引言
隨著國家電力系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)行規(guī)范的完善,工業(yè)廠房中一、二級用電負(fù)荷的供配電要求也在變化,且供電系統(tǒng)的合理選擇直接關(guān)系到供電的安全性、投資的經(jīng)濟性、工藝設(shè)備及消防用電的可靠性等各方面。因此,本文就工業(yè)廠房如何合理選用一、二級用電負(fù)荷供電系統(tǒng)這一問題展開探討。
1現(xiàn)行規(guī)范對工業(yè)廠房負(fù)荷的分級
《建筑設(shè)計防火規(guī)范（2018年版）》（GB50016一2014）d1[第10章對工業(yè)建筑消防負(fù)荷等級規(guī)定總結(jié)如下:
（1）消防用電按一級負(fù)荷供電:建筑高度大于50m的乙、丙類廠房和丙類倉庫。
（2）消防用電按二級負(fù)荷供電:1）室外消防用水量大于30L]s的廠房（倉庫）:2）室外消防用水量大于35L]s的可燃材料堆場、可燃氣體儲罐（區(qū)）和甲、乙類液體儲罐（區(qū)）。
（3）除本規(guī)范第10.1.1條和第10.1.2條外的建筑物、儲罐（區(qū)）和堆場等的消防用電,可按三級負(fù)荷供電。
《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50052一2009）第3章對電力負(fù)荷等級劃分的側(cè)重點在于供電可靠性要求及中斷供電對人身生命安全（國家法律要求）和生產(chǎn)過程、生產(chǎn)裝備安全（企業(yè)內(nèi)部判定）的經(jīng)濟損失上所造成的影響程度d2[,這可根據(jù)不同工業(yè)廠房工藝差異性進行分級。
除以上兩種規(guī)范規(guī)定外,各類建筑專項設(shè)計規(guī)范也對其供電負(fù)荷等級有相關(guān)規(guī)定。
2現(xiàn)行規(guī)范對一、二級負(fù)荷的供電要求
《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50052一2009）d2[第3.0.2條規(guī)定:"一級負(fù)荷應(yīng)由雙重電源供電,當(dāng)一電源發(fā)生故障時,另一電源不應(yīng)同時受到損壞。"第3.0.3條規(guī)定:"一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷供電,應(yīng)符合下列要求:1.除應(yīng)由雙重電源供電外,尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源,并嚴(yán)禁將其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。2.設(shè)備的供電電源的切換時間,應(yīng)滿足設(shè)備允許中斷供電的要求。"第3.0.7條規(guī)定:"二級負(fù)荷的供電系統(tǒng),宜由兩回線路供電。在負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難時,二級負(fù)荷可由一回6kV及以上專用的架空線路供電。"
《建筑設(shè)計防火規(guī)范（2018年版）》（GB50016一2014）d1[第10.1.4規(guī)定:"消防用電按一、二級負(fù)荷供電的建筑,當(dāng)采用自備發(fā)電設(shè)備作備用電源時,自備發(fā)電設(shè)備應(yīng)設(shè)置自動和手動啟動裝置。當(dāng)采用自動啟動方式時,應(yīng)能保證在30s內(nèi)供電。"
結(jié)合上述兩種規(guī)范,可以很明確地對工業(yè)廠房的負(fù)荷等級進行分級。工業(yè)廠房中二級負(fù)荷供電一般采用一路高壓市電+柴油發(fā)電機或兩路高壓市電供電方式,一級負(fù)荷一般采用兩路高壓雙重市電+柴油發(fā)電機供電方式。
3常用一、二級負(fù)荷供配電系統(tǒng)
3.1方案1:一路10kV市電＋備用發(fā)電機供電
從市政高壓電網(wǎng)引一路電源作為主用電源,設(shè)置柴油發(fā)電機作為消防和工藝用電一、二級負(fù)荷備用電源。柴油發(fā)電機需在30s內(nèi)達到額定轉(zhuǎn)速、電壓和頻率,才能滿足消防用電要求d1。備用電源與市電有嚴(yán)格的電氣及機械聯(lián)鎖,防止并列運行及倒供給市電（發(fā)電機及變壓器聯(lián)鎖要求各方案均應(yīng)滿足,當(dāng)車間用電負(fù)荷較少時,可采用一臺變壓器+柴油發(fā)電機供電）。變壓器二次側(cè)采用分段單母線接線,運行時單母線分段運行,母聯(lián)斷路器12ZK分閘。12ZK與1ZK、2ZK間設(shè)機械及電氣聯(lián)鎖,12ZK開關(guān)僅在1ZK、2ZK之一斷開時方可合閘d3[。系統(tǒng)圖如圖1所示。
優(yōu)點:10kV高壓側(cè)主接線圖簡單,變壓器二次側(cè)采用分段單母線接線,中間設(shè)置母聯(lián),變壓器互為備用,低壓側(cè)供電可靠性高。
缺點:10kV分段單母線接線,高壓側(cè)可靠性較低。當(dāng)高壓側(cè)故障時,市電無法保證供電需求,此時需聯(lián)鎖啟動柴油發(fā)電機,而柴油發(fā)電機一般容量有限,因此只能保障消防負(fù)荷、部分重要負(fù)荷的供電。
