大型废水处理厂低压供配电系统设计

摘要：低压供配电系统直接将电能传输给各个用电设备，是工厂供配电系统中的重要一环。以某钢企新建的大型废水处理厂为例，介绍了该厂的低压供配电系统设计要点，主要包括负荷计算、供配电系统方案、接地系统设计以及节能与优化等方面，为类似工程设计提供参考。

关键词：供配电系统;负荷计算;接地;节能

0 引言

众所周知，电能是现代化工厂的主要能源和动力。工厂供配电就是将电力系统中的电能降压后，分配到各个厂房和车间，接着再通过低压供配电系统给各个用电设备供电。如果工厂的电能供应中断，将会对生产造成严重影响，轻则造成经济损失，重则引发人员伤亡事故。因此，完善的工厂供配电系统对于实现工业现代化具有重要意义。本文主要介绍某大型废水处理厂的低压供配电系统设计情况。

1 负荷计算

本文介绍的大型废水处理厂作为某大型钢企的新建分厂，10 kV高压电源引自现有开关站的开关柜备用回路，本工程涉及的负荷计算主要是计算最大负荷班的平均负荷，作为计算电能消耗的依据，从而确定供配电系统方案。

本文采用需要系数法进行负荷计算，其公式简单，计算方便，适用于供配电干线以及长期运行且负荷平稳的用电设备和生厂车间的负荷计算。

用电设备按工作制分为三组：连续工作设备、反复短时工作设备和短时工作设备。比如风机类、搅拌机类及提升水泵类为连续工作设备，需要系数为0.8，功率因数为0.8;反复短时工作设备有吊车、阀门类、地坑排水泵类和加药泵类等，需要系数考虑为0.3～0.5，功率因数为0.5;检修电焊机为短时工作设备，需要系数为0.2，功率因数为0.5。需要注意的是，电机的3种工作制不能作为设备分组的唯一准则，尤其是同类设备众多而实际负荷率和负荷持续率参差不齐，比如风机类负载中有一组4台250 kW带变频器调速的曝气风机，不同时间段频率给定25 Hz和50 Hz时，负荷率差别明显，功率因数可以设为0.9，以确保负荷计算的准确度。有功功率和无功功率的同时系数本着简化计算的原则，根据以往的类似工程经验均取0.95。

最后根据所有用电设备的参数，计算出各类设备组的装机容量、工作容量、有功功率、无功功率、视在功率、计算电流，再汇总完成整个低压供配电系统的负荷计算。

2 供配电系统方案

根据供配电系统的负荷计算，把所有用电设备根据负荷大小，平均分配到若干段母线上。主电气室设置3台2 000 kVA油浸动力变压器（变压器之间两两互为备用，中间设联络开关）。低压供配电采用TN-C-S系统，前一部分（电气室MCC柜组）为TN-C系统，后一部分（现场动力配电箱、操作箱、检修箱及成套电控箱）为TN-S系统，电源等级为380 V/50 Hz，配电系统简图如图1所示。

变压器一次侧10 kV电源引自附近10 kV开关站开关柜备用回路，进线电缆采用铠装阻燃动力电缆直埋方式;二次侧低压电源采用封闭母线出线方式引至各个进线柜，低压侧均采用母线分段结线方式，正常运行时，1#进线电源给1段母线负荷供电，2#进线电源给2段和4#母线负荷供电，3#进线电源给5段母线负荷供电，母线分段运行。当某一进线电源出现故障或检修时，由其他进线电源给故障检修母线段上的部分重要负荷供电。

由于廢水处理厂的大部分用电设备并不是强制要求24 h不间断工作，断电后并不会造成经济损失或人员伤亡等严重后果，所以从节约成本的角度考虑，变压器的选择不需要按100%考虑备用，当一台变压器出现故障或检修时，由另外两台变压器保证厂内重要负荷的供电即可，所以上述系统方案完全能够满足要求。

