崔磊

【摘 要】 在中小型化工企業(yè)供配電系統(tǒng)設(shè)計中，要進(jìn)行負(fù)荷等級分類、系數(shù)選用、供配電系統(tǒng)布局和電動機(jī)控制模式設(shè)計，這是化工企業(yè)安全、可靠運行的重要前提，這不僅對化工廠經(jīng)濟(jì)、節(jié)能運行具有重要的作用，也能有效的降低項目投資。本文就以某中小型化工廠的供配電系統(tǒng)設(shè)計為例，分別從用電負(fù)荷分類及配電系統(tǒng)設(shè)計以等幾個方面進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

【關(guān)鍵詞】 用電負(fù)荷；容量計算；供配電系統(tǒng)；電機(jī)控制模式

一般情況下，化工廠生產(chǎn)過程中接觸到的原材料大多屬于危險介質(zhì)，具有易燃、易爆、有毒、高溫的特點，如果出現(xiàn)了故障停電事故，輕則造成設(shè)備損壞，產(chǎn)品報廢，重則造成爆炸、火災(zāi)、中毒，引起人身傷亡事故。因此，科學(xué)的設(shè)計化工企業(yè)的供配電系統(tǒng)，對一個項目來說是至關(guān)重要的。

一、項目概況

本項目占地53480 m2，建筑物用地面積13800m2。主要建構(gòu)筑物包括： 五氧化二磷、聚磷酸、磷酸裝置聯(lián)合車間，氨站等15 個裝置、車間和辦公設(shè)施。供配電系統(tǒng)將為其提供電能，外部提供的進(jìn)線電源為雙回路10 kV 架空供電線路。

二、用電負(fù)荷

1、 負(fù)荷等級

本工程是化工連續(xù)性生產(chǎn)中小型項目，必須連續(xù)生產(chǎn)，其生產(chǎn)介質(zhì)特點為高溫、高壓、有毒和易爆，如果出現(xiàn)非正常電力中斷，易造成產(chǎn)品和設(shè)備報廢。所以根據(jù)負(fù)荷分類選用原則，將本項目負(fù)荷等級選為二級，采用雙路10 kV 高壓電源供電。

2、負(fù)荷的容量計算

車間工藝負(fù)荷是化工廠用電負(fù)荷的最主要組成部分。工廠各類裝置設(shè)備使用的同時系數(shù)和需要系數(shù)都影響著工藝負(fù)荷容量的計算。它主要包括： 各類泵、風(fēng)機(jī)、攪拌器、離心機(jī)、空壓機(jī)和照明等。

（1）同時系數(shù)

依據(jù)設(shè)計手冊，用電設(shè)備組的設(shè)備功率是指不包括備用設(shè)備在內(nèi)的所有單個用電設(shè)備的設(shè)備功率之和?？紤]到負(fù)荷的最大化，動力設(shè)備的同時系數(shù)取1； 工廠照明的實際同時系數(shù)取0. 5 ～0. 6。

（2）需要系數(shù)

根據(jù)需要系數(shù)法確定計算負(fù)荷，工業(yè)用電設(shè)備的需要系數(shù)（ Kx） 取決于用電設(shè)備，如通風(fēng)機(jī)、泵和壓縮機(jī)等，生產(chǎn)類需要系數(shù)Kx 取0. 85； 照明類需要系數(shù)Kx 取0. 9。根據(jù)各車間的裝置容量，以及辦公樓、倒班宿舍、鍋爐房、壓縮機(jī)房、維修車間、中心化驗室、配電室和消防泵房等的用電情況，在征求相關(guān)方意見后，確定工藝負(fù)荷的計算容量。

3、 負(fù)荷分布

該工程由于地形和用地條件較好，負(fù)荷分布屬常規(guī)布置。按配電房深入負(fù)荷中心這一要求，絕大部分負(fù)荷呈半圓狀環(huán)繞在配電房周圍，只有氨站、消防泵房、壓縮機(jī)房和鍋爐房等負(fù)荷呈一直線在較遠(yuǎn)地帶。

三、配電設(shè)計

1、 配電的總體布局

根據(jù)負(fù)荷的性質(zhì)、容量大小、分布特點及供電半徑，將變電所（ 配電房） 設(shè)置于廠區(qū)中部靠下側(cè)位置。變電所分前后兩部分，前半部分（ 靠車間側(cè)）放置低壓配電柜； 后半部分（ 靠圍墻側(cè)） 兩端放置變壓器，在中部位置設(shè)變配電所值班室。

2、 高壓配電系統(tǒng)

該廠的主電源由當(dāng)?shù)氐膬蓚€開關(guān)站提供，兩個相互獨立的10 kV 專線，兩路電源同時工作，互為備用； 分別采用架空線敷設(shè)進(jìn)入兩個變壓器室。在1#、2#變壓器前端戶外線路上分別串接1個型號為RW10 - 10 （ F） 負(fù)荷型跌開式熔斷器，此熔斷器是在一般跌開式熔斷器的上靜觸頭上面加裝一個簡單的滅弧室，它既能實現(xiàn)短路保護(hù)，又能帶負(fù)荷操作，還能起到隔離開關(guān)的作用。同時，在高壓側(cè)安裝型號為FS4 - 10 避雷器。避雷器與變壓器400 V 側(cè)中性點及變壓器外殼共同接地，并將變壓器的接地中性線（ PEN 線） 引入配電室內(nèi)。

