工業(yè)廠(chǎng)房一、二級(jí)用電負(fù)荷供配電系統(tǒng)探討

引言

隨著國(guó)家電力系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)行規(guī)范的完善,工業(yè)廠(chǎng)房中一、二級(jí)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(jì)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(chǎng)房如何合理選用一、二級(jí)用電負(fù)荷供電系統(tǒng)這一問(wèn)題展開(kāi)探討。

1現(xiàn)行規(guī)范對(duì)工業(yè)廠(chǎng)房負(fù)荷的分級(jí)

《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（2018年版）》（GB50016一2014）d1[第10章對(duì)工業(yè)建筑消防負(fù)荷等級(jí)規(guī)定總結(jié)如下:

（1）消防用電按一級(jí)負(fù)荷供電:建筑高度大于50m的乙、丙類(lèi)廠(chǎng)房和丙類(lèi)倉(cāng)庫(kù)。

（2）消防用電按二級(jí)負(fù)荷供電:1）室外消防用水量大于30L]s的廠(chǎng)房（倉(cāng)庫(kù)）:2）室外消防用水量大于35L]s的可燃材料堆場(chǎng)、可燃?xì)怏w儲(chǔ)罐（區(qū)）和甲、乙類(lèi)液體儲(chǔ)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(chǔ)罐（區(qū)）和堆場(chǎng)等的消防用電,可按三級(jí)負(fù)荷供電。

《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50052一2009）第3章對(duì)電力負(fù)荷等級(jí)劃分的側(cè)重點(diǎn)在于供電可靠性要求及中斷供電對(duì)人身生命安全（國(guó)家法律要求）和生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)裝備安全（企業(yè)內(nèi)部判定）的經(jīng)濟(jì)損失上所造成的影響程度d2[,這可根據(jù)不同工業(yè)廠(chǎng)房工藝差異性進(jìn)行分級(jí)。

除以上兩種規(guī)范規(guī)定外,各類(lèi)建筑專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)規(guī)范也對(duì)其供電負(fù)荷等級(jí)有相關(guān)規(guī)定。

2現(xiàn)行規(guī)范對(duì)一、二級(jí)負(fù)荷的供電要求

《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50052一2009）d2[第3.0.2條規(guī)定:"一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由雙重電源供電,當(dāng)一電源發(fā)生故障時(shí),另一電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞。"第3.0.3條規(guī)定:"一級(jí)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(shí)間,應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)備允許中斷供電的要求。"第3.0.7條規(guī)定:"二級(jí)負(fù)荷的供電系統(tǒng),宜由兩回線(xiàn)路供電。在負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難時(shí),二級(jí)負(fù)荷可由一回6kV及以上專(zhuān)用的架空線(xiàn)路供電。"

《建筑設(shè)計(jì)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(jí)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(shí),自備發(fā)電設(shè)備應(yīng)設(shè)置自動(dòng)和手動(dòng)啟動(dòng)裝置。當(dāng)采用自動(dòng)啟動(dòng)方式時(shí),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(duì)工業(yè)廠(chǎng)房的負(fù)荷等級(jí)進(jìn)行分級(jí)。工業(yè)廠(chǎng)房中二級(jí)負(fù)荷供電一般采用一路高壓市電+柴油發(fā)電機(jī)或兩路高壓市電供電方式,一級(jí)負(fù)荷一般采用兩路高壓雙重市電+柴油發(fā)電機(jī)供電方式。

