1、2023.05/工厂供配电系统优化分析王宝英(中冶焦耐(大连)工程技术有限公司)摘要:现代化工业生产进程中，电力作为一种能源与动力，目前被广泛用于工厂生产中，推动着工业的可持续发展。实际生产期间，供配电系统能耗较大，为降低电力成本，要求工厂企业加强对供配电系统的优化设计，根据用电负荷与供配电电压等级合理计算负荷，选择适当的高低压电气设备，明确厂房供配电设计要点，从而高效利用电力资源，通过资源的合理配置，提高企业经济效益。关键词:工厂生产;供配电系统;配电设计;照明设计0引言市场经济的发展使能源问题日益突出，同时这也是制约经济发展的一项重要因素。随着企业发展规模的扩大，电力能耗逐渐增加，面对电力
2、资源供给不足的问题，为保障工厂的正常生产，需遵循安全、节能的原则进行系统优化设计，从工厂实际用电需求入手，科学配置电力系统，提高工厂供电的可靠性与安全性。1工厂供配电系统概述现代化工厂电力供应具体指工厂电力供应与分配，即工厂配电。依靠供配电系统的运行，适当的降低电力系统能量，再根据车间与厂房供电需求，对电力合理分配。城市化发展进程下，工厂生产规模扩大，对电力的需求不断增加，但由于城市内配电距离较长，一般需要通过增加供电电压来达到需求。为提高工厂传输能力，满足大型电气设备的使用要求，可通过增加电压扩大传输距离，同时减少变压器数量，在保障电力供应可靠性的同时，简化配电系统1。2工厂供配电系统优化措
3、施2.1确定用电负荷等级与供配电电压等级2.1.1用电负荷等级工厂企业的日常生产具有连续性特点，一旦停产将会给工厂带来严重经济损失。严格按照 供配电系统设计规范(GB50052)，要求大型工厂企业工艺装置用电负荷为一级负荷，需要由至少 2 个电源供电，且电源互为备用，其中一路电源停止供电时，其他电源依然可以运行，满足工厂生产装置运行要求。如果工程生产规模较小，用电负荷为二级负荷，建议由 2个电源进行供电，供电困难时可由 1 个电源供电。工厂内的其他辅助配套装置为三级用电负荷。事故油泵、火灾报警与消防系统、仪表电源等均为一级负荷的重要组成部分，比如采用不间断电源装置2。2.1.2供配电电压等级工
4、厂生产期间对电压供应的稳定性与安全性要求较高，在供配电设计环节需按照当地电网条件，掌握企业用电负荷与电源系统方面的要求，进一步确定电源电压等级。考虑工厂总降压变电站位置与负荷布局情况，经过对比后找出配电网最佳设置方案，基于经济性与技术条件完成供配电电压安排。通常工厂供电电源主要为 10kV、35kV、110kV 以及 220kV 电压几种，内部配电电源需要应用 35kV 和 10(6)kV 电压，按照电压等级进行供配电系统优化设计，提高系统运行效率。某工厂占地面积较大，用电量大约95MW，未设置内部发电厂，采用 2 路 110kV 作为外部电源，综合考虑配电距离与输送容量，选用 35kV配电电
5、压和 10kV 中压用电设备，对于低压设备则选用 0.4kV 和 0.22kV 的电压等级3。2.2合理计算负荷工厂供配电系统设计环节，电气设计通常采用换算系数法计算负荷情况，保障计算结果准确。计算负荷时，需从全局角度出发，考虑所有变压器的功率耗损率，得出总降压变电所高压侧负荷，明确总功率因数，列负荷计算表。与此同时还需计算短路电流，应用校验电气设备提高工厂内设备的运行效率。为促进供配电系统正常运行，需对系统科学设计，加强对负荷与无功功率补偿计算，以负荷计算作为供配电设计的基础，保障计算结果准确。采用系数计算法，下表为相关系数情况，当设备台数3 台时 Kx取 1，设备4 台时 Kx取 0.9。
6、表格中 tg 为补偿负荷功率因数角正切值。132电气技术与经济/技术与交流/2023.05表负荷计算公式设备功率需要系数功率因数有功功率/kW无功功率/kvar电流/AeKxcosPcSc=PctgIc=Sc/3U2.3选择适当的高低压电气设备选择用于工厂生产的高低压侧设备时，需计算短路电流，确定各回路实际电压负荷量，将负荷量和额定值相对比，选择最适宜的高低压设备，比如避雷器、断路器、隔离开关等会影响供配电运行稳定性，要求相关人员掌握设备测验与变电所主接线图，综合分析其中的数据，确定方案要求。当供配电系统中自动化装备或继电保护出现短路故障时，供电气量参数值发生改变，将其与系统正常运行时的数据相
