海水淡化工廠供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討

王華利

（青島百發(fā)海水淡化有限公司，山東 青島 266043）

1 海水淡化工廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50052-95《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50053-94《10 kV及以下設(shè)計(jì)規(guī)范》以及GB 50054-95《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)定，青島百發(fā)海水淡化廠供配電設(shè)計(jì)需要嚴(yán)格遵循以下原則。

1.1 保證系統(tǒng)安全

在供配電設(shè)計(jì)中，必須確保人身和設(shè)備的安全。電氣設(shè)計(jì)中，供配電系統(tǒng)的可靠性和安全性十分重要，其中電氣一級負(fù)荷最重要。一級負(fù)荷涵蓋消防設(shè)備，消防設(shè)備中有應(yīng)急照明、消防控制室以及消防電梯等。一級負(fù)荷中還有柴油發(fā)電機(jī)送風(fēng)機(jī)、消防泵房的污水泵和送風(fēng)機(jī)等。一級負(fù)荷用電設(shè)備設(shè)有兩路電源和應(yīng)急電源。應(yīng)急電源的作用是在特殊情況下確保用電設(shè)備一級負(fù)荷的供電。

1.2 滿足工廠的電能需求

滿足工廠電能需求，同時(shí)要充分確保電能質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)工廠用電正常。建立供配電系統(tǒng)時(shí)，要充分考慮成本和應(yīng)用的能耗情況。不但要減少必要的運(yùn)費(fèi)，也要在原來的基礎(chǔ)上最大程度地降低對有色金屬的消耗。要科學(xué)合理選擇變壓器，選擇有節(jié)能作用的變壓器。此外，要充分利用現(xiàn)有設(shè)備，提升變壓器性能利用率和運(yùn)行效率。同時(shí)，可以大幅度降低變壓器的功能耗損，從損耗小的導(dǎo)線開始減少電線長度，防止線路出現(xiàn)重疊和交叉。

1.3 考慮生產(chǎn)發(fā)展引起的負(fù)荷變化

在制定供配電系統(tǒng)方案時(shí)，要充分考慮未來生產(chǎn)發(fā)展引起的負(fù)荷變化。合理的供配電系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)節(jié)電的前提。供電方案的合理性取決于用電量的預(yù)測，而分配系統(tǒng)的合理性也十分重要。因此，需要盡量減少配電級數(shù)，設(shè)計(jì)出更加合理的配送方案。上下級協(xié)調(diào)的復(fù)雜程度隨著配電級數(shù)的增加而升高，且會增加元件數(shù)量和配線電纜，提升故障概率。然而，供電質(zhì)量和電纜長度會直接影響配電方式，二者之間存在緊密關(guān)系。配電線路不合理的主要原因是配電室的位置設(shè)計(jì)不合理。因此，在設(shè)計(jì)內(nèi)部配電系統(tǒng)時(shí)，需要有效優(yōu)化配電室位置，否則無法達(dá)到節(jié)能的效果。

2 海水淡化工廠供電設(shè)計(jì)內(nèi)容

選擇變電站和總降壓變壓器時(shí)，需要全面考慮總降壓變電所的位置等因素，根據(jù)全廠計(jì)算負(fù)荷和擴(kuò)容備用的需要，充分保證變壓器的容量與數(shù)量。此外，需綜合考慮變電所配電回路數(shù)、負(fù)荷的供電級別以及接地制式，計(jì)算負(fù)荷的大小和變壓器的臺數(shù)，明確變電站高低接線方式。

按自身的負(fù)荷狀況和工藝要求，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性上確定供電電壓。根據(jù)負(fù)荷布置和總降壓變電站的位置，比較幾種可行的高壓配電網(wǎng)和低壓配電網(wǎng)的布置方案，計(jì)算導(dǎo)線截面、路徑以及電壓損耗。此外，需比較不同方案的可靠性、電壓損失、基礎(chǔ)設(shè)施投資、年運(yùn)行費(fèi)用以及有色金屬消耗等綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，最終選出最佳方案。

