工業(yè)廠區(qū)內(nèi)電氣布置方案研究

劉 瑩

（中國(guó)二十冶集團(tuán)有限公司，上海 201900）

引言

工業(yè)廠區(qū)內(nèi)的電氣布置是建筑工程的核心組成部分，直接決定了工業(yè)廠區(qū)是否能夠正常運(yùn)行，隨著工業(yè)廠區(qū)內(nèi)各類(lèi)自動(dòng)化設(shè)備的不斷增加，對(duì)廠區(qū)電氣的布置提出了更高的要求。由于目前各類(lèi)文件中均缺乏對(duì)工業(yè)廠區(qū)內(nèi)電氣布置要求和技術(shù)方案的介紹，在進(jìn)行工業(yè)廠區(qū)內(nèi)電氣布置時(shí)一方面靠設(shè)計(jì)規(guī)范、一方面靠人工經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致部分設(shè)計(jì)雖然符合國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，但和實(shí)際應(yīng)用存在一定的差異性。

因此本文以鋰電池工業(yè)廠區(qū)的電氣設(shè)置為例，對(duì)工業(yè)廠區(qū)內(nèi)的供電方案、照明方案、動(dòng)力配電設(shè)計(jì)的技術(shù)要求、布置要點(diǎn)等進(jìn)行了詳細(xì)的分析，為類(lèi)似廠區(qū)電氣設(shè)計(jì)提供了參考，具有較大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 廠區(qū)用電負(fù)荷確認(rèn)

以某鋰電池工業(yè)廠區(qū)為例，其廠房的建筑高度為48 m，樓下有一個(gè)面積約2 000 m2的地下室，在建筑物內(nèi)生產(chǎn)鋰電池過(guò)程中使用的原料及生產(chǎn)過(guò)程所使用的各類(lèi)設(shè)備均是不燃燒的固體物質(zhì)，且不涉及可燃、可爆的危險(xiǎn)品。整個(gè)廠區(qū)采用了鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，其所對(duì)應(yīng)的火災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)為丁類(lèi)，由于目前缺乏專(zhuān)用于工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)要求，因此參考民用建筑類(lèi)設(shè)計(jì)規(guī)范來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]。

根據(jù)丁類(lèi)廠房建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，廠區(qū)外側(cè)的消火栓的標(biāo)準(zhǔn)排水量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)不小于35 L/s，廠區(qū)內(nèi)的消防、應(yīng)急照明、機(jī)房設(shè)備用電和各類(lèi)自動(dòng)化設(shè)備用電等為二級(jí)負(fù)荷，其余所有用電設(shè)施的用電負(fù)荷均為三級(jí)。

根據(jù)設(shè)備用電負(fù)荷及通風(fēng)、空調(diào)、照明、插座等用電需求，廠區(qū)內(nèi)設(shè)施1的總用電功率為8 400 kW，因此在設(shè)施1處設(shè)置了12×2 500 kVA的干式變壓器。由于廠房?jī)?nèi)的生產(chǎn)設(shè)備多，而且同時(shí)工作時(shí)的用電量極大，特別是在廠房的兩側(cè)對(duì)稱(chēng)分布著大容量的用電設(shè)備。在廠房1內(nèi)僅設(shè)置一個(gè)變電所就要占用200㎡空間，并且會(huì)占用物料、產(chǎn)品的運(yùn)輸通道，變電所向廠區(qū)對(duì)面的設(shè)施供電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生極大的損耗和電磁干擾，因此在綜合評(píng)估后，采用在廠房?jī)蓚?cè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置變電所的方案，能夠在保持對(duì)車(chē)間供電平衡性的基礎(chǔ)上縮小占地空間，保證廠房?jī)?nèi)的物流周轉(zhuǎn)空間不受影響，提高廠房空間利用率。

對(duì)廠區(qū)同時(shí)設(shè)置的辦公樓、倉(cāng)庫(kù)、宿舍和餐廳等配套建筑，根據(jù)各處的用電負(fù)荷情況，設(shè)置一組2×1 250 kVA的變壓器即可，考慮到以上配套建筑的實(shí)際用電情況均較小，因此可以采用在各配套建筑的負(fù)荷中心位置設(shè)置一個(gè)變電所，用于對(duì)各配套建筑同時(shí)進(jìn)行變配電服務(wù)[2]。

2 動(dòng)力配電分析

動(dòng)力配電是工業(yè)廠區(qū)維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)的核心，以鋰電池生產(chǎn)廠房1為例，對(duì)該廠房?jī)?nèi)動(dòng)力配電進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要依據(jù)所規(guī)劃的生產(chǎn)工藝設(shè)備負(fù)荷、用電需求以及布置位置等信息進(jìn)行確認(rèn)，然后根據(jù)各設(shè)備的時(shí)間用電功率進(jìn)行針對(duì)性的動(dòng)力配電設(shè)計(jì)，對(duì)于用電功率超過(guò)100 kW的超大容量用電設(shè)備，采用母線槽由變電所放射式供電[3]。對(duì)于用電功率在50～100 kW的大容量用電設(shè)備，可采用電纜由變電所放射式供電方案。對(duì)于用電功率在50 kW以下的小容量用電設(shè)備，則可以采用由總配電箱放射至不同設(shè)備的集中式供電方案。廠房1內(nèi)的局部配電設(shè)計(jì)如圖1所示。

3 廠區(qū)照明配電設(shè)計(jì)

