健全安全管理制度，加強人員培訓，提高操作人員對安全事故的防范意識和應急處理能力，及時排除安全隱患，確保供配電系統能夠安全、穩定地運行，為社會生產生活提供可靠的電力保障。

3 工廠供配電系統設計方法研究

3.1 用電負荷等級及負荷量設計

對用電負荷進行等級劃分是為了更好地管理和調控工廠的用電系統，確保其運行安全穩定。在進行負荷等級劃分時，要綜合考慮工廠的生產工藝和設備特點，以及用電設備的重要性和用電負荷的周期性變化。根據負荷等級的劃分，可以采取不同的供電保障措施，確保每個負荷等級都能夠得到適當的供電支持。在確定工廠的總體用電負荷時，需要充分考慮各個設備同時用電的情況，避免出現因負荷過大導致供電不足的情況發生。對于季節性變化較大的負荷，也需要采取相應的調整措施，例如增加備用電源或者調整運行模式，以應對不同季節的負荷變化[2]。此外，在設計供配電系統時還需要考慮未來的擴展和升級計劃，為此需要在初始設計時就留出一定的余地和資源，以便能夠在未來進行系統升級和擴容。只有充分考慮這些因素，才能夠設計出安全可靠、高效節能的供配電系統，滿足工廠生產的需求。

3.2 主接線方案設計

第一，在設計主接線方案時，需要考慮供電可靠性、電網容量、線路損耗、電壓穩定性等因素。通過合理的主接線方案設計，可以確保各設備得到穩定可靠的電力供應，并且最大限度地減少線路損耗和能源浪費。第二，主接線方案設計還應考慮未來的發展規劃和擴展需求。在選擇主接線方案時，需要考慮未來可能的負荷增長和新設備的接入，以確保系統具備足夠的擴展性和靈活性。第三，主接線方案設計還需要與現有的電網接口進行充分的協調。需要考慮與供電局的接口條件，包括變電站的配電容量、進線位置、配電線路的規劃等，以確保主接線方案與電網接口的兼容性和穩定性[3]。

另外，電纜設計是至關重要的一環。合理的電纜設計可以確保電力傳輸的穩定性和安全性，降低能源損耗，提高系統的可靠性和效率。以下是一些關鍵內容。電纜選型：根據工廠的實際需求、電力負荷、線路長度等，選擇合適的電纜類型和規格?？紤]電纜的負荷承受能力、耐磨損性、耐高溫性等特性，以滿足工廠的實際運行需求。比如筆者參與的項目當中采用的是動力配電箱AP000001電源電纜采用ZRB-YJV-0.6/1kV 系列電纜，普通電力電纜采用ZRB-YJV-0.6/1kV 系列電纜，控制電纜采用ZRB-KYJV-0.45/0.75kV 系列電纜，在整體系統當中應用的效果較為理想，具體可見表1。電纜敷設：設計合理的電纜敷設方案，考慮電纜的敷設路徑、走向、敷設方式等。在敷設時要避免電纜交叉、過度拉伸、機械損傷等情況，確保電纜的安全可靠運行。電纜標識：在設計電纜系統時，必須對電纜進行清晰明確的標識，包括電纜型號、敷設位置、敷設日期等信息，以便于日后的維護和管理。

表1 浙江獨山能源220萬t/年PTA 項目電纜選型設計

3.3 短路電流計算

短路電流計算能夠幫助工程師們確定供配電系統中各種電氣設備的合適容量和選型。在設計電氣系統時，短路電流是一個非常重要的參數，通過對短路電流進行準確的計算分析，工程師們可以確保所選的電氣設備具有足夠的耐受短路電流的能力，從而保障系統的正常運行。此外，短路電流計算還對繼電保護方案設計起著至關重要的作用。繼電保護系統是供配電系統中的一項重要設施，能夠在系統出現故障時迅速地切斷電路，從而保護設備和人員的安全。而設計合理的繼電保護方案則需要充分考慮短路電流的大小和分布情況，只有這樣才能確保繼電保護系統準確、及時地發揮作用。

