工业厂区变配电站设计的经验总结

李圆

（天津市化工设计院，天津300193）

工业厂区变配电站设计的经验总结

李圆

（天津市化工设计院，天津300193）

电能作为日常生活与工作的主要动力能源，各行各业都不能离开它，化工行业更是如此。随着电气自动化技术的提高，企业用电量迅速增长，这就对电能质量、供电可靠性及企业经济性提出了更高的要求。供电系统设计的是否完善不仅反映到企业供电的可靠性和安全性上，而且还会影响企业的建设投资、运行费用和资源消耗等诸多方面因素。

变配电站；高低压系统；负荷计算；配合

除个别大型企业有自备发电厂外，绝大多数企业都是从国家电网系统中获取电能，而工业负荷也是电力系统中的主要用户。因此保证企业供电的可靠性与稳定性不仅关系企业自身的经济利益，同时也关系到国家电力系统的安全运行与能源的合理利用。

所以做好工业厂区内的供电系统设计对企业自身的发展具有很重要的作用，同时对于节约能源、支援国家建设也具有重大的意义。

1 供电系统设计的优化

1.1 供电系统设计要求

随着现代化发展的步伐加快，各企业的工艺水平及工艺要求都有了进一步的提高，但是现行的标准往往滞后于此，而且有些还都是从民用建筑的角度出发，并不能完全概括化工企业的信息。

根据笔者多年工作经验总结，对于化工企业来说，安全可靠依然是重中之重，但成本节约同样尤为重要，供电系统设计应遵循以下原则。

1.1.1 人身安全

在电能的供应、分配与使用中，不应该发生人身和设备的事故。

化工行业多涉及各种化工原料，这些原料本身具有刺激性、腐蚀性及爆炸性等特点，一旦出现事故，轻则停产，重则爆炸，后果往往十分危险。

1.1.2 供电可靠

在安全合理的前提下必须满足用户对供电稳定性的要求

化工行业多电机及大功率设备，对电能的稳定性要求高，电压不稳会使设备波动甚至停机，而化工行业中某些设备停机会造成严重后果，最严重时会造成爆炸事故。

1.1.3 优质优量

满足不同设备对电压及频率的要求。

化工行业根据生产工艺的不同往往会由不同电压等级的设备，某些企业甚至还会有频率上的要求。

1.1.4 经济节约

在满足设计要求的前提下节约成本，降级投资费用，减少资源消耗。

企业创收在扩大营销外，节约成品也是重中之重，这在化工企业中也是尤为明显的。

此外，布局应充分利用建筑特点，并为以后的扩展预留空间，合理的处理局部和全局、当前和长远的关系，既要顾全局部的当前利用，也要有全局观，顾全大局适应未来发展。

1.2 设计步骤的总结优化

设计本身并没有绝对先后顺序，最终的目的就是满足工艺要求，为厂区所有用电负荷供电，并保证运行长期可靠，不同的设计人员设计的方法、步骤及切入点也不尽相同。

下面我将自己在工作中实际使用的设计步骤总结如下，供大家参考讨论。配电系统的设计内容和步骤应结合厂区或工段的负荷数量和性质、生产工艺或设备本身对负荷的要求以及全场负荷分布情况，选择最优方案。

