包装仓储物流综合园区电气设计探讨

郑远

摘 要：随着白酒产业高速发展，酒类生产园区或物流园区都逐渐向生产、仓储、物流等多功能综合性园区发展。该类大型综合园区的建设，给其电气设计的规范性和合理性带来了更高层次的挑战。以某酒类包装物流园区电气设计为例，对园区电气设计所涉及供配电等系统进行探讨，提出合理可行的方案，为类似园区电气设计提供参考。

关键词：综合园区；电气设计；供配电

中图分类号：TU2                                      文献标识码：A                               文章编号：2096-6903（2023）07-0021-03

0 引言

酒类包装仓储物流综合园区存在占地面積大、不同功能的生产厂房类型多、用电负荷大、消防要求高等特点，因此在此类厂房的电气设计中，需要综合考虑的因数较多。这就使得设计者须在全面落实电气设计各项基础要求和保障生产园区厂房电气设计方案的规范性和合理性的前提下，对影响生产园区厂房电气设计的因素进行分析处理。本文结合工程案例，对酒类包装仓储物流综合园区电气设计所涉及的供配电方案、照明系统、防雷接地、电气节能、电气消防等方面技术进行探讨，结合园区生产需求，提供切实可行的电气设计方案。

1 园区概况

案例为酒类包装物流园，涉及的生产性建筑包括基酒罐房、勾调厂房、包装厂房、包材库、成品库等，非生产性建筑包括调度中心、质检中心、服务中心等，规划总建筑面积约65万㎡。项目电气设计范围主要包括10 kV配电、10/0.4 kV变配电系统、照明系统、防雷接地、电气节能、电气消防等建筑电气系统。

项目在建筑分类上既有甲类厂房、仓库，又有丙类厂房、仓库，同时也有多层民用建筑，由于项目所涉及的建筑类型、厂房功能较为复杂，不同工艺产线和设备对供电系统的要求存在差异，因此在本园区电气设计中，需要充分把握园区整体布局及厂房用电情况，统筹分析。既要满足不同厂房用电需求，也要结合不同厂房的生产特点及工艺、设备需求，合理布置变配电所，选用相应的变配电设备、线缆等，力求在满足供电安全性、可靠性的同时，尽可能提高园区整体电气节能水平。

2 园区电气设计要求

对于该类型的园区，电气设计过程中需考虑以下4点：第一，应对园区厂房整体规模和生产特点进行分析，按照实际分析结果确定其供配电系统方式，并从设计规范和使用需求出发，确保电气设计方案满足园区安全可靠生产需求。第二，生产园区规划面积较大，不同厂房生产设备负荷、运行时间、控制方式以及电气设备的运行模式、各自需求存在一定差异，为避免园区不同厂房电气系统因用电负荷、运行方式的差异而出现问题，在设计过程中就必须结合不用生产厂房功能，综合考虑影响因素，在负荷计算上做出相应调整，进而保证供配电系统的规范性、协调性、可靠性及安全性，满足生产园区厂房电气相关要求。第三，园区内生活和生产用电量较高，基于供配电系统的复杂性和系统性，同时保证电能使用的稳定性及电气设计过程中各个基础环节的协调配合度，在电气设计过程中，需要多维度分析实际问题，对供配电系统及其他关联流程进行进一步优化处理，从而提高生产园区厂房生产效率。第四，应提升园区电气设计人员、管理人员和使用人员的综合、专业水平，确保相关人员及时有效掌握基本规范及操作需求，降低生产园区内因人员干扰和失误问题造成的各项风险[1]。

3 园区供配电设计策略

3.1 园区负荷等级划分及市政供电电源

在本项目中，根据园区各厂房情况划分用电负荷等级，其中能源动力中心、调度综合楼、消防控制室、消防泵房、生活服务节点内的消防负荷用电均为一级负荷。其他单体内消防负荷、部分重要的工艺生产负荷、防爆事故排风机为二级负荷。其余工艺、热力、暖通、给排水等用电负荷为三级负荷。为保障园区生产，结合市政电源供电条件，园区一级负荷采用两路市电+柴油发电机供电，二级负荷和三级负荷均采用两路市电供电[2]。具体负荷分级及供电电源要求见表1。

3.2 变配电所设置

考虑到园区面积较大，整体规划分为A园和B园，为保障园区供电的可靠性，同时便于园区能源计量，考虑在A、B园两个能源动力中心各设置一个10 kV配电所，电源由就近的220 kV变电站引入8回10 kV专线。每个10 kV高压配电所各进4回，4回10 kV专线两两互为备用。每两回10 kV母线接线方式采用单母线分段方式，确保在一回进行发生故障时，另一回专线能满足100%负荷。此外，根据园区各生产厂房负荷分布情况，整体考虑设置19个10/0.4 kV变配电所，各变配电所尽可能深入负荷中心，以减少低压供电损耗和供电电缆的成本投入[3]。

