劉哲,李冬,張鵬

(1.中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司,天津 300131；2.南陽(yáng)防爆電氣研究所,河南 南陽(yáng) 473000)

某合成材料化工項(xiàng)目電氣設(shè)計(jì)之負(fù)荷計(jì)算

劉哲1,李冬1,張鵬2

(1.中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司,天津 300131；2.南陽(yáng)防爆電氣研究所,河南 南陽(yáng) 473000)

計(jì)算負(fù)荷是確定供電線路導(dǎo)線截面、變壓器容量、開關(guān)電器及互感器等的額定參數(shù)的重要依據(jù)，是供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。本文以某合成材料化工項(xiàng)目的電氣設(shè)計(jì)為背景，根據(jù)此項(xiàng)目負(fù)荷情況等原始資料，對(duì)電氣設(shè)計(jì)中的負(fù)荷計(jì)算作了詳細(xì)的說明、分析和計(jì)算。

負(fù)荷計(jì)算;需要系數(shù)

1 引言

本文對(duì)象為一合成材料化工項(xiàng)目。為了使整個(gè)化工項(xiàng)目的生產(chǎn)工序在正常條件下可靠運(yùn)行，與變配電有關(guān)的設(shè)備、電纜、導(dǎo)線等都必須選擇得當(dāng)，除了滿足工作電壓和頻率外，最重要的就是滿足負(fù)荷電流的要求。因此有必要對(duì)此工業(yè)廠房供電系統(tǒng)中的各個(gè)生產(chǎn)工序的電力負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。依據(jù)負(fù)荷原始資料用電條件表(如表1，本文只列出一部分)，通過負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算求得的有功功率、無功功率、視在功率和計(jì)算電流，來合理選擇變配電中的各個(gè)設(shè)備。

此合成材料化工項(xiàng)目由工業(yè)園區(qū)提供一路10kV電源，設(shè)計(jì)采用兩臺(tái)10kV變壓器分別接于10kV母線上。此廠房大部分用電設(shè)備負(fù)荷等級(jí)為三級(jí)，少量為二級(jí)。廠區(qū)內(nèi)消防及消防控制設(shè)備、消防應(yīng)急照明、生產(chǎn)DCS控制系統(tǒng)及儀表、關(guān)鍵崗位的事故排風(fēng)以及有毒氣體的處理設(shè)施的用電等級(jí)為二級(jí)負(fù)荷。事故排風(fēng)以及有毒氣體處理設(shè)施的二級(jí)負(fù)荷，采用廠內(nèi)自備柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源，根據(jù)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果確定柴油發(fā)電機(jī)組容量。本文特別是對(duì)此化工項(xiàng)目電氣設(shè)計(jì)中的負(fù)荷計(jì)算采用需要系數(shù)法作了詳細(xì)的說明和分析。

2 負(fù)荷計(jì)算的方法

電氣設(shè)計(jì)常采用的電力負(fù)荷計(jì)算方法有：需要系數(shù)法、利用系數(shù)法和單位指標(biāo)法等等。需要系數(shù)法計(jì)算簡(jiǎn)便，對(duì)于任何性質(zhì)的企業(yè)負(fù)荷均適用，且計(jì)算結(jié)果基本上符合實(shí)際，尤其對(duì)各用電設(shè)備容量相差較小，且用電設(shè)備數(shù)量較多的用電設(shè)備組，計(jì)算方法采用最廣泛。利用系數(shù)法以平均負(fù)荷作為計(jì)算的依據(jù)，利用概率論分析出最大負(fù)荷與平均負(fù)荷的關(guān)系，這種計(jì)算方法目前積累的實(shí)用數(shù)據(jù)不多，且計(jì)算步驟較繁瑣，故工程應(yīng)用較少。單位指標(biāo)法常用于設(shè)計(jì)前的方案設(shè)計(jì)，或者在用電設(shè)備功率和臺(tái)數(shù)無法確定時(shí)使用。根據(jù)此廠房負(fù)荷情況表，選擇需要系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。