變壓器選用S9 型低損耗節(jié)能油浸式配電變壓器，絕緣等級A 級，防護(hù)等級IP20。變壓器繞組采用了Dyn11 連接組別，此連接方式可使供電系統(tǒng)中的3 次諧波形成環(huán)流通路，從而不致注入公共的高壓電網(wǎng)； 由于零序阻抗小，更有利于低壓側(cè)單相接地短路故障的保護(hù)和切除； 還可以耐受較高的單相不平衡負(fù)荷引起的中性線電流。變壓器配有繞組熱保護(hù)裝置，主要功能包括： 溫度傳感器斷線報警，超溫報警、跳閘，三相繞組溫度巡回檢測及最大值顯示，RS485 遠(yuǎn)傳標(biāo)準(zhǔn)信號輸出（ 至高壓柜、信號屏、電力能源管理系統(tǒng)） 等。

3 、低壓配電系統(tǒng)

低壓（ 0. 4 kV） 進(jìn)線分別來自1#和2#變壓器，低壓（ 0. 4 kV） 側(cè)采用單母線分段運行，中間設(shè)母聯(lián)柜（ 見圖2） 。母聯(lián)柜設(shè)有延時（ 0 ～ 1s） 自投方式，有“自投自復(fù)”、“自投手復(fù)”、“自投停用”等三種位置狀態(tài)，并具有電氣閉鎖，防誤操作。低壓開關(guān)柜采用GCS 柜，額定電壓400 V，主母線額定電流2500 A，防護(hù)等級IP3X。斷路器為插拔式，進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜和大容量重要饋電柜的斷路器具有長延時過電流、短延時過電流、瞬時過電流及接地故障保護(hù)，并帶有通訊模塊，通過數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)遙信、遙測、遙控功能。

低壓配電采用樹干式與放射式混合配電。辦公樓照明和宿舍樓照明采用樹干式配電，其供電電纜從配電房穿管埋地至各自的XLL2 柜，再分配到各照明配電箱。所有動力負(fù)荷、照明、儀表電源等均采用放射式配電，放射式配電電纜則通過電纜橋架送到各用電單體或控制柜。電纜橋架采用XQJ - P - 01 系列，橋架分別為儀表、控制、動力電纜三層。

為保護(hù)帶集成電路的大量電子設(shè)備，所有儀表電源和弱電（ 火災(zāi)報警、綜合布線、保安監(jiān)控、有線電視） 電源的饋電線路中均加浪涌保護(hù)器。浪涌是超出正常工作電壓的瞬時過電壓。供電系統(tǒng)浪涌的來源分為外部的雷電原因和內(nèi)部的電氣。

四、電機(jī)控制

由于該項目的電機(jī)控制均要求在現(xiàn)場和DCS均能實現(xiàn)啟停及信號反饋，因此項目的控制方式分別采用： 普通電機(jī)控制模式、帶變頻器電機(jī)普通控制模式和帶變頻器電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制模式。

1、普通電機(jī)控制模式

普通電機(jī)控制模式，也是電機(jī)直接啟動模式。交流電動機(jī)起動時，配電母線上的電壓不宜低于額定電壓的90%。本工程由于2 臺變壓器的容量是1600 kVA，按經(jīng)驗值估算，電機(jī)功率≤20%SN （ 變壓器容量） 時，可采用直接啟動。所以該工程除需變頻調(diào)速的電機(jī)外，所有電機(jī)均采用直接啟動。

電機(jī)控制在現(xiàn)場設(shè)操作柱，選擇開關(guān)“SA”位于操作柱上，有“自控”、“?！?、“手動”三種位置狀態(tài)。采用“兩燈兩鈕一開關(guān)”的BZC 防爆操作柱，電機(jī)運行、故障狀態(tài)均能在GCS 柜和操作柱上顯示。見圖3 （ 虛線框內(nèi)設(shè)備安裝于現(xiàn)場操作柱上） 。

2、帶變頻器電機(jī)普通控制模式

當(dāng)工藝有調(diào)速要求時，選用帶變頻器起動，即可達(dá)到調(diào)速的作用，也能達(dá)到經(jīng)濟(jì)運行的目的?，F(xiàn)場操作柱、控制回路也基本不變。

3、帶變頻器電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制模式

螺旋輸送機(jī)、提升機(jī)等就需采用此種模式，它既要有調(diào)速，又能正反轉(zhuǎn)電機(jī)?，F(xiàn)場操作柱選“三燈三鈕一開關(guān)”的BXK 防爆操作箱，增加一個反轉(zhuǎn)啟動鈕和指示燈?？刂苹芈纷儎虞^大，DCS信號變?yōu)檎D(zhuǎn)啟停和反轉(zhuǎn)啟停，指示燈回路增加1個，端子排也相應(yīng)增加信號回路。

結(jié)束語：

綜上所述，我們基于安全、可靠、經(jīng)濟(jì)供電的角度，對中小型化工項目的用電負(fù)荷分類、供配電系統(tǒng)設(shè)計、電動機(jī)控制模式選用等方面進(jìn)行了基本設(shè)計要求和原則講解。

由此得出結(jié)論，作為化工廠的重要組成部分，配電系統(tǒng)設(shè)計的質(zhì)量將直接關(guān)系到化工廠的安全和穩(wěn)定運行。因此必須要做好供配電系統(tǒng)設(shè)計，為化工廠的生產(chǎn)和生活提供安全、可靠、優(yōu)質(zhì)的電能供應(yīng)。

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