7、对比，制定完善的继电保护方案，期间如果电流增加，则动作保护形成过电流保护，防止故障范围扩大，降低经济损失。整定工厂继电保护装备，计算供配电系统重的短路电流，基于无限容量系统供电技术，提高短路计算的精准度，根据供配电系统提供的数据源参考，完成两相短路与各点三相短路电流的合理设计。科学设计变压器。在仅有 1 台主变压器时，设备母线间只有 1 个高压连接 1 台高压母线，将 2 台无压母线作为并联母线的主变连线装置，对主变压器绕组于高压母线上侧。合理设置变压器接线方式，户外区域可应用跌开式低压接线侧或高压隔离开关熔断器接侧，因接线方式会受低压影响，要求该方式只能用于特低压变电所内。在同时有 2 台主
8、变压器时，凭借着产品供电可靠性较高的特点，当供电系统检修或变压器运行出现故障问题时，可对母线采取电源切换操作，并对低压分段做保护开关自动闭合，帮助供电系统快速恢复正常运行状态，提高系统供电能力4。2.4明确厂房供配电设计要点某厂房占地约 94500m2，建筑面积超过 50000m2，屋面为带采光窗双层压型钢板结构，为丁类标准化厂房。厂区内设置 1 处中心开闭所，内部有高压环网柜，馈出一路 10kV 电源线，可满足各厂房单独高供高计要求，随后按照设备运行情况确定变压器容量，使变压器负载率达到最优，降低其运行造成的损耗。2.4.1智能供配电系统在工厂内创建新型智能供配电系统，下图为相应拓扑结构，系
9、统可构建工厂供配电系统需求的直流母线电压，采用 DC/DC 变换器提供电能。与传统供配电系统相比，新型智能供配电系统的能量来源更广泛，无论是发电机，还是太阳能电池板，都能作为能源输入渠道。控制单元可向系统下发供配电指令，将其转为对不同单元的详细控制指令，各单元按照指令做出相应动作。新型智能供配电系统拓扑结构如下图所示。图新型智能供配电系统拓扑结构2.4.2厂区中心开闭所工厂从市政引一路 10kV 电源，在中心位置设开闭所，内部设置高压环网柜，馈出的 10kV 电源线经过室外电缆沟引入各个厂房内部，室外分叉路口与厂房进线位置有电缆井，厂房内配电井道电缆井之间预留穿管。随后按照工厂实际生产情况确定
10、各变压器容量，再向供电局进行包装，采取高供高计的计费方式。选用 SCB15 160kVA10/0.4kV 干式变压器为公232电气技术与经济/技术与交流2023.05/共电源，负责室外照明、消防以及弱电机房等公共区域的供电安排，变压器负载率大约70.6%。功率因数选择低压侧自动补偿方式，经过补偿的功率因数可达到 0.92 以上。2.4.3照明设计工厂厂房内部的普通照明灯使用功率为 150W 的LED 节能灯，通过分组智能控制实现照明节能设计，在厂房出入口的位置安装智能开关，完成对 LED 灯的自动化控制。对消防应急照明采取集中电源控制方式，同时疏散照度需达到规范要求，要求疏散走道的疏散照度1l
11、x，楼梯间疏散照度5lx，密集场所楼梯间疏散照度10lx。与此同时厂房应急照明和备用照明的工作时间要求分别90min 和180min。工厂室外部分的照明选用高度为 4m 庭院灯，48W 白色LED 等，灯杆为热镀锌钢材料，防护等级 IP65。室外照明接地选用 TN S 系统，灯杆接地螺栓与保护线相连，且灯杆需进行一次重复接地，接地电阻值10。2.4.4消防设计室外消防用水量共计 20L/s，按照 建筑设计防火规范中提到的要求，厂房消防用电负荷属于三级负荷，应用集中式火灾自动报警系统，厂房一层设消控室，要求门口与室外相连。火灾自动报警系统涵盖以下内容:火灾探测器，设备用房处设感烟感温探测装置;厂
