廠區供電系統方案設計及研究

譚偉

摘 要：集團公司新廠區占地面積為老廠區的2倍，用電設備容量大，電壓等級多。試驗臺增加10 kV、30000 kW大型同步電動機拖動產品試車臺位，其他試驗臺位容量范圍為800～6300 kW；同時，增加5座試車用高配室，車間變電所31個；試車電壓等級分為10 kV、6 kV、3 kV。新廠區供電系統方案既要滿足年產值的生產和試車要求，又要保證系統高可靠性、高穩定性及經濟運行。本文對新廠區供電系統方案進行全面介紹，并對方案進行優化和完善，保證30000 kW電機正常運行，系統安全、可靠、經濟運行。

關鍵詞：供電系統方案 供電質量 經濟運行 可靠性

中圖分類號：TM727.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（c）-0007-01

對于每個公司新廠區的供電系統的設計都是一個極為復雜而且涉及面非常廣的課題，如何使供電系統利用率最大、改造成本最低，并且安全可靠是供電系統方案設計初期需要考慮的關鍵問題。

企業用電負荷分為三級：一級負荷指中斷供電造成人身傷亡在政治、經濟上造成重大損失時、對有重大政治、經濟意義的用電單位的正常工作有影響、發生中毒、爆炸和火災等情況；二級負荷中斷供電在政治上、經濟上有較大損失、對重要用電單位的正常工作有影響；三級負荷不屬于上述一級、二級負荷的。按照負荷分級，我公司應為二類負荷，為保證安全可靠用電，供電系統采用雙回路供電。

1 供電系統設計方案

1.1 中央變電所設計方案

一個廠區的中央變電所是整個供電系統的源頭和核心，廠區內所有電力的分配和輸送都是從這里發起，本文中所設計的中央變電所包含三臺主變壓器。三臺主變增加互鎖，同時只允許兩臺變壓器運行，契約容量40000 kVA。此運行方案的優點如下：

（1）節約1#主變的基本電費。（2）生產、試驗同時計量，提高試驗變壓器的功率因數。（3）6300 kW及以下試驗電機可直接啟動。

1.2 廠區供電系統電能穩定性

中央變電所三臺主變穩壓、重點車間變電所低壓穩壓和關鍵設備局部穩壓相結合，保證低壓用電設備電壓再額定電壓±7%范圍內變化。中央變電站10 kV側進行電容器無功補償，高壓電容器采用中性點不接地三角形接法；車間電容器分散補償和大負荷用電設備局部補償相結合，補償功率因數達到0.9以上。重要車間采用密集型封閉母線供電，降低了車間供電系統壓降。經實際測量，定子車間在用電高峰期間，車間首末端電壓降只有3 V左右。我公司高次諧波負載較多，采用電容器串聯電抗器可提供一定量的高次諧波，將高次諧波電流抑制在局部范圍內，防止高次諧波放大，減少了高次諧波污染。主要車間（轉子、定子、熱處理、辦公樓）12個變電所采用低壓聯絡。兩個變電所相鄰安裝，低壓聯絡投資小，兩個變電所作為互備用。

2 供電系統可靠性研究

高供電可靠性是提高供電質量很重要的條件，為了做到高供電可靠性在設計供電系統方案時采取如下措施和方法。

2.1 雙回路供電及母線互聯系統

從供電公司上一級變電所到沈鼓中央變電所采用66 kV甲、乙線雙回路供電，甲、乙線互為備用，保證了生產正常用電。廠內安保設備及重點關鍵設備（如消防系統、采暖系統）采用雙電源供電。中央變電所及車間變電所同電壓等級設置聯絡，線路故障時可快速切換回路，保證正常用電。

2.2 繼電保護設備安全穩定，系統考慮到冗余保護控制，實現安全可靠運行

中央變電所各種繼電保護齊全，運行穩定可靠，保證高壓供電系統安全運行。主變采用主保護及后備保護相結合的保護方式，饋線采用線路保護。

我公司試車頻繁，而且經常會將大功率設備用小功率試車臺位試車，這樣對供電系統威脅最大，易造成對應供電系統損壞。采用合理的速斷保護和過負荷保護，避免大電機啟動期間大電流沖擊導致供電系統越級跳閘，保證了供電系統安全運行。

2.3 試車臺位安全供電系統

試驗臺位較多，采用電氣控制保證安全試車，避免錯開臺位的現象發生。采用請求合閘、允許合閘、遠程/本地合閘控制。當中控室發出請求合閘信號后，配電室對應的高壓開關柜的請求合閘指示燈亮，工作人員按要求完成操作后，在中控室才能合閘。

2.4 工藝安保系統

試車工藝約束起車、停車，工藝性跳閘消除了工藝性缺陷造成產品損壞情況的發生。（1）試車條件停機，試車時因油溫、油壓、水壓等工藝條件不滿足調試車條件，電機不能起動。（2）試車工藝停機，試車期間因工藝條件缺陷（冷卻水中斷），電機會自動停機。（3）試車安全停機，在試車臺位、中控室、高配室安裝緊急停車按鈕，緊急情況按下按鈕可立即停機。

3 供電系統電能質量研究

供電質量的技術指標為：電壓、頻率和諧波畸變率。在工廠供電主要是電壓和波形。

3.1 電壓質量

系統電壓根據負荷情況白天和夜間會有較大波動，同時，廠區內供電線路長，低壓供電線路壓降大。為使高壓供電系統電壓波動范圍在±5%內，低壓供電系統電壓波動范圍在±7%內，需采取有效的措施進行穩壓，其穩壓措施如下：

（1）中央變電所主變采用三繞組有載自動調壓變壓器，有載自動調壓器分16檔。每檔電壓調整是1.25%Ue，可以將偏離額定電壓±10%的電壓調整到額定電壓。（2）重點車間變電所設置低壓自動穩壓器，在轉子、定子、齒輪車間設置五臺感應式調壓器。穩壓精度±5%，穩壓范圍±15%。（3）轉子、定子車間低壓干線采用密集型封閉母線供電，降低供電線路阻抗值。（4）關鍵進口設備采用但臺設備穩壓。

4 結語

經過幾年的運行，供電系統運行正常，滿足公司生產及大電機試驗要求，運行費用低，系統運行安全可靠。經過多次30000 kW電機拖動產品試驗，供電系統滿足電機啟動及全功率運行要求，大電機啟動期間對66 kV電壓降為7%，10 kV電壓降為13%，對系統沖擊較小；同時，產品在廠內通過此系統起動運行成功，為用戶在設計產品拖動供電系統及拖動方式提供了重要的設計依據。本方案設計備用回路滿足新增車間回路及容量要求，方案擴展性較強。隨著廠區不斷新增供電回路，備用回路數量滿足要求；供電系統運行穩定，靈活性強，每年節約基本電費456萬元，力率電費12萬元；供電系統繼電保護靈活可靠，動作準確，未出現越級跳閘現象及誤動現象發生。

參考文獻

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