工廠供配電設計的技術要點分析

趙萌

【摘要】供配電系統(tǒng)的工業(yè)設計不能獨斷專行，工廠的供配電設計要多角度討論，保證整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。供配電系統(tǒng)設計時，如果考慮的問題很少，不重視不同地區(qū)供電、工廠實際負荷等因素，整個供配電系統(tǒng)會有很大的漏洞，不能滿足工廠的應用要求，供配電系統(tǒng)的各種風險等級會逐漸增加。供配電工程中，一旦出現(xiàn)各種外部因素引起的一些問題，將對整個工廠的供配電系統(tǒng)造成很大的影響，導致工廠供配電系統(tǒng)遭到破壞，從而無法保證工廠的安全穩(wěn)定，甚至對精密設備的使用和維護造成很大的影響。

【關鍵詞】工廠;供配電;設計技術【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

如果電力系統(tǒng)在工廠生產(chǎn)過程中出現(xiàn)故障，會給工廠帶來巨大的人力、物力、財力損失，無法補救。因此，在工業(yè)廠房供配電的技術設計中，首先要保證工業(yè)廠房電力的安全、穩(wěn)定、可靠，其次要考慮電力的經(jīng)濟性和長期性。只有這樣，安全可靠的供配電系統(tǒng)才能保證工廠生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，提高工廠的生產(chǎn)進度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，同時降低工廠生產(chǎn)的成本投入，從而為企業(yè)和工廠的長期穩(wěn)定發(fā)展奠定基礎。因此，科學、合理、優(yōu)秀的供配電設計技術，可以在保證工廠生產(chǎn)穩(wěn)定發(fā)展的基礎上，發(fā)揮節(jié)能減排的發(fā)展理念，在節(jié)約電能的基礎上，進一步落實環(huán)保戰(zhàn)略，從而為促進我國經(jīng)濟的長遠發(fā)展奠定堅實的基礎。

1、構成供配電體系的結構

首先，我們知道工廠的整個供配電系統(tǒng)是由工廠內(nèi)的電氣設備、高壓輸電系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)和變電站系統(tǒng)組成的。目前國內(nèi)大型通用設備和遠距離傳輸分配的電壓值并不完全兼容。在輸電工程中，為了減少輸電過程中的損耗，特高壓、高壓或特高壓直流體系被廣泛使用，但工廠使用的設備一般處于低或中壓水平，很少涉及高壓水平，因此存在一些差異。在高壓輸電系統(tǒng)中，高壓輸配電系統(tǒng)是一條或多條高壓輸電線路，高壓輸電線路在高壓輸電系統(tǒng)中起著極其重要的作用。相應的變壓器由高壓線路變電站系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成電壓等級，再由配電系統(tǒng)通過電纜等線路轉(zhuǎn)換成與廠內(nèi)設備相匹配的電壓等級。隨后，電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將地面上的電壓轉(zhuǎn)換成我們?nèi)粘Ｉ钏璧碾妷?，再通過線路傳輸?shù)礁鱾€電力終端，使得電力傳輸更加方便，降低了傳輸損耗。因此，供配電系統(tǒng)在工廠日常生產(chǎn)中起著極其重要的作用。如今，隨著科學技術的不斷進步，供配電系統(tǒng)逐漸走向自動化，能夠自動將電能分配給所需的電壓和電弧用戶，比傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)更加智能化。

2、工業(yè)供配電設計中主要設計內(nèi)容與常見問題分析

2.1工業(yè)廠區(qū)總降壓區(qū)范圍變電所主接線

在工業(yè)供配電設計過程中，需要進行工廠總降壓變電站的負荷計算，相應的計算主要是以裝置車間的負荷計算為基礎，以用電負荷的類別以及負荷計算作為參考依據(jù)，從而進行設計過程中需要用到的變壓器的總臺數(shù)、運行方式、具體容量的確定。與變電所的高、低接線方式方法相對應的要求主要就是靈活可靠、經(jīng)濟安全、便于安裝和維修。

2.2變電站電壓系統(tǒng)的設計

在工業(yè)供配電體系設計時，一般情況下從經(jīng)濟性、技術性方面進行供配電電壓系統(tǒng)的確定，需要綜合考慮總降壓區(qū)域的變電所位置，并進行多級高壓配電網(wǎng)方案計劃的設計與制定，計算總體電壓損失以及導線的截面，在進行這些計算時，通常都是以設計方案的運轉(zhuǎn)費用、基礎建設投資量、電壓損耗等多個方面作為參考依據(jù)。