表1 用電條件表

3 負(fù)荷計(jì)算的內(nèi)容

需要系數(shù)法是用設(shè)備功率乘以需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)，直接求出計(jì)算負(fù)荷[2]。內(nèi)容如下：

(1)計(jì)算負(fù)荷(PC、QC、SC)：計(jì)算負(fù)荷是為了使設(shè)計(jì)更科學(xué)、安全、可靠而設(shè)的一個(gè)假想負(fù)荷，計(jì)算負(fù)荷的熱效應(yīng)與同一時(shí)間內(nèi)實(shí)際變動(dòng)負(fù)荷所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。一般在工程設(shè)計(jì)中，是將 30min 的最大平均負(fù)荷作為發(fā)熱條件，再按此條件選擇導(dǎo)線、設(shè)備、整定保護(hù)裝置動(dòng)作值，同時(shí)可用來計(jì)算電壓損失和功率損耗。

(2)設(shè)備功率(Pe)：設(shè)備功率為用電設(shè)備的額定容量或額定功率(設(shè)備銘牌上的數(shù)據(jù))，是民用建筑變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)資料和依據(jù)。對(duì)于不同負(fù)載持續(xù)率下的額定容量或額定功率，應(yīng)換算為統(tǒng)一負(fù)載持續(xù)率下的有功功率，即設(shè)備功率。

(3)需要系數(shù)(KX)：需要系數(shù)是一個(gè)綜合系數(shù)，表示配電系統(tǒng)中所有用電設(shè)備同時(shí)用電的程度。需要系數(shù)一般小于1，僅在所有用電設(shè)備同時(shí)連續(xù)且滿載運(yùn)行時(shí)，才可能為1。此方法一般適用于用電設(shè)備容量差別不大、用電設(shè)備數(shù)量較多的情況，方法比較簡(jiǎn)便，尤其適于變配電所的負(fù)荷計(jì)算。

需要系數(shù)法計(jì)算公式如下：

PC=K∑P∑(KXPe)

QC=K∑q∑(KXPetanφ)

本段文字第一句是論點(diǎn)句，第六句是結(jié)論句。第一句是從人際交往難以回避的矛盾中對(duì)朋友的價(jià)值做出定位；第六句從情感體驗(yàn)方面指出朋友的獨(dú)特價(jià)值，這種價(jià)值正照應(yīng)了論點(diǎn)句中的“矛盾”（“當(dāng)你在他人眼中舉止失常時(shí)，至少還能有人理解你的心境”）。

其中，KΣp—有功功率同時(shí)系數(shù)，取 0.8～1.0；

K∑q—無功功率同時(shí)系數(shù)，取 0.93～1.0；

PC—有功計(jì)算負(fù)荷，kW；

QC—無功計(jì)算負(fù)荷，kVar；

SC—視在計(jì)算負(fù)荷，kVA；

IC—計(jì)算電流，A；

KX—用電設(shè)備需要系數(shù)；

tanφ—用電設(shè)備功率因數(shù)角對(duì)應(yīng)的正切值；

Ur——用電設(shè)備額定電壓，kV。

4 負(fù)荷計(jì)算

此工業(yè)廠房的低壓380/220V系統(tǒng)采用PC(動(dòng)力中心)、MCC(電動(dòng)機(jī)控制中心)兩級(jí)供電方式。75kW及以上電動(dòng)機(jī)回路由PC供電，75kW以下電動(dòng)機(jī)由MCC供電。設(shè)兩段380/220V PC母線，由兩臺(tái)低壓干式變壓器供電。兩段母線之間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，正常時(shí)聯(lián)絡(luò)開關(guān)打開，當(dāng)某一段進(jìn)線電源故障時(shí)跳開該段進(jìn)線開關(guān)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動(dòng)閉合。全部負(fù)荷基本平分到兩段母線上。依據(jù)上面所述做負(fù)荷計(jì)算，見表2和表3。經(jīng)負(fù)荷計(jì)算知兩臺(tái)變壓器的視在功率分別為874.75kVA和877.19kVA，考慮變壓器損耗、無功補(bǔ)償、負(fù)荷率和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等條件選擇兩臺(tái)1250kVA的變壓器。