3.4 電氣設備的合理選型

在供配電系統設計中，要根據實際負荷特性、環境條件、系統可靠性要求等因素進行合理選型，選擇符合標準要求、性能可靠的電氣設備，確保設備的安全運行和長期穩定性。第一，不同的負荷特性需要不同類型的電氣設備來滿足其供電要求。例如，對于高功率、變壓器啟動或特殊負荷等特性，應選擇能夠滿足這些需求的電氣設備，確保系統可靠運行[4]。第二，不同的環境條件會對電氣設備的運行穩定性和壽命產生影響。例如，高濕度、高溫、腐蝕性氣體等都需要選擇能夠適應這些條件的電氣設備，以確保設備長期穩定運行。第三，不同的系統可靠性要求會對電氣設備的選型產生影響，需要選擇能夠滿足系統可靠性要求的電氣設備，以確保系統能夠穩定、安全運行。

3.5 中性點接地方式的合理選擇

在供配電系統設計中，中性點接地方式的選擇直接關系到系統的接地保護和人身安全。要考慮工廠的具體情況，包括工廠的規模、負載特性、接地電阻要求等因素。此外，還需要考慮相關標準和法規的要求，以確保系統的設計符合國家和行業標準。中性點接地方式一般有直接接地、間接接地和不接地三種方式。直接接地適用于中性點接地電源系統，通過將中性點接地，以降低系統電壓、限制接地故障電流。間接接地方式則是通過中性點絕緣接地，減小接地故障電流引發的人身傷害和設備損壞[5]。在某些特殊情況下，還可以采用不接地方式，例如通過絕緣監測系統來實現對中性點的檢測和監控。無論選擇哪種中性點接地方式，都需要注意在設計中考慮接地系統的可靠性和安全性，并確保符合相關的標準和法規要求。同時，還需要在系統運行過程中進行定期的檢測和維護，以保證中性點接地系統的正常運行和人身安全。因此，在實際設計中，需要綜合考慮以上因素，采取合理的中性點接地方式，以確保系統安全可靠運行。如在筆者參與的浙江獨山能源220萬t/年PTA 項目中，110kV 系統中性點采用直接接地方式，35kV 系統中性點均采用小電阻接地方式；10kV 系統采用小電阻接地方式，接地電流采用200A；0.38kV 系統中性點采用直接接地方式（TN-S）。

3.6 工廠防雷設計

工廠防雷設計需要綜合考慮建筑物的特點、設備的布置和電氣系統的結構等，采取合適的技術方法來防護雷擊。具體設計策略如下。第一，合理設計和布置接地系統，確保接地電阻符合要求，提高接地效果，使雷電流迅速通過接地系統排除，減小對設備和人員的傷害。第二，通過安裝金屬避雷帶和避雷網，將建筑物的金屬結構與大地形成導電通路，將雷電流安全地引入地面，減少雷擊損壞。第三，對建筑物頂部安裝避雷針，有效引導雷電流朝地面流失，減少雷擊危害。第四，在設備和重要系統設施周圍布置避雷接地裝置，將雷電流引導到地下。第五，安裝合適的引下線路，將建筑物的金屬結構與接地系統連接，引導雷電流迅速排出。第六，在供配電系統中合理布置避雷器，對電氣設備和線路進行防雷保護，降低雷擊損害。第七，對電氣系統中的重要設備和線路進行絕緣設計和絕緣檢測，提高設備的耐雷電能力。第八，根據工廠的實際情況，選擇合適的防雷保護裝置，如防雷閃擊器和防雷保護盒等，對設備進行防護。

4 結語

綜上所述，工廠生產過程中耗電量大，節電潛力也大，需要進行供配電系統節能設計，通過減小供配電系統的阻抗，盡量減少電力傳輸過程中的損耗，如果能從各環節落實節電措施、提高電能的利用效率，為人們提供更加優質的電力能源，對工廠提升經濟效益和節能減排具有重要意義。