工厂供配电系统设计方法研究

2024-06-04惠生工程中国有限公司滕成仲

电力设备管理 2024年7期

惠生工程（中国）有限公司滕成仲

石油企业工厂供配电系统的稳定运行，对工厂生产质量、效率，以及安全都有重要的保障作用。一旦供配电系统出现故障或停止运行，工厂生产线可能会停工，导致生产订单延误或者产品质量受到影响。因此，工厂需要在供配电系统设计期间结合实际综合考量各项因素，保证设计方案的科学性和合理性。总之，供配电系统对于石油企业工厂的稳定运行至关重要，工厂应该重视系统的设计优化及后期的维护与管理。

1 石油企业工厂供配电系统优化设计的必要性

石油企业工厂供配电系统的优化设计对于工厂的运营效率、安全性和整体生产力至关重要。经过精心设计配电系统，考虑诸如负荷变化、电能质量需求和能耗模式等因素，系统可以更好地与工厂实际需求相匹配，这有助于改善生产流程、减少停机时间，并提高整体操作效率。合适的保护装置、智能监控系统和先进电气设备也可以最大限度地降低电气故障、事故和中断的风险，从而为员工创造更安全的工作环境，保护机器设备免受潜在损害。而且优化供配电系统还可以显著降低能源浪费和运营成本，通过应用节能型组件、实施智能电网技术和整合可再生能源，工厂可以降低总能耗和相关费用，从而节约成本，也符合可持续能源管理实践。

2 石油企业工厂供配电系统设计的基本原则

2.1 合法合规原则

在设计石油企业工厂供配电系统时，必须严格遵循国家相关法律法规和标准，包括《电力工程施工及验收规范》《企业电气装置工程施工及验收规范》等相关标准，以及《电气安全规范》等法律法规的要求，确保系统的设计、安装、运行和维护都符合法律规定[1]。同时，还需要考虑当地的地方性规定和政策要求，确保工厂供配电系统的合法合规性。此外，在设计供配电系统时，要充分考虑工厂的实际用电负荷，合理规划供电容量和配电路线，以确保系统能够满足工厂的正常生产运行需要。在电气设备的选型和布置上，也需要符合相关规范要求，确保设备安全可靠，符合环保要求。

2.2 满足基本需要原则

设计供配电系统必须充分考虑工厂生产和生活基本需求，确保供电的稳定性和可靠性。合理规划系统容量和布局，确保覆盖到各个生产车间和生活区域，满足照明、通风、空调、生产设备等基本电力需求。同时，必须考虑未来的用电增长趋势，做好系统的扩展和升级规划，确保在工厂生产和生活需求不断增长的情况下，保证供电系统的正常运行。另外，还需要考虑供配电系统的安全性和环保性，选择适当的设备和材料，确保系统运行安全可靠，并尽量减少对环境的影响。最终设计方案必须经过严格的审核和验收，确保供配电系统能够满足工厂生产和生活基本需求，并且符合相关的标准和法规要求。

2.3 安全可靠原则

安全是供配电系统设计的首要原则，系统设计必须考虑应急情况下的安全保障，包括防止电路短路、过载和漏电等安全隐患的发生。为了确保系统的安全性，设计师需要充分考虑电气设备的选型和布置，确保设备符合相关安全标准，并采取有效的防护措施，如安装保护开关、漏电保护器等，以防范潜在的安全风险。系统投入使用后，需要对系统进行定期维护和检查，以确保设备的正常运行和安全性。供配电系统的运行必须达到高可用性、高稳定性和高安全性的要求，以保障电力供应的可靠性和稳定性。同时，应建立健全安全管理制度，加强人员培训，提高操作人员对安全事故的防范意识和应急处理能力，及时排除安全隐患，确保供配电系统能够安全、稳定地运行，为社会生产生活提供可靠的电力保障。

3 工厂供配电系统设计方法研究

3.1 用电负荷等级及负荷量设计

对用电负荷进行等级划分是为了更好地管理和调控工厂的用电系统，确保其运行安全稳定。在进行负荷等级划分时，要综合考虑工厂的生产工艺和设备特点，以及用电设备的重要性和用电负荷的周期性变化。根据负荷等级的划分，可以采取不同的供电保障措施，确保每个负荷等级都能够得到适当的供电支持。在确定工厂的总体用电负荷时，需要充分考虑各个设备同时用电的情况，避免出现因负荷过大导致供电不足的情况发生。对于季节性变化较大的负荷，也需要采取相应的调整措施，例如增加备用电源或者调整运行模式，以应对不同季节的负荷变化[2]。此外，在设计供配电系统时还需要考虑未来的扩展和升级计划，为此需要在初始设计时就留出一定的余地和资源，以便能够在未来进行系统升级和扩容。只有充分考虑这些因素，才能够设计出安全可靠、高效节能的供配电系统，满足工厂生产的需求。

3.2 主接线方案设计

第一，在设计主接线方案时，需要考虑供电可靠性、电网容量、线路损耗、电压稳定性等因素。通过合理的主接线方案设计，可以确保各设备得到稳定可靠的电力供应，并且最大限度地减少线路损耗和能源浪费。第二，主接线方案设计还应考虑未来的发展规划和扩展需求。在选择主接线方案时，需要考虑未来可能的负荷增长和新设备的接入，以确保系统具备足够的扩展性和灵活性。第三，主接线方案设计还需要与现有的电网接口进行充分的协调。需要考虑与供电局的接口条件，包括变电站的配电容量、进线位置、配电线路的规划等，以确保主接线方案与电网接口的兼容性和稳定性[3]。