表2 Ⅰ段母線用電負(fù)荷計(jì)算

本項(xiàng)目設(shè)Ⅰ段380V保安MCC段，所有保安負(fù)荷接于保安MCC段上，且為二級(jí)負(fù)荷，保安段正常時(shí)由380V PC段供電，當(dāng)正常電源失電后，由相應(yīng)的柴油發(fā)電機(jī)組段繼續(xù)供電，正常電源與備用電源之間由ATS裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。故接于保安MCC段上的負(fù)荷單獨(dú)做負(fù)荷統(tǒng)計(jì)，見表4。由表中數(shù)據(jù)選擇250kVA的柴油發(fā)電機(jī)。

依據(jù)GB50053-2013《20kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.3.2條，裝有兩臺(tái)及以上變壓器的變電所，當(dāng)任意一臺(tái)變壓器斷開時(shí)，其余變壓器的容量應(yīng)能滿足全部一級(jí)負(fù)荷及二級(jí)負(fù)荷的用電[4]。即當(dāng)一臺(tái)變壓器斷開時(shí)，另一臺(tái)1250kVA的變壓器也能滿足本項(xiàng)目中的全部二級(jí)負(fù)荷。

表3 Ⅱ段母線用電負(fù)荷計(jì)算

表4 保安MCC段用電負(fù)荷計(jì)算

表中的計(jì)算數(shù)據(jù)根據(jù)第5節(jié)介紹的需要系數(shù)法計(jì)算得到。首先將用電設(shè)備按其性質(zhì)分為不同的用電設(shè)備組，然后確定設(shè)備功率PC。以MCC段負(fù)荷I攪拌為例見表5，混合釜攪拌有15臺(tái)攪拌機(jī)，每臺(tái)設(shè)備額定功率Pe=4kW，KX=0.85，cosφ=0.85，tanφ=0.62，

PC=∑(KXPe)=15×0.85×4=48kW，

QC=∑(KXPetanφ)=15×0.85×4×0.62=38.4kVar，

表5 MCC段負(fù)荷I用電負(fù)荷計(jì)算

5 結(jié)論

在這次設(shè)計(jì)中，根據(jù)負(fù)荷計(jì)算得出的相應(yīng)數(shù)據(jù)選擇的變壓器和柴油發(fā)電機(jī)已在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)安全可靠的運(yùn)行。在化工項(xiàng)目的電氣設(shè)計(jì)中，以計(jì)算負(fù)荷作為前提，根據(jù)負(fù)荷計(jì)算的結(jié)果，以最優(yōu)化為原則，綜合考慮，多方面比較，合理選擇電氣設(shè)備，才可保證生產(chǎn)工序安全可靠的運(yùn)行，又獲得節(jié)能、節(jié)資的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] GB50052-2009.供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2010-5.

[2] 工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].3版.中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.北京:中國(guó)電力出版社.

[3] GB50054-2011.低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2012-6.

[4] GB50053-2013.20kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2014-7.

Load Calculation of Power Supply Design for a Synthetic Material Chemical Project

LIU Zhe1,LI Dong1,ZHANG Peng2

(1.CNOOC Tianjin Chemical Research ﹠ Design Institute,Tianjin 300131,China;2.Nanyang Explosion Protected Electrical Apparatus Research Institute，Nanyang 473000,China)

Correct calculation of load is very important.It is the correct choice of power supply system,wire,transformers,switches and other electrical appliances and the foundation of reliable power supply system.Under the background of the project of a synthetic material chemical electrical design,actual load calculation of power supply design is calculated and analyzed in this paper.

load calculation;demand factor

1004-289X(2017)01-0023-05

TM

B

2016-11-21

劉哲(1987-)，女，畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)控制科學(xué)與工程專業(yè)，碩士學(xué)位，從事電氣設(shè)計(jì)工作。