浅析化工企业供配电系统设计

摘要：介绍了化工企业供配电系统的特点，分析了化工企业供配电系统设计时需要考虑的因素，结合实际案例，探讨了化工企业供配电系统设计存在的若干问题，并提出了解决方案，为化工企业的供配电系统设计提供了参考。

关键词：化工企业;供配电系统;设计要素

0 引言

化工业是我国重要的基础和支柱产业，在国家经济发展中发挥着不可替代的作用。供配电系统的稳定性、可靠性直接影响着化工企业生产的安全性、持续性。从微观角度看，如果企业供配电系统设计无法满足实际要求，将会影响企业的正常生产运行;从宏观角度看，企业供配电系统如果设计合理，不仅可以使上级电力系统运行更加高效，还可以有效节约资源。因此，化工企业供配电系统设计的合理性和科学性，不仅对企业自身发展起到保障及推动作用，同时对于促进社会经济发展也有着积极意义。

1 化工企业供配电系统特点

1.1    可靠性

化工企业对供配电系统的可靠性有严格要求，以确保整个供配电系统的安全、稳定运行。一旦系统出现故障，轻则导致企业停产、产品报销，重则引发火灾、爆炸等安全事故，对人身安全及环境造成严重威胁。因此，保证供配电系统可靠性是化工企业安全生产的基本保障。

1.2    安全性

供配电系统的安全性是设计过程中必须考虑的重要因素。系统设计时应考虑化工环境中的防雷、接地、防爆、防腐蚀等安全性要求，这是供配电系统的安全性保障。

1.3    具备较大负荷扩容能力

很多化工企业都习惯在后期改造中对用电负荷进行扩容，因此在供配电系统设计时要充分考虑到预留远期负荷容量，这样才能确保负荷扩容时系统能稳定运行。

1.4    有条件企业可设热电厂作为自备电源

目前一些规模较大的化工企业都配有热电厂作为自备电源。这些热电厂只对自身所属化工企业提供备用电源，在企业外部电力供应出现故障时，可使用备用电源防止企业出现大面积停电事故，确保生产的安全性和稳定性。

2 化工企业供配电设计需要考虑的因素

2.1    负荷计算、短路电流计算

2.1.1    负荷计算

化工企业供配电系统设计时一般采用需要系数法进行负荷计算，在计算过程中需计算用电设备的有功功率、无功功率、需要系数及同时系数，进行总有功功率、无功功率、视在功率及总功率因数的计算。计算过程和计算结果最终以负荷计算表形式体现。主要计算公式如下：

2.2    确定总变电所及主变压器的设计要素

这一环节的主要的目的是确定总变电所、主变压器的相关设计要素，根据电源进线位置、电压等级、用电负荷等级、工厂计算负荷等，确定总降压变电所具体位置和主变压器数量。然后根据实际生产需求和扩建需求，各部门协商和沟通，最后确定变压器电压等级、容量等具体参数。系统设计应结合实际进行，尤其是对于总降压变电所主接线的设计以及系统接线形式的选择，应综合各要素统筹考虑，在保证供配电系统可靠、安全的前提下使用简明的接线方式。

2.3    确定变配电所选址

合理选择变配电所地址，应遵循以下原则：（1）应靠近负荷中心，接近电源侧;（2）布置应兼顾规划、建设、运行、施工等方面要求，宜节约用地;（3）与化工企业规划相协调，便于架空和电缆线路的引入和引出;（4）交通运输应方便;（5）应避开易引发火災、爆炸事故等敏感设施。

2.4    选定系统配电电压等级

在化工企业高低压配电系统设计中，应全面考虑企业中的用电负荷状况及远期发展需求，确保供配电系统架构合理，同时兼顾技术、经济方面要求，在这些前提下确定企业的供电电压等级。

在确定电压等级时，可在多种合理方案中择优选择，根据企业总变电所、分配电所位置以及负荷布局、负荷自身功率、额定电压，先确定若干种供电方案，然后再根据各方案中的供电半径、电压损失、各种损耗、现场条件等综合考虑，确定最优方案。

