包裝倉儲物流綜合園區(qū)電氣設(shè)計探討

鄭遠

摘 要：隨著白酒產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，酒類生產(chǎn)園區(qū)或物流園區(qū)都逐漸向生產(chǎn)、倉儲、物流等多功能綜合性園區(qū)發(fā)展。該類大型綜合園區(qū)的建設(shè)，給其電氣設(shè)計的規(guī)范性和合理性帶來了更高層次的挑戰(zhàn)。以某酒類包裝物流園區(qū)電氣設(shè)計為例，對園區(qū)電氣設(shè)計所涉及供配電等系統(tǒng)進行探討，提出合理可行的方案，為類似園區(qū)電氣設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：綜合園區(qū)；電氣設(shè)計；供配電

中圖分類號：TU2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）07-0021-03

0 引言

酒類包裝倉儲物流綜合園區(qū)存在占地面積大、不同功能的生產(chǎn)廠房類型多、用電負荷大、消防要求高等特點，因此在此類廠房的電氣設(shè)計中，需要綜合考慮的因數(shù)較多。這就使得設(shè)計者須在全面落實電氣設(shè)計各項基礎(chǔ)要求和保障生產(chǎn)園區(qū)廠房電氣設(shè)計方案的規(guī)范性和合理性的前提下，對影響生產(chǎn)園區(qū)廠房電氣設(shè)計的因素進行分析處理。本文結(jié)合工程案例，對酒類包裝倉儲物流綜合園區(qū)電氣設(shè)計所涉及的供配電方案、照明系統(tǒng)、防雷接地、電氣節(jié)能、電氣消防等方面技術(shù)進行探討，結(jié)合園區(qū)生產(chǎn)需求，提供切實可行的電氣設(shè)計方案。

1 園區(qū)概況

案例為酒類包裝物流園，涉及的生產(chǎn)性建筑包括基酒罐房、勾調(diào)廠房、包裝廠房、包材庫、成品庫等，非生產(chǎn)性建筑包括調(diào)度中心、質(zhì)檢中心、服務(wù)中心等，規(guī)劃總建筑面積約65萬㎡。項目電氣設(shè)計范圍主要包括10 kV配電、10/0.4 kV變配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、防雷接地、電氣節(jié)能、電氣消防等建筑電氣系統(tǒng)。

項目在建筑分類上既有甲類廠房、倉庫，又有丙類廠房、倉庫，同時也有多層民用建筑，由于項目所涉及的建筑類型、廠房功能較為復(fù)雜，不同工藝產(chǎn)線和設(shè)備對供電系統(tǒng)的要求存在差異，因此在本園區(qū)電氣設(shè)計中，需要充分把握園區(qū)整體布局及廠房用電情況，統(tǒng)籌分析。既要滿足不同廠房用電需求，也要結(jié)合不同廠房的生產(chǎn)特點及工藝、設(shè)備需求，合理布置變配電所，選用相應(yīng)的變配電設(shè)備、線纜等，力求在滿足供電安全性、可靠性的同時，盡可能提高園區(qū)整體電氣節(jié)能水平。

2 園區(qū)電氣設(shè)計要求

對于該類型的園區(qū)，電氣設(shè)計過程中需考慮以下4點：第一，應(yīng)對園區(qū)廠房整體規(guī)模和生產(chǎn)特點進行分析，按照實際分析結(jié)果確定其供配電系統(tǒng)方式，并從設(shè)計規(guī)范和使用需求出發(fā)，確保電氣設(shè)計方案滿足園區(qū)安全可靠生產(chǎn)需求。第二，生產(chǎn)園區(qū)規(guī)劃面積較大，不同廠房生產(chǎn)設(shè)備負荷、運行時間、控制方式以及電氣設(shè)備的運行模式、各自需求存在一定差異，為避免園區(qū)不同廠房電氣系統(tǒng)因用電負荷、運行方式的差異而出現(xiàn)問題，在設(shè)計過程中就必須結(jié)合不用生產(chǎn)廠房功能，綜合考慮影響因素，在負荷計算上做出相應(yīng)調(diào)整，進而保證供配電系統(tǒng)的規(guī)范性、協(xié)調(diào)性、可靠性及安全性，滿足生產(chǎn)園區(qū)廠房電氣相關(guān)要求。第三，園區(qū)內(nèi)生活和生產(chǎn)用電量較高，基于供配電系統(tǒng)的復(fù)雜性和系統(tǒng)性，同時保證電能使用的穩(wěn)定性及電氣設(shè)計過程中各個基礎(chǔ)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)配合度，在電氣設(shè)計過程中，需要多維度分析實際問題，對供配電系統(tǒng)及其他關(guān)聯(lián)流程進行進一步優(yōu)化處理，從而提高生產(chǎn)園區(qū)廠房生產(chǎn)效率。第四，應(yīng)提升園區(qū)電氣設(shè)計人員、管理人員和使用人員的綜合、專業(yè)水平，確保相關(guān)人員及時有效掌握基本規(guī)范及操作需求，降低生產(chǎn)園區(qū)內(nèi)因人員干擾和失誤問題造成的各項風(fēng)險[1]。