應(yīng)用場所:應(yīng)用于大部分丙類廠房配電方案中,廠房大部分工藝、動力用電可靠性無特殊需求。柴油發(fā)電機作為備用電源,只需滿足消防用電及部分工藝用電二級負(fù)荷的要求。
3.2方案2:兩回路10kV市電備自投供電
從市政高壓電網(wǎng)引入兩回路高壓電源作為主備用電源,兩路高壓電源平時一路投入。當(dāng)一路進線停電時,備自投動作,讓另一路電源作為主用電源。當(dāng)兩回路電源為雙重電源（雙重電源:分別來自不同電網(wǎng)的電源,或來自同一電網(wǎng)但運行時互相之間聯(lián)系很弱,或同一個電網(wǎng)但其間的電氣距離較遠,一路電源任意一處出現(xiàn)異常運行或發(fā)生短路故障時,另一路電源仍能不中斷供電）,且設(shè)置發(fā)電機作為應(yīng)急電源時,系統(tǒng)滿足一級負(fù)荷供電要求。系統(tǒng)圖如圖2所示。
優(yōu)點:相對10kV分段單母線接線方式,節(jié)省中壓柜數(shù)量,節(jié)省設(shè)備造價,減少高壓站建筑面積。
缺點:相對10kV分段單母線接線,供電可靠性較低,當(dāng)中壓柜發(fā)生故障時,無法保證供電需求。每路10kV高壓進線電纜截面積均需滿足所有用電負(fù)荷需求,增加了高壓電纜的投入。當(dāng)高壓進線電源點較遠時,電纜增加的成本會大于中壓柜節(jié)約的成本。
應(yīng)用場所:適用于工業(yè)廠房中一、二級負(fù)荷用電量較高的場所,低壓發(fā)電機滿足不了一、二級用電需求,設(shè)置高壓發(fā)電機費用較高,且高壓電源進線距離市政電源點較近,可采用此供電方案。
3.3方案3:兩回路10kV市電分段單母線供電
從市政高壓電網(wǎng)引入兩路電源作為主用電源,高壓側(cè)采用分段單母線接線,中間設(shè)母聯(lián)。正常運行時,10kV單母線分段運行,母聯(lián)斷路器12QF分閘。12QF與1QF、2QF間設(shè)機械及電氣聯(lián)鎖,12QF開關(guān)僅在1QF、2QF之一斷開時方可合閘。變壓器二次側(cè)采用分段單母線接線,變壓器互為備供。當(dāng)兩回路電源為雙重電源,且設(shè)置發(fā)電機作為應(yīng)急電源時,本系統(tǒng)滿足一級負(fù)荷供電要求。系統(tǒng)圖如圖3所示。
優(yōu)點:高壓側(cè)互為備供、低壓側(cè)互為備供,供電可靠性高。變壓器負(fù)荷均勻分布在不同母線上,當(dāng)高壓母聯(lián)只考慮另一側(cè)母線所帶一、二級負(fù)荷時,高壓進線截面積相對方案2會減小。
缺點:相對10kV雙電源進線單母線接線,增加了中壓柜設(shè)備投資,聯(lián)鎖邏輯較復(fù)雜。
應(yīng)用場所:廣泛應(yīng)用于一、二級用電負(fù)荷大的場所,如電子信息廠房、醫(yī)藥制造廠房、化工廠房等。此供配電系統(tǒng)在大型公建中也廣泛應(yīng)用。
3.4方案4:兩回路10kV市電分段單母線供電,低壓側(cè)設(shè)專用檢修變壓器
高壓側(cè)接線方式與方案3相同,低壓側(cè)采用單母線接線方式,設(shè)一臺專用檢修變壓器,當(dāng)常用變壓器發(fā)生故障或檢修時,檢修變壓器投入使用,檢修變壓器與4臺主用變壓器電氣聯(lián)鎖。系統(tǒng)圖如圖4所示。
優(yōu)點:電子廠房等場所變壓器檢修、故障會對工藝設(shè)備、生產(chǎn)造成重大經(jīng)濟損失。當(dāng)采用變壓器互為備供時,變壓器負(fù)載率一般不超過55%,造成變壓器臺數(shù)增多。當(dāng)設(shè)置一臺專用檢修變壓器時,常用變壓器負(fù)載率可提高至7A%～8A%,可節(jié)省造價。
缺點:檢修變壓器平時空載運行,檢修變壓器不能同時作為多臺變壓器備用電源。
應(yīng)用場所:應(yīng)用于工藝、動力負(fù)荷大部分為一、二級負(fù)荷,且變壓器檢修及故障時不允許長時間斷電的場所。同一變配電房中變壓器裝機容量大的場所更能體現(xiàn)成本優(yōu)勢。
4方案3、方案4工程設(shè)計實例比較
某新建電子廠房負(fù)荷相對集中的變配電房預(yù)計設(shè)置6臺2A003kV變壓器,負(fù)載率為A0%。目前采用"1＋1系統(tǒng)"（方案+）,2臺常用變壓器互為備用,要求變壓器長期在負(fù)載率7≤AA%的工況下運行。綜合考慮設(shè)備采購及后期運行成本,評估討論"N＋1系統(tǒng)"（方案4）,即N臺常用變壓器（AA%≤負(fù)載率7≤8A%）＋1臺維修變壓器是否更優(yōu)。分析如表1所示。
綜合表1可知,"N＋1系統(tǒng)"（方案4）設(shè)備購置費少且年運行成本低,建筑空間需求小,符合55%≤變壓器負(fù)載率7≤85%的要求,但安全可靠性較差、變壓器無法同時備供,在負(fù)荷集中的變配電房中能體現(xiàn)優(yōu)勢:"1＋1系統(tǒng)"（方案3）變壓器均可同時互為備供,安全可靠性高,供電方案可全廠分散設(shè)置,運維管理相對熟練。
5結(jié)語
綜上所述,可明確工業(yè)廠房是否采用一、二級負(fù)荷供電并合理選擇供配電方案。在實際工程中,也應(yīng)根據(jù)不同建筑類型、不同用電需求、不同供電條件具體分析,互相比選,選擇經(jīng)濟合理、安全可靠的供電方式,為整個工程增值。
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