另外，电缆设计是至关重要的一环。合理的电缆设计可以确保电力传输的稳定性和安全性，降低能源损耗，提高系统的可靠性和效率。以下是一些关键内容。电缆选型：根据工厂的实际需求、电力负荷、线路长度等，选择合适的电缆类型和规格。考虑电缆的负荷承受能力、耐磨损性、耐高温性等特性，以满足工厂的实际运行需求。比如笔者参与的项目当中采用的是动力配电箱AP000001电源电缆采用ZRB-YJV-0.6/1kV 系列电缆，普通电力电缆采用ZRB-YJV-0.6/1kV 系列电缆，控制电缆采用ZRB-KYJV-0.45/0.75kV 系列电缆，在整体系统当中应用的效果较为理想，具体可见表1。电缆敷设：设计合理的电缆敷设方案，考虑电缆的敷设路径、走向、敷设方式等。在敷设时要避免电缆交叉、过度拉伸、机械损伤等情况，确保电缆的安全可靠运行。电缆标识：在设计电缆系统时，必须对电缆进行清晰明确的标识，包括电缆型号、敷设位置、敷设日期等信息，以便于日后的维护和管理。

表1 浙江独山能源220万t/年PTA 项目电缆选型设计

3.3 短路电流计算

短路电流计算能够帮助工程师们确定供配电系统中各种电气设备的合适容量和选型。在设计电气系统时，短路电流是一个非常重要的参数，通过对短路电流进行准确的计算分析，工程师们可以确保所选的电气设备具有足够的耐受短路电流的能力，从而保障系统的正常运行。此外，短路电流计算还对继电保护方案设计起着至关重要的作用。继电保护系统是供配电系统中的一项重要设施，能够在系统出现故障时迅速地切断电路，从而保护设备和人员的安全。而设计合理的继电保护方案则需要充分考虑短路电流的大小和分布情况，只有这样才能确保继电保护系统准确、及时地发挥作用。

3.4 电气设备的合理选型

在供配电系统设计中，要根据实际负荷特性、环境条件、系统可靠性要求等因素进行合理选型，选择符合标准要求、性能可靠的电气设备，确保设备的安全运行和长期稳定性。第一，不同的负荷特性需要不同类型的电气设备来满足其供电要求。例如，对于高功率、变压器启动或特殊负荷等特性，应选择能够满足这些需求的电气设备，确保系统可靠运行[4]。第二，不同的环境条件会对电气设备的运行稳定性和寿命产生影响。例如，高湿度、高温、腐蚀性气体等都需要选择能够适应这些条件的电气设备，以确保设备长期稳定运行。第三，不同的系统可靠性要求会对电气设备的选型产生影响，需要选择能够满足系统可靠性要求的电气设备，以确保系统能够稳定、安全运行。

3.5 中性点接地方式的合理选择

在供配电系统设计中，中性点接地方式的选择直接关系到系统的接地保护和人身安全。要考虑工厂的具体情况，包括工厂的规模、负载特性、接地电阻要求等因素。此外，还需要考虑相关标准和法规的要求，以确保系统的设计符合国家和行业标准。中性点接地方式一般有直接接地、间接接地和不接地三种方式。直接接地适用于中性点接地电源系统，通过将中性点接地，以降低系统电压、限制接地故障电流。间接接地方式则是通过中性点绝缘接地，减小接地故障电流引发的人身伤害和设备损坏[5]。在某些特殊情况下，还可以采用不接地方式，例如通过绝缘监测系统来实现对中性点的检测和监控。无论选择哪种中性点接地方式，都需要注意在设计中考虑接地系统的可靠性和安全性，并确保符合相关的标准和法规要求。同时，还需要在系统运行过程中进行定期的检测和维护，以保证中性点接地系统的正常运行和人身安全。因此，在实际设计中，需要综合考虑以上因素，采取合理的中性点接地方式，以确保系统安全可靠运行。如在笔者参与的浙江独山能源220万t/年PTA 项目中，110kV 系统中性点采用直接接地方式，35kV 系统中性点均采用小电阻接地方式；10kV 系统采用小电阻接地方式，接地电流采用200A；0.38kV 系统中性点采用直接接地方式（TN-S）。

3.6 工厂防雷设计

工厂防雷设计需要综合考虑建筑物的特点、设备的布置和电气系统的结构等，采取合适的技术方法来防护雷击。具体设计策略如下。第一，合理设计和布置接地系统，确保接地电阻符合要求，提高接地效果，使雷电流迅速通过接地系统排除，减小对设备和人员的伤害。第二，通过安装金属避雷带和避雷网，将建筑物的金属结构与大地形成导电通路，将雷电流安全地引入地面，减少雷击损坏。第三，对建筑物顶部安装避雷针，有效引导雷电流朝地面流失，减少雷击危害。第四，在设备和重要系统设施周围布置避雷接地装置，将雷电流引导到地下。第五，安装合适的引下线路，将建筑物的金属结构与接地系统连接，引导雷电流迅速排出。第六，在供配电系统中合理布置避雷器，对电气设备和线路进行防雷保护，降低雷击损害。第七，对电气系统中的重要设备和线路进行绝缘设计和绝缘检测，提高设备的耐雷电能力。第八，根据工厂的实际情况，选择合适的防雷保护装置，如防雷闪击器和防雷保护盒等，对设备进行防护。