3 園區(qū)供配電設(shè)計策略

3.1 園區(qū)負荷等級劃分及市政供電電源

在本項目中，根據(jù)園區(qū)各廠房情況劃分用電負荷等級，其中能源動力中心、調(diào)度綜合樓、消防控制室、消防泵房、生活服務(wù)節(jié)點內(nèi)的消防負荷用電均為一級負荷。其他單體內(nèi)消防負荷、部分重要的工藝生產(chǎn)負荷、防爆事故排風(fēng)機為二級負荷。其余工藝、熱力、暖通、給排水等用電負荷為三級負荷。為保障園區(qū)生產(chǎn)，結(jié)合市政電源供電條件，園區(qū)一級負荷采用兩路市電+柴油發(fā)電機供電，二級負荷和三級負荷均采用兩路市電供電[2]。具體負荷分級及供電電源要求見表1。

3.2 變配電所設(shè)置

考慮到園區(qū)面積較大，整體規(guī)劃分為A園和B園，為保障園區(qū)供電的可靠性，同時便于園區(qū)能源計量，考慮在A、B園兩個能源動力中心各設(shè)置一個10 kV配電所，電源由就近的220 kV變電站引入8回10 kV專線。每個10 kV高壓配電所各進4回，4回10 kV專線兩兩互為備用。每兩回10 kV母線接線方式采用單母線分段方式，確保在一回進行發(fā)生故障時，另一回專線能滿足100%負荷。此外，根據(jù)園區(qū)各生產(chǎn)廠房負荷分布情況，整體考慮設(shè)置19個10/0.4 kV變配電所，各變配電所盡可能深入負荷中心，以減少低壓供電損耗和供電電纜的成本投入[3]。

在對類似園區(qū)變配電所進行布置時，應(yīng)對廠房用電負荷進行有效劃分。要結(jié)合園區(qū)整體規(guī)劃，對電源進線和負荷分布情況進行綜合分析，在適當位置設(shè)置高低壓配電所。若園區(qū)面積較大，應(yīng)根據(jù)合理的供電半徑，規(guī)劃設(shè)置多個變配電所，減小因遠距離供電所增大電纜截面的費用投資。若單棟廠房用電負荷不大時，也可考慮在負荷中心設(shè)置一個變配電所為周邊廠房供電，以此提高變配電所設(shè)置的經(jīng)濟性。

因不同生產(chǎn)廠房工藝設(shè)備、熱力設(shè)備、暖通設(shè)備和給排水設(shè)備的用電負荷存在一定差異，因此在設(shè)計過程中，需要結(jié)合不同廠房的實際情況，對建筑中變配電所位置進行優(yōu)化調(diào)整。作為電氣設(shè)計人員，也應(yīng)在項目前期規(guī)劃階段盡早參與項目，在設(shè)計初期結(jié)合總圖將變配電所設(shè)置在園區(qū)負荷中心，避免后期因變配電所位置設(shè)置不合理而影響園區(qū)整體布局。

3.3 應(yīng)急電源及備用電源設(shè)計

一般來說，園區(qū)的應(yīng)急電源系統(tǒng)主要用于保證人體健康和安全，避免對環(huán)境或其他設(shè)備照成損失的安全設(shè)施，如安全防范設(shè)備、消防設(shè)備用電等。備用電源則用于當正常電源斷電時，向電氣裝置或其他設(shè)備供電，如生產(chǎn)電力負荷及計算機系統(tǒng)設(shè)備用電。在園區(qū)應(yīng)急電源電氣設(shè)計前期，應(yīng)結(jié)合園區(qū)生產(chǎn)實際和負荷分級情況對園區(qū)一級、二級負荷進行計算和分析，并按照實際需求確定應(yīng)急電源系統(tǒng)。

本園區(qū)中，一級負荷除采用兩路市電供電外，還應(yīng)在A、B園能源中心各設(shè)置一處柴油發(fā)電機房，確保一級負荷的兩路市電停電或同一變配電所兩臺變壓器同時故障時，自備應(yīng)急柴油發(fā)電機組能夠滿足一級負荷用電需求。二級負荷則通過兩回10 kV專線互為備用，并采用單母線分段方式，確保一回進行發(fā)生故障時，另一回專線能夠滿足所有二級負荷用電需求。備用電源則結(jié)合用電設(shè)備的使用需求，采用自帶UPS作為備用。

