某合成材料化工項目電氣設計之負荷計算

劉哲,李冬,張鵬

(1.中海油天津化工研究設計院有限公司,天津 300131；2.南陽防爆電氣研究所,河南 南陽 473000)

某合成材料化工項目電氣設計之負荷計算

劉哲1,李冬1,張鵬2

(1.中海油天津化工研究設計院有限公司,天津 300131；2.南陽防爆電氣研究所,河南 南陽 473000)

計算負荷是確定供電線路導線截面、變壓器容量、開關電器及互感器等的額定參數的重要依據，是供配電系統設計的基礎。本文以某合成材料化工項目的電氣設計為背景，根據此項目負荷情況等原始資料，對電氣設計中的負荷計算作了詳細的說明、分析和計算。

負荷計算;需要系數

1 引言

本文對象為一合成材料化工項目。為了使整個化工項目的生產工序在正常條件下可靠運行，與變配電有關的設備、電纜、導線等都必須選擇得當，除了滿足工作電壓和頻率外，最重要的就是滿足負荷電流的要求。因此有必要對此工業廠房供電系統中的各個生產工序的電力負荷進行統計計算。依據負荷原始資料用電條件表(如表1，本文只列出一部分)，通過負荷統計計算求得的有功功率、無功功率、視在功率和計算電流，來合理選擇變配電中的各個設備。

此合成材料化工項目由工業園區提供一路10kV電源，設計采用兩臺10kV變壓器分別接于10kV母線上。此廠房大部分用電設備負荷等級為三級，少量為二級。廠區內消防及消防控制設備、消防應急照明、生產DCS控制系統及儀表、關鍵崗位的事故排風以及有毒氣體的處理設施的用電等級為二級負荷。事故排風以及有毒氣體處理設施的二級負荷，采用廠內自備柴油發電機組作為備用電源，根據負荷計算結果確定柴油發電機組容量。本文特別是對此化工項目電氣設計中的負荷計算采用需要系數法作了詳細的說明和分析。

2 負荷計算的方法

電氣設計常采用的電力負荷計算方法有：需要系數法、利用系數法和單位指標法等等。需要系數法計算簡便，對于任何性質的企業負荷均適用，且計算結果基本上符合實際，尤其對各用電設備容量相差較小，且用電設備數量較多的用電設備組，計算方法采用最廣泛。利用系數法以平均負荷作為計算的依據，利用概率論分析出最大負荷與平均負荷的關系，這種計算方法目前積累的實用數據不多，且計算步驟較繁瑣，故工程應用較少。單位指標法常用于設計前的方案設計，或者在用電設備功率和臺數無法確定時使用。根據此廠房負荷情況表，選擇需要系數法進行計算。

表1 用電條件表

3 負荷計算的內容

需要系數法是用設備功率乘以需要系數和同時系數，直接求出計算負荷[2]。內容如下：

(1)計算負荷(PC、QC、SC)：計算負荷是為了使設計更科學、安全、可靠而設的一個假想負荷，計算負荷的熱效應與同一時間內實際變動負荷所產生的最大熱效應相等。一般在工程設計中，是將 30min 的最大平均負荷作為發熱條件，再按此條件選擇導線、設備、整定保護裝置動作值，同時可用來計算電壓損失和功率損耗。

(2)設備功率(Pe)：設備功率為用電設備的額定容量或額定功率(設備銘牌上的數據)，是民用建筑變配電系統設計和數據統計的基礎資料和依據。對于不同負載持續率下的額定容量或額定功率，應換算為統一負載持續率下的有功功率，即設備功率。

(3)需要系數(KX)：需要系數是一個綜合系數，表示配電系統中所有用電設備同時用電的程度。需要系數一般小于1，僅在所有用電設備同時連續且滿載運行時，才可能為1。此方法一般適用于用電設備容量差別不大、用電設備數量較多的情況，方法比較簡便，尤其適于變配電所的負荷計算。

需要系數法計算公式如下：

PC=K∑P∑(KXPe)

QC=K∑q∑(KXPetanφ)

本段文字第一句是論點句，第六句是結論句。第一句是從人際交往難以回避的矛盾中對朋友的價值做出定位；第六句從情感體驗方面指出朋友的獨特價值，這種價值正照應了論點句中的“矛盾”（“當你在他人眼中舉止失常時，至少還能有人理解你的心境”）。