1.2.1 负荷计算

负荷计算时方案选择及设计的第一步，它能直观的体现出厂区负荷的分布情况，为后续的设计提供重要的基础资料。

1.2.2 主接线设计同时确定变压器台数、容量

根据用电设备的数量、负荷要求及生产条件确定高、低压接线方式；根据全厂负荷计算以及备用和扩建的需要，确定变压器台数及数量。

1.2.3 配电室布局

根据建筑物布局结合规范要求，按照变压器数量布置配电柜位置；同时应考虑电缆出线至外管廊及各装置区的位置。要求做到出线简单方便，路径简化节约。

1.2.4 系统设计与继电保护

根据各工段的实际用电情况确定配电柜数量；根据用电设备的容量大小选择适合的开关及保护；根据被保护对象性质选择正确合适的继电保护装置。

1.2.5 根据功率因数确定无功补偿容量

按照负荷计算结果及实际配电系统，结合变压器容量，通过查表或计算得出达到供电部门要求所需补偿的无功率，选择无功补偿容量，确定补偿柜数量并与系统相结合。

2 具体设计内容及实例说明

根据笔者参与并独自完成设计的某项目配电室为依据，结合现场施工经验及后期运行管理中解决的问题方案，总结概括如下。

2.1 负荷计算

所谓负荷计算是根据用电设备基础资料综合考虑功率因数、同期系数、功率损耗等因素通过计算得出的数据，是变压器选择及系统设计的基础资料，同时也是全厂设备信息的总结概况。

2.1.1 主要公式

规范及手册中给出的计算公式往往通用性很强，但对于工程实际使用来说存在一定的片面性，很多实际用到的系数并没有考虑；因此结合在实际中使用的参考系数，我将我们实际结合各项系数后所使用的主要公式总结如下：

2.1.2 厂区负荷计算简表

根据上述的计算公式，我将全厂所有电机的信息按照厂房及工段划分，并进行总结概括就可以得出全厂性的负荷计算书，表1是我汇总的某一个工段的负荷计算。

表1

根据表1可算出，本装置(电加热器负荷)：本装置计算有功功率445kW；

本装置计算无功功率330kW；

本装置计算电流842A；

本装置(非电加热器负荷)：本装置计算有功功率445kW；

本装置计算无功功率330kW；

本装置计算电流842A。

同理其它装置也可做出其相应的负荷计算；将所有子项汇总后得出全厂总的负荷计算，其中：

总装机容量为6461kW；总常用容量为3074kW；总计算有功功率为2373kW；总计算无功功率为1759kW；总计算电流为4499A。

2.2 变电所位置选择及主接线设计同时确定变压器台数、容量

根据我们在实际工程中的经验，变电所应放置在厂区中间或靠近主要负荷的工段附件，这样可以节省大量的电缆，本项目变配电室放置于主要负荷工段的南侧，中间利用管廊贯通，电缆可以用最短的距离到达现场。

在本项目中含有二级负荷，即中断其供电会造成重大经济损失，因此根据规范要求，二级负荷的供宜由两回线路供电，故本低压系统采用双母线分段运行；同时根据甲方要求，每台变压器均能带起2段的全部负荷，因此本项目采用4台1250kVA的变压器，每两段一组并设母联开关，当本组一台变压器出现事故或检修时由另一台变压器为本组所有设备提供电源。

2.3 配电室布局

本项目设独立配电室，其大小为21.6m×15.7m，房间内柱子之间东西向间距为5.4m，南北向间距为8m。根据规范要求，配电柜与墙面（含柱面）及配电柜之间应留有必要的距离，因此为了最大化利用房间，同时尽可能多的纺织配电柜，本次设计采用东西向布置；因管廊及主要设备区域均处于变配电站的北侧及西侧，故为了出线方便避免内部交叉，将变压器放置于配电室东侧。

具体详图1所示。

图1

2.4系统设计与继电保护

2.4.1 系统设计

系统设计及电气选型是我们在设计中最需要注意的环节，化工行业更是如此，因为本行业中的设备多为连续运转且无人24h在旁监控，因此合理的设计与正确的选型，是保证化工企业设备正常运行、设备故障预警及事故及时保护的根本。

根据规范要求及行业惯例，电气设计中需要增加各种保护装置，但具体到某一个类型往往介绍的不全面，下面我将在本次设计中保护的对象及整定值进行总结概括；保护分很多种不同类型，其中主要的设备包括断路器、接触器、电动机保护器、热继电器等等。

1）断路器—按照设备的额定电流选择

不同厂家分级不同，但一般包括(10A、16A、25A、40A、50A…)，例如：15kW的电机，其额定电流Ie=28.49A，因此应选用50A的型号；但需要注意所选型号的电流值应小于本回路电缆的最大载流量。