2.3工業(yè)變電所的防雷裝置

在工業(yè)供配電設計過程中，需要結合當?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)境進行防雷設備和裝置的設計，并需要計算防直擊防雷避雷設備能夠進行保護的范圍，以及進行防止出現(xiàn)雷電反擊現(xiàn)象實際空間距離的計算。在防雷接地裝置設計時，需要將避雷針的設置參數(shù)作為參考依據(jù)，選擇雷電沖擊波防雷型號規(guī)格，從而進行接線位置的最終確定。在防雷接地設計時，通常情況下容易將接地電阻、頻放電火避雷滅弧電壓、安裝最大范圍等檢驗計算步驟忽略，另外，在季節(jié)性雷電高發(fā)期，供電設備容易受到電擊威脅，需要采用保護措施防止避雷器等設備損壞情況的發(fā)生。

3、技術要點

3.1負荷設計

負荷設計是工廠供配電系統(tǒng)設計的重要組成部分。根據(jù)電源造成的損失和影響程度，可分為三種類型：一級負荷、二級負荷和三級負荷。一級負荷是指在生產(chǎn)經(jīng)營過程中，一旦供電中斷，極有可能引發(fā)爆炸、火災、中毒等重大安全事故，造成巨大損失，直接威脅勞動者生命財產(chǎn)安全。對于一個工廠來說，需要保證一級負荷供電的穩(wěn)定性，保證在任何情況下都不會發(fā)生停電。二級負荷是指在工廠正常生產(chǎn)經(jīng)營期間，因供電中斷造成的經(jīng)濟損失較大，但不會危及人民生命安全，如嚴重影響工廠產(chǎn)量。除了一次和二次加載，其他加載稱為三級負荷。設計人員首先要用科學的方法深入分析電力設備的具體使用情況，估算停電對電廠的損失和影響，從而準確確定負荷水平。在工廠供配電設計中，準確判斷負荷水平后，應根據(jù)負荷提供相應的電源。一個負載至少要有兩個電源，才能保證穩(wěn)定可靠的供電。此外，還要合理配置相應的供電能力。如果一次電源不能滿足要求，應啟用二次電源，而容量較小的負載可采用二次電壓。此外，在電源穩(wěn)定可靠的情況下，柴油發(fā)電機也可以作為電源。面對二次負載，為了保證供電的連續(xù)穩(wěn)定，應采用兩個電源。但當采用雙電源供電且供電困難或難以實現(xiàn)時，可選擇電壓超過6kV的架空線路。此外，在進行維護工作時，應配備柴油發(fā)電機，柴油發(fā)電機應根據(jù)二次負載能力進行選擇。

3.2采取措施進行節(jié)電節(jié)能

在廠內(nèi)供配電設計中，一般采用無功補償來提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，這也是目前最有效的方法。一般來說，僅僅通過改變自然功率因數(shù)來提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，效果往往不理想。在工廠設計供配電系統(tǒng)時，除了無功補償外，還有幾種節(jié)電節(jié)能的方法。（1）選擇變壓器。廠內(nèi)供配電需要選擇性能較好的變壓器，備用變壓器可以選擇性能較差的變壓器。在選擇變壓器時，不僅要考慮其經(jīng)濟性和運行成本，還要考慮其維護和管理成本。但變壓器并聯(lián)時，必須兼顧經(jīng)濟性，保證運行成本的可控性，才能保證變壓器在滿足負荷要求的同時，最大限度地控制自身的功耗。（2）運輸路線設計。在配電系統(tǒng)設計中，應重視輸電線路的設計，盡量少走彎路，科學合理地控制供電半徑。在發(fā)電廠供配電設計中，當輸電線路容量穩(wěn)定、輸電線路長度較長時，可通過適當增大導線截面積來降低功率損耗。雖然這種方法增加了成本投入，但從長遠來看，它可以很好地控制功耗，從而降低整體成本。（3）布局合理。在工廠供配電設計中，應采用不同的線路分別向生產(chǎn)機和常規(guī)用電設備供電，供配電設備的供配電設備應根據(jù)用電需求合理確定，以保證供電的穩(wěn)定性和安全性。