3常用一、二級(jí)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(jī)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(jī)作為消防和工藝用電一、二級(jí)負(fù)荷備用電源。柴油發(fā)電機(jī)需在30s內(nèi)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速、電壓和頻率,才能滿(mǎn)足消防用電要求d1。備用電源與市電有嚴(yán)格的電氣及機(jī)械聯(lián)鎖,防止并列運(yùn)行及倒供給市電（發(fā)電機(jī)及變壓器聯(lián)鎖要求各方案均應(yīng)滿(mǎn)足,當(dāng)車(chē)間用電負(fù)荷較少時(shí),可采用一臺(tái)變壓器+柴油發(fā)電機(jī)供電）。變壓器二次側(cè)采用分段單母線(xiàn)接線(xiàn),運(yùn)行時(shí)單母線(xiàn)分段運(yùn)行,母聯(lián)斷路器12ZK分閘。12ZK與1ZK、2ZK間設(shè)機(jī)械及電氣聯(lián)鎖,12ZK開(kāi)關(guān)僅在1ZK、2ZK之一斷開(kāi)時(shí)方可合閘d3[。系統(tǒng)圖如圖1所示。

優(yōu)點(diǎn):10kV高壓側(cè)主接線(xiàn)圖簡(jiǎn)單,變壓器二次側(cè)采用分段單母線(xiàn)接線(xiàn),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(diǎn):10kV分段單母線(xiàn)接線(xiàn),高壓側(cè)可靠性較低。當(dāng)高壓側(cè)故障時(shí),市電無(wú)法保證供電需求,此時(shí)需聯(lián)鎖啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī),而柴油發(fā)電機(jī)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(chǎng)所:應(yīng)用于大部分丙類(lèi)廠(chǎng)房配電方案中,廠(chǎng)房大部分工藝、動(dòng)力用電可靠性無(wú)特殊需求。柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源,只需滿(mǎn)足消防用電及部分工藝用電二級(jí)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(shí)一路投入。當(dāng)一路進(jìn)線(xiàn)停電時(shí),備自投動(dòng)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(lái)自不同電網(wǎng)的電源,或來(lái)自同一電網(wǎng)但運(yùn)行時(shí)互相之間聯(lián)系很弱,或同一個(gè)電網(wǎng)但其間的電氣距離較遠(yuǎn),一路電源任意一處出現(xiàn)異常運(yùn)行或發(fā)生短路故障時(shí),另一路電源仍能不中斷供電）,且設(shè)置發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源時(shí),系統(tǒng)滿(mǎn)足一級(jí)負(fù)荷供電要求。系統(tǒng)圖如圖2所示。

優(yōu)點(diǎn):相對(duì)10kV分段單母線(xiàn)接線(xiàn)方式,節(jié)省中壓柜數(shù)量,節(jié)省設(shè)備造價(jià),減少高壓站建筑面積。

缺點(diǎn):相對(duì)10kV分段單母線(xiàn)接線(xiàn),供電可靠性較低,當(dāng)中壓柜發(fā)生故障時(shí),無(wú)法保證供電需求。每路10kV高壓進(jìn)線(xiàn)電纜截面積均需滿(mǎn)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(jìn)線(xiàn)電源點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí),電纜增加的成本會(huì)大于中壓柜節(jié)約的成本。

應(yīng)用場(chǎng)所:適用于工業(yè)廠(chǎng)房中一、二級(jí)負(fù)荷用電量較高的場(chǎng)所,低壓發(fā)電機(jī)滿(mǎn)足不了一、二級(jí)用電需求,設(shè)置高壓發(fā)電機(jī)費(fèi)用較高,且高壓電源進(jìn)線(xiàn)距離市政電源點(diǎn)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(xiàn)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(xiàn)接線(xiàn),中間設(shè)母聯(lián)。正常運(yùn)行時(shí),10kV單母線(xiàn)分段運(yùn)行,母聯(lián)斷路器12QF分閘。12QF與1QF、2QF間設(shè)機(jī)械及電氣聯(lián)鎖,12QF開(kāi)關(guān)僅在1QF、2QF之一斷開(kāi)時(shí)方可合閘。變壓器二次側(cè)采用分段單母線(xiàn)接線(xiàn),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(jī)作為應(yīng)急電源時(shí),本系統(tǒng)滿(mǎn)足一級(jí)負(fù)荷供電要求。系統(tǒng)圖如圖3所示。