在对类似园区变配电所进行布置时，应对厂房用电负荷进行有效划分。要结合园区整体规划，对电源进线和负荷分布情况进行综合分析，在适当位置设置高低压配电所。若园区面积较大，应根据合理的供电半径，规划设置多个变配电所，减小因远距离供电所增大电缆截面的费用投资。若单栋厂房用电负荷不大时，也可考虑在负荷中心设置一个变配电所为周边厂房供电，以此提高变配电所设置的经济性。

因不同生产厂房工艺设备、热力设备、暖通设备和给排水设备的用电负荷存在一定差异，因此在设计过程中，需要结合不同厂房的实际情况，对建筑中变配电所位置进行优化调整。作为电气设计人员，也应在项目前期规划阶段尽早参与项目，在设计初期结合总图将变配电所设置在园区负荷中心，避免后期因变配电所位置设置不合理而影响园区整体布局。

3.3 应急电源及备用电源设计

一般来说，园区的应急电源系统主要用于保证人体健康和安全，避免对环境或其他设备照成损失的安全设施，如安全防范设备、消防设备用电等。备用电源则用于当正常电源断电时，向电气装置或其他设备供电，如生产电力负荷及计算机系统设备用电。在园区应急电源电气设计前期，应结合园区生产实际和负荷分级情况对园区一级、二级负荷进行计算和分析，并按照实际需求确定应急电源系统。

本园区中，一级负荷除采用两路市电供电外，还应在A、B园能源中心各设置一处柴油发电机房，确保一级负荷的两路市电停电或同一变配电所两台变压器同时故障时，自备应急柴油发电机组能够满足一级负荷用电需求。二级负荷则通过两回10 kV专线互为备用，并采用单母线分段方式，确保一回进行发生故障时，另一回专线能够满足所有二级负荷用电需求。备用电源则结合用电设备的使用需求，采用自带UPS作为备用。

在设计中需要特别注意的是，备用电源的负荷严禁接入应急供电系统，同时要确保应急电源和备用电源与园区电力设备的协调性，以便当园区电力设备停电时，对可能出现的安全事故进行有效防控。

3.4 配电系统设计

在配电系统设计上，放射式配电具有较高的供电可靠性，电缆设备故障时的影响范围也较小，但所需的配电设备和电缆较多，成本较高。树干式配电所需的配电设备和电缆较少，相对于放射式配电，其供电可靠性较低，线缆和设备故障时的影响范围也较大。因此，在设计中，需要结合项目及各类用电负荷特点，从经济性、实用性等方面对配电方式进行合理设计。

生产园区同普通的民用建筑相比，在配电系统上，最大的特点是用电设备相对密集，对供电的可靠性要求较高。为满足这一需求，配电箱级数设置不宜过多，并应尽量做到简单可靠。在本项目中，生产车间、动力中心等主要用电设备采用放射式配电，由低压配电柜直接配电至动力设备的电动控制柜或现场动力配电箱，常规的小容量用电设备则采用放射式或树干式配电方式，消防水泵、防排烟风机、正压送风机等消防负荷均采用双回路供电至末端配电箱[4]。

3.5 照明系统设计

园区照明系统设计，主要涉及照明灯具选型、安装高度及方式、控制方式等设计内容。在灯具的选型、安装高度及方式上，除满足照度、功率密度、显色指数等常规要求指标外，针对生产类厂房，还需要结合厂房层高、工艺要求、洁净程度、防爆、防潮等因素综合考虑，确定其灯具选型及安装方式。

在案例项目中，中转酒罐房、勾调厂房、成品罐房等建筑为甲类建筑，在其防爆区内的灯具及开关均选用防爆型。在淋浴间等特别潮湿的场所，选用IP65型防水防尘灯具。更衣间、开水间、水泵房等较为潮湿的场所，选用IP55型防水防尘灯具。包材、成品暂存区等火灾危险环境场所，则选用有防电燃标志的灯具。

在照明控制方式上，园区生产厂房除根据不同区域的照明使用特点进行分区、分组控制外，从节能环保的角度，每个照明回路所控制的光源数量也不宜过多，以避免线缆过长，产生不必要的损耗。同时合理的照明分区也能提高系统节能效果。

3.6 防雷接地设计

作为酒类包装仓储物流综合性园区，园区各系统接地主要有3类需求：一是用于保证系统正常运行的功能性接地（系统接地、信号电路接地）。二是以安全为目的的保护性接地（保护接地、雷电防护接地、防静电接地）。三是确保系统在电磁环境中能正常工作的电磁兼容性接地（屏蔽接地）。