其中，KΣp—有功功率同時系數，取 0.8～1.0；

K∑q—無功功率同時系數，取 0.93～1.0；

PC—有功計算負荷，kW；

QC—無功計算負荷，kVar；

SC—視在計算負荷，kVA；

IC—計算電流，A；

KX—用電設備需要系數；

tanφ—用電設備功率因數角對應的正切值；

Ur——用電設備額定電壓，kV。

4 負荷計算

此工業廠房的低壓380/220V系統采用PC(動力中心)、MCC(電動機控制中心)兩級供電方式。75kW及以上電動機回路由PC供電，75kW以下電動機由MCC供電。設兩段380/220V PC母線，由兩臺低壓干式變壓器供電。兩段母線之間設聯絡開關，正常時聯絡開關打開，當某一段進線電源故障時跳開該段進線開關，聯絡開關自動閉合。全部負荷基本平分到兩段母線上。依據上面所述做負荷計算，見表2和表3。經負荷計算知兩臺變壓器的視在功率分別為874.75kVA和877.19kVA，考慮變壓器損耗、無功補償、負荷率和經濟運行等條件選擇兩臺1250kVA的變壓器。

表2 Ⅰ段母線用電負荷計算

本項目設Ⅰ段380V保安MCC段，所有保安負荷接于保安MCC段上，且為二級負荷，保安段正常時由380V PC段供電，當正常電源失電后，由相應的柴油發電機組段繼續供電，正常電源與備用電源之間由ATS裝置實現自動切換。故接于保安MCC段上的負荷單獨做負荷統計，見表4。由表中數據選擇250kVA的柴油發電機。

依據GB50053-2013《20kV及以下變電所設計規范》第3.3.2條，裝有兩臺及以上變壓器的變電所，當任意一臺變壓器斷開時，其余變壓器的容量應能滿足全部一級負荷及二級負荷的用電[4]。即當一臺變壓器斷開時，另一臺1250kVA的變壓器也能滿足本項目中的全部二級負荷。

表3 Ⅱ段母線用電負荷計算

表4 保安MCC段用電負荷計算

表中的計算數據根據第5節介紹的需要系數法計算得到。首先將用電設備按其性質分為不同的用電設備組，然后確定設備功率PC。以MCC段負荷I攪拌為例見表5，混合釜攪拌有15臺攪拌機，每臺設備額定功率Pe=4kW，KX=0.85，cosφ=0.85，tanφ=0.62，

PC=∑(KXPe)=15×0.85×4=48kW，

QC=∑(KXPetanφ)=15×0.85×4×0.62=38.4kVar，

表5 MCC段負荷I用電負荷計算

5 結論

在這次設計中，根據負荷計算得出的相應數據選擇的變壓器和柴油發電機已在項目現場安全可靠的運行。在化工項目的電氣設計中，以計算負荷作為前提，根據負荷計算的結果，以最優化為原則，綜合考慮，多方面比較，合理選擇電氣設備，才可保證生產工序安全可靠的運行，又獲得節能、節資的經濟效益。

[1] GB50052-2009.供配電系統設計規范[S].北京:中國計劃出版社,2010-5.

[2] 工業與民用配電設計手冊[M].3版.中國航空工業規劃設計研究院.北京:中國電力出版社.

[3] GB50054-2011.低壓配電設計規范[S].北京:中國計劃出版社,2012-6.

[4] GB50053-2013.20kV及以下變電所設計規范[S].北京:中國計劃出版社,2014-7.

Load Calculation of Power Supply Design for a Synthetic Material Chemical Project

LIU Zhe1,LI Dong1,ZHANG Peng2

(1.CNOOC Tianjin Chemical Research ﹠ Design Institute,Tianjin 300131,China;2.Nanyang Explosion Protected Electrical Apparatus Research Institute，Nanyang 473000,China)

Correct calculation of load is very important.It is the correct choice of power supply system,wire,transformers,switches and other electrical appliances and the foundation of reliable power supply system.Under the background of the project of a synthetic material chemical electrical design,actual load calculation of power supply design is calculated and analyzed in this paper.

load calculation;demand factor

1004-289X(2017)01-0023-05

TM

B

2016-11-21

劉哲(1987-)，女，畢業于河北工業大學控制科學與工程專業，碩士學位，從事電氣設計工作。