3.3繼電保護的設計

電氣一旦發(fā)生事故，就會引起連鎖反應。不難看出，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定是其基礎，需要盡快安裝相應的繼電保護裝置，使裝置完全符合動作的選擇性、快速性和靈活性。

目前繼電保護有兩種，既定時限保護和反時限保護。前者與故障電流無關。最大的優(yōu)點是安裝方便，動作時間準確。缺點是繼電器多，接線復雜，DC控制成本高。后一種方法的動作時間與故障電流成反比，故障電流增大，動作時間減小。它的優(yōu)點是成本低，接線簡單，切斷保護快，簡單方便，適合交流操作，但缺點是不方便設置動作時間。針對中小型工廠的供電系統(tǒng)，繼電保護設計簡單經(jīng)濟，盡可能選用反時限保護。

4、工業(yè)廠房供配電設計技術的方案

4.1工業(yè)廠房高壓低壓供配電系統(tǒng)設計

在工業(yè)廠房中，不同設備上的電力負荷是供配電系統(tǒng)設計的基礎，也是工業(yè)廠房各工段供配電的基礎。因此，只有科學合理地設計不同廠區(qū)的供配電電壓，確定變電站的位置，選擇安全可靠的設計方案，選擇低成本、高經(jīng)濟的供配電材料，才能為工業(yè)廠房的供配電電壓設計制定出完善的方案。220/380伏和6/10千伏接地方案主要用于實際用電生產(chǎn)的工業(yè)廠房。工業(yè)廠房電力系統(tǒng)應嚴格執(zhí)行接地方案，其中工業(yè)廠房主要采用TN-S接地設計。然而，在高壓供電系統(tǒng)中，通常沒有接地方案。廠內(nèi)電源一般采用中性線或輻射供電，電路是在此基礎上設計的。

4.2工業(yè)廠房功率因數(shù)裝置的供配電系統(tǒng)設計

對于工業(yè)廠房中功率因數(shù)設備的供配電系統(tǒng)設計，功率因數(shù)應嚴格根據(jù)當時電路的實際改造情況進行更改。在確定電源的功率因數(shù)時，應嚴格計算總功率，未完成的部分應在獲得功率因數(shù)后進行補充。此外，在設計供配電系統(tǒng)時，應選擇合理容量的裝置，嚴格控制相關規(guī)范，科學選擇放電裝置。

4.3工業(yè)廠房供配電系統(tǒng)在接地裝置方面的設計

顯然，低壓供配電系統(tǒng)與工業(yè)廠房的生產(chǎn)車間接地連接。供配電系統(tǒng)的接地裝置主要是電氣設備的非帶電部分與地面的連接，而接地裝置主要是將金屬導體直接埋入地下，或通過管道間接將接地金屬材料直接放入地下。在工業(yè)廠房的供配電系統(tǒng)中，人工接地被廣泛應用。該系統(tǒng)可以保證工人的安全，使工廠車間的運行更加安全穩(wěn)定，降低用電造成安全事故的概率，提高工廠的經(jīng)濟效益。

4.4工業(yè)廠房供配電系統(tǒng)在防雷裝置以及消防控制裝置方面的設計

由于工業(yè)廠房供配電系統(tǒng)的設計離不開電力的應用，因此有必要對工業(yè)廠房進行防雷設計。防雷裝置應根據(jù)廠房的防雷等級、建筑材料的性質(zhì)和潛在的火災危險類型進行設計。此外，每個工廠應在不同的角落配備消防設備，以防止在發(fā)生危險事故時，由于未能采取有效措施而造成人員、物力和財力的損失。此外，在設計和安裝消防設備時，應嚴格按照相關安全規(guī)范進行，并應設置自動煙霧報警系統(tǒng)。在設計避雷針裝置時，通常將避雷針放置在工業(yè)廠房屋頂?shù)拿總€角落，并與建筑物內(nèi)部材料連接，使避雷針形成網(wǎng)格結構，增強防雷效果。消防設備設計應保證整個系統(tǒng)的科學設計，保證設計設備的正常運行，避免設備周圍雜物堆積，保證設備質(zhì)量。

結語：

因此，工業(yè)廠房供配電系統(tǒng)的設計是一項非常復雜的電力系統(tǒng)工程。因此，從各個方向設計科學、合理、安全、可靠的供配電系統(tǒng)，同時將節(jié)能降耗的發(fā)展理念貫徹到供配電系統(tǒng)設計中，是保證工業(yè)廠房長遠發(fā)展的前提。

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