工業(yè)廠區(qū)內(nèi)的照明配電設(shè)計(jì)，主要包括照明燈具選擇、照明燈具安裝、照明配電控制及疏散照明電路設(shè)計(jì)等[4]。

由于工業(yè)廠房的標(biāo)準(zhǔn)層高為8 m，而且根據(jù)工藝布局情況，在廠房?jī)?nèi)的相關(guān)設(shè)備設(shè)置有操作平臺(tái)，設(shè)置在操作平臺(tái)上的設(shè)備作業(yè)面和廠房頂板的距離一般為5 m，考慮到車(chē)間內(nèi)的操作對(duì)燈具亮度和可靠性要求較高，因此在一般廠房頂部選擇高亮度LED工礦燈，在工藝隔間內(nèi)可以選擇吸頂LED熒光燈。在進(jìn)行燈具布置的時(shí)候應(yīng)該特別注意，要根據(jù)設(shè)備和操作崗位情況，合理設(shè)置燈具的位置，避免布置在操作站點(diǎn)的正上方或者后方，影響目視操作。推薦布置在操作站點(diǎn)前側(cè)約15°的位置，消除操作時(shí)的重影影響，所選用的LED燈的顯色指數(shù)[5]不應(yīng)小于80。

工業(yè)廠房?jī)?nèi)的層高和面積都大，因此為了確保在照明過(guò)程中斷路器的靈敏性及照明電壓的穩(wěn)定性，不能按防火分區(qū)進(jìn)行照明配電設(shè)計(jì)，而且所使用的照明線路應(yīng)該為截面不小于2.5 mm2的絕緣銅導(dǎo)線，單根照明線路的最大允許水平長(zhǎng)度不超高70 m。若照明的單線距離過(guò)長(zhǎng)，則需要根據(jù)廠房照明及配電情況在廠房不同位置設(shè)置小配電間，保證廠區(qū)內(nèi)的照明安全性。為了確保正常照明線路突然故障時(shí)廠區(qū)內(nèi)生產(chǎn)正常進(jìn)行，在照明配電箱內(nèi)需要設(shè)置備用的照明配電箱，而且主配電箱和備用配電箱采用了交叉配電的方案，當(dāng)一個(gè)線路出現(xiàn)故障時(shí)能夠快速切換到另一個(gè)供電線路，保證廠區(qū)內(nèi)供電的可靠性。

廠區(qū)內(nèi)疏散照明，廠區(qū)的疏散照明是保證在緊急情況下員工快速疏散而提供的應(yīng)急照明，保證疏散的安全性。工業(yè)廠區(qū)內(nèi)的各類(lèi)物流車(chē)、工藝設(shè)備較多，按照傳統(tǒng)將應(yīng)急照明線路設(shè)置在墻體下側(cè)的方案，極易被零碎的物品擋住，影響應(yīng)急指示。因此選擇將工業(yè)廠區(qū)內(nèi)的疏散照明設(shè)置為吊裝式[6]，吊裝的高度需要和次梁齊平，保證在緊急情況下疏散照明的指示可靠性，工業(yè)廠區(qū)內(nèi)的應(yīng)急照明燈具布置如圖2所示。

為了提升應(yīng)急照明系統(tǒng)的應(yīng)用可靠性，需要將應(yīng)急照明和廠區(qū)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及控制系統(tǒng)相連接，由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，提高可靠性。

4 防雷及接地設(shè)計(jì)

在工業(yè)廠區(qū)內(nèi)，變電所是設(shè)置在廠房?jī)?nèi)部的，因此一般采用了TN-S接地系統(tǒng)[7]，同時(shí)專(zhuān)門(mén)設(shè)置了專(zhuān)用的保護(hù)接地線路，各個(gè)保護(hù)接地線路之間不允許進(jìn)行串聯(lián)。工業(yè)廠區(qū)建筑可以按照二類(lèi)保護(hù)設(shè)計(jì)，建筑上的外露金屬構(gòu)件可以采用直徑為12 mm的圓鋼連接，防雷金屬構(gòu)件需要突出風(fēng)管、煙囪等物體。

為了保證設(shè)置在配電柜旁邊設(shè)備的操作安全性，在配電柜和設(shè)備間需要設(shè)置輔助等電位連接裝置，提高使用安全性。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)有的工業(yè)廠區(qū)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范性較差、難以有效直接指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)的情況，以鋰電池生產(chǎn)工業(yè)廠區(qū)建設(shè)為例，對(duì)廠區(qū)內(nèi)的用電需求、動(dòng)力配電、照明配電等設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了分析，為后續(xù)類(lèi)似工藝廠區(qū)配電設(shè)計(jì)提供了參考。研究表明：

1）配套建筑的實(shí)際用電情況均較小時(shí)，可以在各配套建筑的負(fù)荷中心位置設(shè)置一個(gè)變電所，用于對(duì)各配套同時(shí)進(jìn)行變配電服務(wù)。

2）超大容量用電設(shè)備，可采用母線槽由變電所放射式供電。大容量用電設(shè)備，可采用電纜由變電所放射式供電方案。小容量用電設(shè)備，可采用由總配電箱放射至不同設(shè)備的集中式供電方案。

3）工業(yè)廠區(qū)內(nèi)的照明配電設(shè)計(jì)主要包括了照明燈具選擇、照明燈具安裝、照明配電控制及疏散照明電路設(shè)計(jì)等。