12、房设线型光束感烟探测装置和红外火焰探测器，同时融合声光报警器与手动报警按钮，实现工厂消防联动控制。侧窗区域应用电动排烟窗，火灾时控制器接收消防联动信号，随后信号被传递给开窗器并开启排烟窗，实现通风排烟5。2.4.5防雷接地设计工厂供配电系统的防雷设计环节，需考虑和建筑主体设计相协调，尽可能的应用建筑物内导电金属体。以保证安全为前提，加强对防雷装置的合理设计，兼顾建筑整体美观性。防雷计算中，对厂房防雷设施按照三类措施完成设计，单体以钢结构屋面为接闪带，屋面金属件使用 24 4 热镀锌扁钢同接闪器焊接，再用单体中的钢结构柱作引下线。厂房中应用TN S 配电系统，总电源 PE 线经过总等电位完成联结
13、接地，同厂房防雷接地一同应用接地网，使接地电阻被控制在 1 以下。测量后如果无法达到要求，可增加人工接地方式，厂房配电间中设总等电位接线端子箱;设备用房或消防控制室内设局部等电位接线箱。2.4.6电气节能设计为降低设备能耗，需对工厂内供配电系统进行电气节能设计，其要点如下:(1)变电所深入工厂负荷中心，采取三相四线的配线方式，要求单相照明负荷均匀到三相负荷中，避免星形点漂移。配电线缆需选择大干线配电方式，尽可能降低线路损耗，通过合理配电设计达到节能效果。(2)加强无功功率因数补偿，将集中与分散补偿方式相结合，变电所低压侧采用电容器集中补偿方式，使功率因数0.95。对荧光灯选择就地分散补偿方式，
14、降低设备损耗，保障电网质量的提升。(3)对灯具安装位置进行调整，转变安装方式，比如调整悬挂高度，防止灯具直射或二次反射光，尽可能的利用自然光，根据照度标准要求调节灯光，融合手动与自动两种开关方式，实现对灯具的科学调节。楼梯间与走廊等区域采用声光控制方式，通过延时开关启停提高节能效果。室外照明道路的灯具采用回路控制方式，在双光源模式下接入两条回路，最终产生全夜灯模式与半夜灯模式两种节能方式。2.5供配电系统运维安全技术2.5.1继电保护技术工厂生产环节中，继电保护在供配电系统运营维护与管理中发挥着重要作用。随着继电保护技术普及程度的加深，根据相应技术理论优化供配电系统运行方式，系统中的继电保护电
15、路主要包含检测电路、触发器、出口电路、欠压保护电路几部分。检测电路的视线需发挥电流互感器、整容器、电容与电位器的共同作用，在电流互感器的作用下使二次电流可以正比电网电流，通过互感器四周电阻，将电流转为电压信号，信号传送到整流器内部，此时整流器将交流电压转为直流电压信号，信号送往滤波器内，滤波器将信号传递到相应执行环节，分压器可以将电压信号传送到瞬时保护环节，电位器被用来整定速断动作电流，多组分压器的应用能够将信号输送到延时保护环节。经过继电保护电路优化设计后，联合互联网技术提高继电保护智能化技术效果，降低供配电系统运维管理中电能消耗。2.5.2电流速断保护技术在供配电系统运行期间应用电流速度保
16、护技术，通过无时限动作完善电流保护措施。当系统遇到短路问题时，保护装置可在 10ms 以内快速切断短路电流，尽可能的降低故障持续时间，防止事故扩大。瞬时电流速断保护也是一种瞬时动作过电流保护方式，少了时间继电器。如果短路情况发生在电流速断保护范围之内，基于保护电流的继电器可以同时发生作用。(下转第 238 页)332电气技术与经济/技术与交流/2023.05的措施，但结合长期的运行观察发现，对于提高开机成功率仍然有一些其他的方法，比如:(1)电源双重化配置。对于开机各个环节所涉及的装置尽量满足电源双重化配置，防止因单路电源故障而影响整个开机流程，如技术供水电动阀电源、主变中性点接地刀闸控制电源等。(2)风闸下腔无压作为风闸落下判断依据。仅仅采用风闸行程开关作为风闸落下判断依据，可能因为风闸卡涩未下落到位而影响行程开关动作情况，所以对于风闸落下的判断可以考虑增加下腔无压判断，即使单个风闸未下落到位，只要风闸下腔没有压力也允许开机，这样一方面可以保证正常开机，另一方面也可以防止因风闸下腔有压而出现带风闸开机的问题。5结束语提高水电机组开机成功率是电网供给侧变化的必然要求，因此结合电厂开机流