優(yōu)點(diǎn):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(xiàn)上,當(dāng)高壓母聯(lián)只考慮另一側(cè)母線(xiàn)所帶一、二級(jí)負(fù)荷時(shí),高壓進(jìn)線(xiàn)截面積相對(duì)方案2會(huì)減小。

缺點(diǎn):相對(duì)10kV雙電源進(jìn)線(xiàn)單母線(xiàn)接線(xiàn),增加了中壓柜設(shè)備投資,聯(lián)鎖邏輯較復(fù)雜。

應(yīng)用場(chǎng)所:廣泛應(yīng)用于一、二級(jí)用電負(fù)荷大的場(chǎng)所,如電子信息廠(chǎng)房、醫(yī)藥制造廠(chǎng)房、化工廠(chǎng)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(xiàn)供電,低壓側(cè)設(shè)專(zhuān)用檢修變壓器

高壓側(cè)接線(xiàn)方式與方案3相同,低壓側(cè)采用單母線(xiàn)接線(xiàn)方式,設(shè)一臺(tái)專(zhuān)用檢修變壓器,當(dāng)常用變壓器發(fā)生故障或檢修時(shí),檢修變壓器投入使用,檢修變壓器與4臺(tái)主用變壓器電氣聯(lián)鎖。系統(tǒng)圖如圖4所示。

優(yōu)點(diǎn):電子廠(chǎng)房等場(chǎng)所變壓器檢修、故障會(huì)對(duì)工藝設(shè)備、生產(chǎn)造成重大經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)采用變壓器互為備供時(shí),變壓器負(fù)載率一般不超過(guò)55%,造成變壓器臺(tái)數(shù)增多。當(dāng)設(shè)置一臺(tái)專(zhuān)用檢修變壓器時(shí),常用變壓器負(fù)載率可提高至7A%～8A%,可節(jié)省造價(jià)。

缺點(diǎn):檢修變壓器平時(shí)空載運(yùn)行,檢修變壓器不能同時(shí)作為多臺(tái)變壓器備用電源。

應(yīng)用場(chǎng)所:應(yīng)用于工藝、動(dòng)力負(fù)荷大部分為一、二級(jí)負(fù)荷,且變壓器檢修及故障時(shí)不允許長(zhǎng)時(shí)間斷電的場(chǎng)所。同一變配電房中變壓器裝機(jī)容量大的場(chǎng)所更能體現(xiàn)成本優(yōu)勢(shì)。

4方案3、方案4工程設(shè)計(jì)實(shí)例比較

某新建電子廠(chǎng)房負(fù)荷相對(duì)集中的變配電房預(yù)計(jì)設(shè)置6臺(tái)2A003kV變壓器,負(fù)載率為A0%。目前采用"1＋1系統(tǒng)"（方案+）,2臺(tái)常用變壓器互為備用,要求變壓器長(zhǎng)期在負(fù)載率7≤AA%的工況下運(yùn)行。綜合考慮設(shè)備采購(gòu)及后期運(yùn)行成本,評(píng)估討論"N＋1系統(tǒng)"（方案4）,即N臺(tái)常用變壓器（AA%≤負(fù)載率7≤8A%）＋1臺(tái)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(gòu)置費(fèi)少且年運(yùn)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(wú)法同時(shí)備供,在負(fù)荷集中的變配電房中能體現(xiàn)優(yōu)勢(shì):"1＋1系統(tǒng)"（方案3）變壓器均可同時(shí)互為備供,安全可靠性高,供電方案可全廠(chǎng)分散設(shè)置,運(yùn)維管理相對(duì)熟練。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述,可明確工業(yè)廠(chǎng)房是否采用一、二級(jí)負(fù)荷供電并合理選擇供配電方案。在實(shí)際工程中,也應(yīng)根據(jù)不同建筑類(lèi)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(jì)合理、安全可靠的供電方式,為整個(gè)工程增值。

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