根據(jù)負(fù)荷計(jì)算總降壓變電所功率因數(shù)，利用計(jì)算結(jié)果計(jì)算供電部門要求需要的補(bǔ)償無功功率，按手冊或產(chǎn)品樣本選擇需要的補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)量與規(guī)格，最終確定電容補(bǔ)償柜。此外，需按照短路電流計(jì)算數(shù)據(jù)、對應(yīng)的額定值以及各回路計(jì)算負(fù)荷等，選擇變電所的低壓和高壓側(cè)電氣設(shè)備，如開關(guān)柜、母線、隔離開關(guān)以及電纜等設(shè)備。

結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)與氣象條件，還需設(shè)計(jì)防雷與防過電壓保護(hù)裝置，計(jì)算防雷保護(hù)等級，最后計(jì)算避免出現(xiàn)反擊情況的空間距離。為防止過電壓，根據(jù)避雷器的基本參數(shù)，如避雷滅弧電壓、沖擊接地電阻、頻率放電電壓以及最大允許安裝距離等，選擇避雷器并確定其位置。

3 海水淡化工廠的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

3.1 負(fù)荷分級的選擇

在設(shè)計(jì)供配電時(shí)，要做好負(fù)荷分級。按照電力負(fù)荷事故為政治和經(jīng)濟(jì)等帶來影響的程度，將其分成3個(gè)等級。事故造成的損失和影響越大，對供電的要求越高。其中，一級負(fù)荷的要求最嚴(yán)格，為防止工供電中斷，需持續(xù)供應(yīng)電力，需配備應(yīng)急電源與雙電源；在線路出現(xiàn)故障時(shí)，二級負(fù)荷可確保不受斷電影響或及時(shí)斷電也可盡快恢復(fù)[1]；三級負(fù)荷只要確保設(shè)備正常供電即可。在海水淡化企業(yè)配電中，需根據(jù)企業(yè)性質(zhì)及對經(jīng)濟(jì)和政治的影響合理選擇電力負(fù)荷。一般應(yīng)選擇一級負(fù)荷和二級負(fù)荷。

3.2 變配電站的選擇

變配電站一般由電源總進(jìn)線、高壓配電室、變壓器室、低壓配電室、電容器室以及控制室等組成。它的選址十分重要，一般設(shè)置在負(fù)荷中心的附近。一般需要將供電半徑合理控制在250 m范圍內(nèi)，最大不能超出300 m。為了提高進(jìn)出線的便利，變配電站需要與工廠進(jìn)線一側(cè)相鄰[2]。

3.3 導(dǎo)線、電纜的選取

要確保工廠供配電的安全，應(yīng)根據(jù)工廠供配電系統(tǒng)的載流量、電壓等級、發(fā)熱條件以及電纜機(jī)械強(qiáng)度等要求，科學(xué)選擇電纜與導(dǎo)線。要嚴(yán)格根據(jù)負(fù)載的大小，確定10 kV及以下高壓線路和電壓動力線路的截面，然后校驗(yàn)電壓損耗和機(jī)械強(qiáng)度。此外，選擇電纜類型還應(yīng)考慮敷設(shè)條件。選擇自動化控制相關(guān)的電纜時(shí)，應(yīng)充分考慮屏蔽問題，以提高生產(chǎn)穩(wěn)定性。

3.4 高低壓電容補(bǔ)償?shù)倪x擇

在海水淡化廠供配電設(shè)計(jì)中，為了節(jié)約能源，提高供電質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)計(jì)算無功負(fù)荷。參照計(jì)算結(jié)果，采用就地?zé)o功補(bǔ)償和幾種無功補(bǔ)償相結(jié)合的方式。無功補(bǔ)償裝置采用具有自動補(bǔ)償?shù)难b置，功率因數(shù)一般補(bǔ)償?shù)?.9以上。集中補(bǔ)償、分組補(bǔ)償以及單臺電機(jī)就地補(bǔ)償為常用的無功補(bǔ)償法。

3.5 保護(hù)接地與接地裝置設(shè)計(jì)