3 接地系统设计

电力系统、电气装置及电气设备的其中一部分和大地做良好的电气连接称为接地，接地对保障电力系统和电气设备的安全、可靠运行以及对操作、维护运行人员的人身安全起着很大的作用。

该废水处理厂所有建筑物按第三类防雷建筑物设防。厂内所有建筑物（如电气室、生化组合池区域、高密度澄清池区域等）均为钢筋混凝土结构，防雷接地考虑沿建筑物屋面中间及四周用直径10 mm镀锌圆钢作为接闪器，整个屋面组成不大于24 m×16 m或20 m×20 m的网格，形成可靠的电气连接。在建筑物若干处设置引下线，引下线利用结构柱内两根直径不小于16 mm的主筋（搭接处需双面焊接），距室外地坪0.5 m设置断接卡。采用40 mm×5 mm镀锌扁钢作为建筑物的水平接地体，将所有结构柱基础内主钢筋焊接连通，并且同一区域内的建筑物之间也连成闭合的电气回路，水平接地体的埋地深度不小于1 000 mm。

电气系统接地利用40 mm×5 mm镀锌扁钢作为接地干线，敷设于变压器室、低压配电室室内离所在平面0.3 m墙面上和电缆沟、电缆桥架最上层，该部分接地干线与水平接地体在若干处形成可靠连接，使电气接地与防雷接地共用接地装置，总接地电阻要求不大于1 Ω，若实测达不到要求，需根据实际情况增打接地极。

PLC系统需单独接地，考虑在PLC室外埋深-1.0 m处打铜板接地极，采用阻燃动力电缆作为PLC接地系统的引出线，穿PVC管敷设至接地极。PLC接地电阻要求不大于4 Ω，若实测达不到要求，需根据实际情况增打接地极。另外所有不带电的电气设备的金属外壳均应按规程可靠接地。

4 节能与优化

4.1    供配电方案优化

考虑采用并联运行方式的变压器，通过精细的负荷计算，优化变压器的组合和负荷率，降低电能损耗。电气室位置尽量靠近大功率设备区域，电气室内进线柜尽量设置在靠近变压器室一侧，以减少封闭母线的成本。

由于本工程根据滤池的种类划分区域较多，需合理规划电缆桥架路径，现场的操作箱、动力配电箱及检修电源箱等电气设备应尽可能安装在便于操作维护且靠近电缆桥架的位置。距电气室较远的设备，尤其是功率大的，需进行压降计算从而判断是否需要增大电缆截面积，减少电能损耗。

4.2    照明灯具的选择

本工程电气室、PLC室、操作室以及办公室采用LED低顶灯和LED平板灯，现场各类滤池区域、泵房、风机房等均采用LED投光灯。LED灯，又叫发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固体半导体器件，它能直接将电能转化为光能。虽然价格比传统的节能灯贵一些，但是LED灯能耗低，仅为节能灯的1/4，且使用寿命长，可达到10万h以上。另外LED由无毒的材料制作而成，也是其重要优势之一。所以从长远角度来看，LED灯更能减少成本，对工厂稳定发展具有重大意义。

5 结语

本废水处理厂的供配电系统采用三路进线、多段母线结线的方式，保证系统的稳定性和可靠性，并在设计和施工过程中，始终贯彻精细化设计理念，不断改进不足之处，确保在工厂生产过程中，实现高效率、高回报、低能耗、低投入，促进工厂的可持续发展。

[参考文献]

[1] 钢铁企业电力设计手册编委会.钢铁企业电力设计手册[M].北京：冶金工业出版社，1996.

[2] 骆伟.浅谈工厂供配电的节能方法[J].环球市场，2017（32）：225.

[3] 苏永青.工厂供配电工程设计研究[J].山东工业技术，2017（22）：195.

收稿日期：2020-03-06

作者简介：张兢（1987—），男，湖北武汉人，硕士，工程师，研究方向：工业控制。