2）接触器—按照设备的额定电流选择

不同厂家分级不同，但一般包括(9A、16A、25A、40A、50A…)，与断路器不同，如果电机的额定电流与断路器型号接近应放大一级选择。例如：7.5kW的电机，其额定电流Ie=14.25A，故应选用25A的接触器。

3）电动机保护器—按照设备的额定电流选择

可参考厂家选型样本，根据设备的额定电流选择。

4）热继电器—按照设备的额定电流选择

热继电器作为电动机保护器的简化产品在选型时应注意，所选范围的上限不应接近额定电流，一般应将额定电流选在范围的中间。例如：3kW的电机，其额定电流Ie=7.6A，因此该热继电器应选用(7～10A)档而不是(5.5～8A)档。

2.4.2 继电保护

继电保护是根据运行过程中发生故障时根据设定在整定时间内有选择的发出跳闸命令或报警信号，其包括电流增加、电压升高或降低、频率降低等现象。继电保护装置一般根据电流值或时间设定值来进行选择性跳闸。其中根据电流值来进行选择的为反时限保护，电流越大跳闸越快；根据时间来进行选择的为定时限保护，其在故障电流超过整定值后经过给定的时间才出线跳闸命令。

另外继电保护按保护性质分类可分为电流速断保护、电流延时速断保护、过电流保护、过电压保护、低电压保护、单相接地保护、差动保护等；按照被保护对象分类也可分为发电机保护、电力变压器保护、线路保护、母线保护、电力电容器保护等。

2.5 根据功率因数确定无功补偿容量

2.5.1 无功补偿

每台电气设备出厂时设备所能发出的总能量并不全部转化为有功功率，随着发热及震动等消耗，每台设备实际能发出的有功功率均会小于其本身的视在功率。

因此有效的减少无功功率的消耗就可以提高设备的有功功率，这在化工行业这种多电机设备的环境尤为明显。做好无功补偿会提升整体的电气效率，从而提高设备运行效率，为企业减少成本，增大产出比，提高企业效益。

经过多年的总结，我将无功补偿简化到图2所示。

而无功补偿就是在无功率上加上一个减量，使实际的无功功率降低，根据公式可以得出，因此在相同的Sjs条件下，Qjs减少必然会使Pjs增加，如图3所示。

图2

图3

2.5.2 补偿容量的确定

根据规范要求，功率因数不应小于0.92，考虑到实际使用常规做法，功率因数一般选择在0.95左右。结合算法，并根据工作中实际积累的经验，同时考虑到变压器本身的预留负荷及后期扩充的准备，一般情况下，无功补偿的容量选择在变压器容量的三分之一左右，例如1250kVA的变压器，补偿的容量大约为416kVAR。

3 结束语

化工行业与民用行业不同，它含有更多的电气设备，更高的电气要求，但同时再小的电气事故都有可能联锁产生大的危险，轻则停产，重则危及安全甚至产生爆炸，因此，这对我们电气设计人员提出了更高更严的要求。

而配电室又是电气核心，是重中之重，正确的设计能够保证设备的安全运行，降低企业生产中的设备故障率和事故率，从而减少停产维护的成本，让生产连贯有序，提高企业的产能；合理的布局能过在建设时上面减少投入成品，降低线路损耗，从而让企业能更好的分配资源。同时设计中还应不断优化不断积累，并结合现场实际情况，与工艺、建筑、结构、水道、暖通及设备等其它专业相配合，从而完成正确合理的电气设计。

以上是我对化工厂区变配电站设计的一些个人意见和看法，不足之处还请指出，我将积极接受采纳并运用到实际工作中，为更好更合理的电气设计添砖加瓦。

10.3969/j.issn.1008-1267.2015.03.019

TU862

C< class="emphasis_bold">文章编号：1

1008-1267（2015）03-0049-04

2015-01-12