連接接地體、總等電位接地排以及總等電位接地排中設(shè)備和裝置接地部分的金屬導(dǎo)體稱為接地線。接地有功能性接地和保護(hù)性接地兩種。其中，功能性接地包括屏蔽接地、工作接地、信號接地以及直流接地等；保護(hù)性接地包括防靜電接地、防雷接地以及防電擊接地等。目前，海水淡化工廠中存在很多工藝設(shè)備，需要通過保護(hù)接地線和總等電位接地排連接。保護(hù)接地的接地電阻不能高于4 Ω，防雷接地和保護(hù)接地共用的接地電阻要低于1 Ω。另外，要充分保證部分精密實(shí)驗(yàn)儀器有精準(zhǔn)的檢測度，確保人身的安全性，需保證零地電壓低于4 V，接地電阻低于3 Ω。工廠中還有一些輸送或存儲易燃液體的容器與管道，需設(shè)置為靜電接地，并確保接地裝置的接地電阻低于100 ?。

3.6 防雷設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)時(shí)，需做好防雷設(shè)計(jì)工作。以建筑外的金屬屋面為例，可將屋面當(dāng)作接閃器，鋼柱可兼作防雷引下線，全部的金屬構(gòu)件要與引下線可靠連接。但是，若為混凝土屋面，則在側(cè)頂沿女兒墻、轉(zhuǎn)角、屋檐、屋脊及屋面四周敷設(shè)避雷帶，從而在屋面上形成相應(yīng)規(guī)格的避雷網(wǎng)，并保證屋面各金屬構(gòu)件與其可靠連接。全部防雷引線要連接到接地電氣上。當(dāng)接地體為建筑物基礎(chǔ)時(shí)，則建筑電氣接地（重復(fù)接地、工作接地、保護(hù)接地）與防雷接地共用基礎(chǔ)接地體，接地電阻不應(yīng)高于1 Ω。另外，為防止電氣設(shè)備被雷擊受到電磁脈沖影響，需要將級別不同的浪涌保護(hù)器設(shè)置在相應(yīng)的防雷區(qū)。

3.7 管線敷設(shè)

管線敷設(shè)時(shí)應(yīng)當(dāng)做好準(zhǔn)備工作，遵循敷設(shè)原則以及進(jìn)行技術(shù)交底。首先，做好準(zhǔn)備工作。按照設(shè)計(jì)選擇管線型號規(guī)格和合理的敷設(shè)方式，并依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙做好暗管敷設(shè)和混凝土墊層。施工完成一天后，及時(shí)拆除封堵出線口分線盒的裝置，清理管路線槽垃圾雜物。其次，遵循敷設(shè)原則。線槽內(nèi)導(dǎo)線中截面積需要小于線槽內(nèi)截面30%。分槽敷設(shè)弱電回路和強(qiáng)電回路，排放分組，施工電源可以被同一線槽中強(qiáng)電回路切斷。若是出現(xiàn)電壓回路交叉問題，則可以使用金屬隔板處理。敷設(shè)后需要檢查檢測，避免出現(xiàn)線路故障。最后，進(jìn)行技術(shù)交底。施工班組管路連接、保護(hù)層以及防腐等工作需要進(jìn)行技術(shù)交底，加強(qiáng)看護(hù)，保證管路暢通，做好檢查和自檢工作[3]。

3.8 配電箱設(shè)置

為保證電氣接點(diǎn)的有效性，應(yīng)當(dāng)組裝配電箱電氣開關(guān)設(shè)備、輔助設(shè)備以及電氣測量儀等。線路運(yùn)行不正常時(shí)，可以通過其他線路報(bào)警切斷。發(fā)配變電所中，運(yùn)行參數(shù)可以利用測量儀表進(jìn)行顯示，以調(diào)節(jié)電氣參數(shù)。此外，建筑物中的照明配電箱不僅需要滿足照明系統(tǒng)需求，還需要為重點(diǎn)位置的插座提供單獨(dú)的供電回路，安裝漏電保護(hù)裝置。

3.9 消防設(shè)計(jì)

海水淡化廠房的消防設(shè)計(jì)應(yīng)符合《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》《火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》以及《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。所有消防設(shè)備供電均采用專用回路供電。設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮消防主機(jī)位置與人員值守情況。