在設(shè)計中需要特別注意的是，備用電源的負荷嚴禁接入應(yīng)急供電系統(tǒng)，同時要確保應(yīng)急電源和備用電源與園區(qū)電力設(shè)備的協(xié)調(diào)性，以便當園區(qū)電力設(shè)備停電時，對可能出現(xiàn)的安全事故進行有效防控。

3.4 配電系統(tǒng)設(shè)計

在配電系統(tǒng)設(shè)計上，放射式配電具有較高的供電可靠性，電纜設(shè)備故障時的影響范圍也較小，但所需的配電設(shè)備和電纜較多，成本較高。樹干式配電所需的配電設(shè)備和電纜較少，相對于放射式配電，其供電可靠性較低，線纜和設(shè)備故障時的影響范圍也較大。因此，在設(shè)計中，需要結(jié)合項目及各類用電負荷特點，從經(jīng)濟性、實用性等方面對配電方式進行合理設(shè)計。

生產(chǎn)園區(qū)同普通的民用建筑相比，在配電系統(tǒng)上，最大的特點是用電設(shè)備相對密集，對供電的可靠性要求較高。為滿足這一需求，配電箱級數(shù)設(shè)置不宜過多，并應(yīng)盡量做到簡單可靠。在本項目中，生產(chǎn)車間、動力中心等主要用電設(shè)備采用放射式配電，由低壓配電柜直接配電至動力設(shè)備的電動控制柜或現(xiàn)場動力配電箱，常規(guī)的小容量用電設(shè)備則采用放射式或樹干式配電方式，消防水泵、防排煙風(fēng)機、正壓送風(fēng)機等消防負荷均采用雙回路供電至末端配電箱[4]。

3.5 照明系統(tǒng)設(shè)計

園區(qū)照明系統(tǒng)設(shè)計，主要涉及照明燈具選型、安裝高度及方式、控制方式等設(shè)計內(nèi)容。在燈具的選型、安裝高度及方式上，除滿足照度、功率密度、顯色指數(shù)等常規(guī)要求指標外，針對生產(chǎn)類廠房，還需要結(jié)合廠房層高、工藝要求、潔凈程度、防爆、防潮等因素綜合考慮，確定其燈具選型及安裝方式。

在案例項目中，中轉(zhuǎn)酒罐房、勾調(diào)廠房、成品罐房等建筑為甲類建筑，在其防爆區(qū)內(nèi)的燈具及開關(guān)均選用防爆型。在淋浴間等特別潮濕的場所，選用IP65型防水防塵燈具。更衣間、開水間、水泵房等較為潮濕的場所，選用IP55型防水防塵燈具。包材、成品暫存區(qū)等火災(zāi)危險環(huán)境場所，則選用有防電燃標志的燈具。

在照明控制方式上，園區(qū)生產(chǎn)廠房除根據(jù)不同區(qū)域的照明使用特點進行分區(qū)、分組控制外，從節(jié)能環(huán)保的角度，每個照明回路所控制的光源數(shù)量也不宜過多，以避免線纜過長，產(chǎn)生不必要的損耗。同時合理的照明分區(qū)也能提高系統(tǒng)節(jié)能效果。

3.6 防雷接地設(shè)計

作為酒類包裝倉儲物流綜合性園區(qū)，園區(qū)各系統(tǒng)接地主要有3類需求：一是用于保證系統(tǒng)正常運行的功能性接地（系統(tǒng)接地、信號電路接地）。二是以安全為目的的保護性接地（保護接地、雷電防護接地、防靜電接地）。三是確保系統(tǒng)在電磁環(huán)境中能正常工作的電磁兼容性接地（屏蔽接地）。

本案例中，以上3種接地采用聯(lián)合接地方式，共用接地裝置。接地電阻值按照滿足各接地系統(tǒng)的最小值要求，園區(qū)各建構(gòu)筑物內(nèi)均采用TN-S型接地系統(tǒng)，接地線與中性線嚴格分開。園區(qū)內(nèi)的主要生產(chǎn)廠房及調(diào)度服務(wù)中心，均按二類防雷建筑物保護措施進行設(shè)計，并將屋面金屬框架、金屬管道等均與防雷接閃裝置進行連結(jié)，組成一個防雷接地系統(tǒng)。

在園區(qū)的防雷接地設(shè)計中，為避免廠房電氣設(shè)備產(chǎn)生接地不良問題以及電氣設(shè)備在實際運行過程中受到雷電侵襲，在保證電氣設(shè)備功能性接地的可靠性的同時，設(shè)計應(yīng)加強防雷接地驗算?？筛鶕?jù)園區(qū)各系統(tǒng)接地要求選擇適當接地電阻，優(yōu)先利用建筑基礎(chǔ)鋼筋等自然接地體作為接地裝置，當自然接地體的接地電阻達不到要求時，通過敷設(shè)接地扁鋼增加人工接地體，增強園區(qū)防雷接地效果[5]。