2.5    选择高压侧及低压侧电气设备

在供配电系统设计时，对于变电所高低压设备的选择，应结合供电要求、短路电流、回路负荷等内容，同时设备应通过热稳定与动稳定校验，将设备材料、投资概算等因素充分考虑在内，最后合理选择变电所高低压设备。在设备前期设计、后期安装时，电气专业应与其他各专业互相协调配合。同时，设备设置的继电保护应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性要求。

2.6    改善系统功率因数

对于化工企业而言，供配电系统维持在一个合理、健康的功率因数尤为必要。提高功率因数可减少线路损耗，降低变压器损耗，降低线路和变压器的电压损失。补偿设备一般采用并联电容器，也可采用SVG、SVC或者同步电动机。补偿方式通常可采用如下几种方案：（1）变配电所高压集中补偿;（2）变压器高压侧相对集中补偿;（3）变压器低压侧集中补偿;（4）低压分组补偿;（5）用电设备就地补偿。

2.7    确保经济性

“经济”原则在任何设计中都是必须要考虑的因素，对于化工企业供配电系统设计就要综合考虑造价、节能等要求。需根据实际需要和远期发展选择设备，保证造价合理。供配电系统的节能可以通过无功补偿的方式实现，运用新型智能化电能质量检测装置可以有效监控企业能耗，从而达到经济运行的目的。

3 化工企业供配电设计实际案例及解决方案

案例1：在江苏某化工企业改造项目设计中，业主反映配电室低压配电柜中断路器有时会越级断开，该断路器回路所带负荷为该企业车间内动力设备配电箱，配电箱内设有进线断路器。通过与业主交流，该厂区在原先设计时并未进行短路电流相关计算及设备校验，断路器脱扣器整定电流的选择也是根据经验判断，除此之外，业主还根据需要进行了设备扩容，在实际使用过程中，发生过几次下级线路短路，配电室低压配电柜中断路器越级断开的情况。

解决方案：在改造设计过程中，根据项目现有情况重新进行短路电流计算和设备校验，根据计算结果更换原有断路器，同时配电柜断路器与下级断路器进行级间配合，满足Iset2.A≥1.3Iset3.B。改造后无越级跳闸问题发生。

案例2：安徽某化工企业，在配电设计过程中发现厂区变电所位置与车间距离过远，馈线电缆长度均超过340 m，同时部分用电设备功率超过200 kW，车间已建成且附近也没有可利用的配电室。根据配电初步设计结果，馈线电缆在满足载流量、电压降的前提下规格非常大，甚至出现低压大截面电缆四拼、五拼的情况，同时根据电缆选出的桥架数量、规格也明显不符合实际要求。电缆规格及桥架规格过大、数量过多，一方面导致施工难度明显增加，另一方面，即使可以满足施工要求，但工程造价也明显不合理。

解决方案：通过与业主沟通，得知厂区在建造时并没有考虑到远期发展需求，变电所选址并未选在负荷中心。在设计过程中，经过反复沟通，决定对车间附近的一栋建筑进行改造，划出一塊区域作为配电室设低压配电柜，给车间内容量较小的用电设备供电，同时200 kW大功率设备选用10 kV电压等级设备，由变电所10 kV馈线供电。该方案不仅满足现场施工要求，同时也有效降低了工程造价。

4 结语

对于化工企业来说，供配电系统设计的科学性、合理性是企业持续发展、稳定生产的重要保障。化工企业供配电系统设计需要考虑的因素众多，应重视各因素作用，在满足系统安全、可靠运行的前提下，结合实际情况和需求，进行科学、合理地设计，这样才能保证在供配电系统良好运行的基础上，不断推动化工企业持续发展。

收稿日期：2020-04-30

作者简介：夏斌（1991—），男，江苏南京人，助理工程师，研究方向：电气设计。