本案例中，以上3种接地采用联合接地方式，共用接地装置。接地电阻值按照满足各接地系统的最小值要求，园区各建构筑物内均采用TN-S型接地系统，接地线与中性线严格分开。园区内的主要生产厂房及调度服务中心，均按二类防雷建筑物保护措施进行设计，并将屋面金属框架、金属管道等均与防雷接闪装置进行连结，组成一个防雷接地系统。

在园区的防雷接地设计中，为避免厂房电气设备产生接地不良问题以及电气设备在实际运行过程中受到雷电侵袭，在保证电气设备功能性接地的可靠性的同时，设计应加强防雷接地验算。可根据园区各系统接地要求选择适当接地电阻，优先利用建筑基础钢筋等自然接地体作为接地装置，当自然接地体的接地电阻达不到要求时，通过敷设接地扁钢增加人工接地体，增强园区防雷接地效果[5]。

3.7 电气节能设计

在园区建筑电气设计中，做好节能设计旨在不影响园区生产功能的前提下，减少不必要的电能消耗和损耗。本园区在电气节能方面，主要采取的措施有以下5种：一是通过在负荷中心合理设置变配电所，以缩短配电半径，减少电能损耗和电缆长度。二是合理选择符合节能要求的变压器，并根据负载率选择合适的变压器容量，确保其在经济运行方式中运行。三是在变配电所低压配电室采用集中补偿方式提高功率因数，确保补偿后变配电所10 kV高压侧功率因数在0.95以上，减少变压器的铜损和线路的电能损耗。四是按经济电流选择电缆截面，在确保供电安全、可靠的同时降低线路损耗，提高电缆选择的经济性。五是在照明系统设计中，采用环保节能灯具、合理设置照明控制方式等，降低照明系统电能消耗。

在类似的项目中，电气节能设计应首先满足园区用电需求，通过供电系统、配电系统、照明系统等的节能设计，采用上述类似措施，确保园区电气设备在节能环保状态下运行，实现园区电气节能设计效果。

3.8 电气消防设计

酒类包装仓储物流综合园区的转酒罐房、勾调厂房、成品罐房等建筑均为甲类厂房，在此类建筑中，一旦发生火灾，火灾自动报警系统能及时准确地发出报警信号固然重要，但设置合理的火灾预警系统，才是更有效的保护措施。

中转酒罐房、勾调车间、成品酒罐房及包装车间的高位罐区、灌装间等是容易发生基酒泄漏或聚集的场所，在电气消防设计中，需考虑设置检测乙醇浓度的可燃气体探测器。在能源动力中心的锅炉房内，需设置检测天然气浓度的可燃气体探测器。当空气中可燃气体浓度达到爆炸下限的25%时，可燃气体探测器能够发出报警信号，联动启动事故风机，降低厂房内可燃气体浓度，避免发生爆燃等火灾险情。酒类燃烧基本无烟气，常规的感烟类探测器在此类场所中，无法发挥有效作用，因此在上述甲类区域设置应紫红外火焰探测器[6]。

综合性生产园区的电气消防设计，是由多系统联合组成的全方位监测、预警、报警、联动控制网络，除火灾自动报警系统外，还应设计电气火灾监控系统、消防设备电源监控系统、防火门监控系统、消防应急广播系统、应急疏散指示系统等。在设计过程中，设计者应严格按照相关强制性规范、条例要求做好电气消防设计，并结合园区不同生产厂房的特点，配置给排水、暖通专业自动灭火系统及防排烟系统等。

4 结束语

电气设计是电气设备安全、可靠运行的基礎，为推进生产园区厂房电气设计顺利开展，电气设计应从厂房规划布置和实际运行情况入手，制定针对相适应的方案，且考虑到综合性生产园区厂房电气设计项目的复杂性，设计过程中必须根据实际情况做出调整和优化，从多角度降低生产园区厂房电气能耗以及出现各类问题的可能性，进一步提升园区厂房生产效率。

参考文献

[1] 刘莹.工业厂区内电气布置方案研究[J].现代工业经济和信息化，2022，12（5）：320-321+324

[2] 刘旭辰，蒋涵，田萌.工业厂房建筑中电气节能设计应用[J].建筑技术开发，2021，48（9）：135-137.

[3] 史金春.工业厂房低压无功补偿相关参数计算[J].智能建筑电气技术，2019，13（2）：89-91.

[4] 李明子.工业厂房建筑电气设计及其节能措施分析[J].建筑技术开发，2019，46（18）：18-19.

[5] 顾海超.工业电气设计在电气节能方面应注意的一些问题[J].科技风，2020（23）：77.

[6] 黄丽.某工业厂房电气设计探讨[J].智能建筑电气技术，2021， 15（5）：95-98.