3.10 應(yīng)急系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

應(yīng)急系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是海水淡化廠房供配電系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，包括發(fā)電機(jī)應(yīng)急電源系統(tǒng)和照明應(yīng)急系統(tǒng)兩大類。柴油發(fā)電機(jī)組可用于建立應(yīng)急電源系統(tǒng)，既保證了高負(fù)荷用電需求，又彌補(bǔ)了供配電的不足。一旦發(fā)生停電，發(fā)電機(jī)可自啟提供電能，同時(shí)具有可靠的保護(hù)功能，有效防止停電造成安全事故。此外，有效應(yīng)用自帶電池的應(yīng)急照明設(shè)備，可以增加應(yīng)急照明系統(tǒng)的啟動效率，使其5 s內(nèi)實(shí)現(xiàn)自行開啟。

3.11 加強(qiáng)節(jié)能措施

3.11.1 合理運(yùn)用無功補(bǔ)償技術(shù)

供配電的功率因數(shù)必須達(dá)到0.9以上，但目前較多工廠存在不能精確補(bǔ)償?shù)那闆r，因?yàn)椴糠止S只有高壓側(cè)補(bǔ)償[4]。因此，必須要采取有效措施合理運(yùn)用無功補(bǔ)償技術(shù)，在高低壓側(cè)根據(jù)需要均設(shè)置補(bǔ)償裝置，將功率因數(shù)的數(shù)值控制在合理區(qū)間，實(shí)現(xiàn)精確合理的補(bǔ)償。

3.11.2 運(yùn)用照明節(jié)能控制系統(tǒng)

除了生產(chǎn)用電外，照明系統(tǒng)的用電量也較大。海水淡化廠在照明上采用普通控制方式，無法實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制，反滲透車間管道壓力較高，工作人員需每天進(jìn)出車間開關(guān)照明，存在極大的安全隱患。因此，可對廠區(qū)及車間照明采用集中控制系統(tǒng)，模塊化管理，根據(jù)不同要求預(yù)設(shè)多種模式。尤其是管道壓力較高的反滲透車間，照明應(yīng)采用中控室集中控制，盡量避免工作人員頻繁進(jìn)出車間[5]。

3.11.3 實(shí)施變壓器節(jié)電運(yùn)行

供電系統(tǒng)中，變壓器具有一定的調(diào)節(jié)作用。因此，變壓器組合并列運(yùn)行，可有效提升供電質(zhì)量。工廠供電系統(tǒng)在并列運(yùn)行變壓器時(shí)必須確保變比相同、阻抗電壓百分比接近以及聯(lián)結(jié)組相同。若電阻電壓不相等，變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)高阻抗電壓的負(fù)荷分布會減小，另一臺阻抗電壓小的變壓器會出現(xiàn)過載運(yùn)行。為防止出現(xiàn)過大的阻抗電壓而導(dǎo)致并列變壓器負(fù)荷電流嚴(yán)重分配不均，需要將阻抗電壓差控制在10%內(nèi)[6]。需要注意，禁止并列運(yùn)行接線組別不一致的變壓器，防止回路中出現(xiàn)超過額定電流幾倍的環(huán)流而燒損壓器。變壓器節(jié)能運(yùn)行時(shí)，應(yīng)該充分考慮工廠實(shí)際電量負(fù)荷的數(shù)量和有效配置，最大程度發(fā)揮變壓器的調(diào)節(jié)作用。若工廠頻繁出現(xiàn)負(fù)載波動，可根據(jù)工藝段的負(fù)荷情況，采用分段作業(yè)法。

4 結(jié) 論

海水淡化工廠的供配電設(shè)計(jì)是一項(xiàng)涉及面寬且內(nèi)容嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木C合性設(shè)計(jì)工作，因此完成一套節(jié)能高效電廠供配電的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要設(shè)計(jì)院與廠方密切配合。在開展實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，要采用新技術(shù)和新產(chǎn)品改進(jìn)供配電系統(tǒng)和節(jié)能系統(tǒng)，設(shè)計(jì)節(jié)能且科學(xué)的配電系統(tǒng)，為海水淡化產(chǎn)業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。