3.7 電氣節(jié)能設(shè)計

在園區(qū)建筑電氣設(shè)計中，做好節(jié)能設(shè)計旨在不影響園區(qū)生產(chǎn)功能的前提下，減少不必要的電能消耗和損耗。本園區(qū)在電氣節(jié)能方面，主要采取的措施有以下5種：一是通過在負荷中心合理設(shè)置變配電所，以縮短配電半徑，減少電能損耗和電纜長度。二是合理選擇符合節(jié)能要求的變壓器，并根據(jù)負載率選擇合適的變壓器容量，確保其在經(jīng)濟運行方式中運行。三是在變配電所低壓配電室采用集中補償方式提高功率因數(shù)，確保補償后變配電所10 kV高壓側(cè)功率因數(shù)在0.95以上，減少變壓器的銅損和線路的電能損耗。四是按經(jīng)濟電流選擇電纜截面，在確保供電安全、可靠的同時降低線路損耗，提高電纜選擇的經(jīng)濟性。五是在照明系統(tǒng)設(shè)計中，采用環(huán)保節(jié)能燈具、合理設(shè)置照明控制方式等，降低照明系統(tǒng)電能消耗。

在類似的項目中，電氣節(jié)能設(shè)計應(yīng)首先滿足園區(qū)用電需求，通過供電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等的節(jié)能設(shè)計，采用上述類似措施，確保園區(qū)電氣設(shè)備在節(jié)能環(huán)保狀態(tài)下運行，實現(xiàn)園區(qū)電氣節(jié)能設(shè)計效果。

3.8 電氣消防設(shè)計

酒類包裝倉儲物流綜合園區(qū)的轉(zhuǎn)酒罐房、勾調(diào)廠房、成品罐房等建筑均為甲類廠房，在此類建筑中，一旦發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)能及時準確地發(fā)出報警信號固然重要，但設(shè)置合理的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，才是更有效的保護措施。

中轉(zhuǎn)酒罐房、勾調(diào)車間、成品酒罐房及包裝車間的高位罐區(qū)、灌裝間等是容易發(fā)生基酒泄漏或聚集的場所，在電氣消防設(shè)計中，需考慮設(shè)置檢測乙醇濃度的可燃氣體探測器。在能源動力中心的鍋爐房內(nèi)，需設(shè)置檢測天然氣濃度的可燃氣體探測器。當空氣中可燃氣體濃度達到爆炸下限的25%時，可燃氣體探測器能夠發(fā)出報警信號，聯(lián)動啟動事故風(fēng)機，降低廠房內(nèi)可燃氣體濃度，避免發(fā)生爆燃等火災(zāi)險情。酒類燃燒基本無煙氣，常規(guī)的感煙類探測器在此類場所中，無法發(fā)揮有效作用，因此在上述甲類區(qū)域設(shè)置應(yīng)紫紅外火焰探測器[6]。

綜合性生產(chǎn)園區(qū)的電氣消防設(shè)計，是由多系統(tǒng)聯(lián)合組成的全方位監(jiān)測、預(yù)警、報警、聯(lián)動控制網(wǎng)絡(luò)，除火災(zāi)自動報警系統(tǒng)外，還應(yīng)設(shè)計電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、消防應(yīng)急廣播系統(tǒng)、應(yīng)急疏散指示系統(tǒng)等。在設(shè)計過程中，設(shè)計者應(yīng)嚴格按照相關(guān)強制性規(guī)范、條例要求做好電氣消防設(shè)計，并結(jié)合園區(qū)不同生產(chǎn)廠房的特點，配置給排水、暖通專業(yè)自動滅火系統(tǒng)及防排煙系統(tǒng)等。

4 結(jié)束語

電氣設(shè)計是電氣設(shè)備安全、可靠運行的基礎(chǔ)，為推進生產(chǎn)園區(qū)廠房電氣設(shè)計順利開展，電氣設(shè)計應(yīng)從廠房規(guī)劃布置和實際運行情況入手，制定針對相適應(yīng)的方案，且考慮到綜合性生產(chǎn)園區(qū)廠房電氣設(shè)計項目的復(fù)雜性，設(shè)計過程中必須根據(jù)實際情況做出調(diào)整和優(yōu)化，從多角度降低生產(chǎn)園區(qū)廠房電氣能耗以及出現(xiàn)各類問題的可能性，進一步提升園區(qū)廠房生產(chǎn)效率。

參考文獻

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