某年產1 500噸螺旋藻養殖場供配電設計淺析

李凌亞（云南省建筑材料科學研究設計院有限公司 云南 昆明 650221）

0 引言

該養殖場緊鄰某高原堿性湖泊，利用湖內天然堿性水養殖螺旋藻。養殖區占地面積約100萬m2。單臺用電負荷小、數量多、大面積均勻分散，是該生產線供配電設計難點。

1 螺旋藻養殖流程分析

螺旋藻養殖流程簡圖如圖1所示。

圖1 養殖流程簡圖

（1） 利用清水泵將天然堿性湖水經管道提至高位清水池中；

（2）高位清水池、高位鹽水池內的水在重力作用下經養殖池進水管流入低位養殖池進行螺旋藻養殖；

（3）螺旋藻養殖成熟后，螺旋藻液在重力作用下經藻液采收管流入低位調節池；

（4）調節池內藻液由藻液提升泵提至高位采收池，清洗調節池產生廢水排至廢水池；

（5）藻液由采收池在重力作用下流入采收車間，經采收設備采收螺旋藻；采收完成后的堿性水可多次重復利用進行養殖，在重力作用下經養殖池進水管流入低位養殖池進行下一次養殖；在多次重復使用后達不到養殖要求的堿性水在重力作用下經廢水管流入低位廢水池，再經中水處理設備處理后提至中水池，作為廠區綠化灌溉等用水來源；

（6）采收設備采收下的螺旋藻輸送至干燥車間經干燥設備進行干燥；

（7）螺旋藻干燥完成后運送至倉儲儲存。

2 養殖場總平面布置圖概覽

本項目廠區西北側毗鄰天然堿性湖，往東南方向地勢逐漸升高，清水池、鹽水池、采收池、中水池設置于廠區東南方向地勢最高位置，清水、鹽水、回流藻液、采收藻液、廢水、中水沿東南至西北方向利用高差自然流下至養殖池、調節池、廢水池等。廠區總平面布置圖如圖2所示。

圖2 廠區總平面布置圖

一期區A B C D E F G H I J K L—池1 0 8 8 6 6 8 8 8 4 8 8 8—二期區 A B C D E F G H I J K L M池 8 6 8 8 4 8 8 2 8 1 0 7 8 8

廠區養殖池根據地形條件分兩期，一期分為12個區，每區4～10個池不等，小計92個養殖池；二期分為13個區，每區4～10個池不等，小計93個養殖池；全廠養殖區共計25個區，185個養殖池。

3 供配電設計

干燥車間、采收車間、采收池、鹽水池、中水池、3#清水池、倉庫所處位置集中，在干燥車間旁設置一臺變壓器向上述各車間作放射式供電，常規設計，此處不做過多敘述。

重點陳述養殖區供配電設計思路。廠區185個養殖池的占地面積達到約55萬m2，合理、經濟的供配電及控制方案，是本項目電氣設計必須解決的難題。

3.1 養殖池用電設備梳理

為滿足螺旋藻養殖水體持續流動性需求，將單格養殖池分為4格，呈環形通路，并在養殖池兩端分別設置2臺電機帶動的水車，利用水車打水使水體沿環形通路流動，并可根據養殖情況變頻調速調整水體流動速度。分別沿一期A區～D區、一期E區～H區、一期I區～L區、二期A區～B區、二期C區～E區、二期F區～H區、二期I區～J區、二期K區～L區、二期M區右側（進水側）東南至西北設置養殖池進水管、藻液回流管、營養液濃鹽水管，各管道分別設置支線管道（配電動蝶閥控制開閉）進入途經的單格養殖池；左側（出水側） 東南至西北設置廢水管、藻液采收管，各管道分別設置支線管道（配電動蝶閥控制開閉） 進入途經的單格養殖池，其中，為使養殖池內水體排空，廢水管及藻液采收管需分別設置兩根支線管道（分別配電動蝶閥控制開閉）進入單格養殖池。為滿足螺旋藻養殖氣溫需求，養殖池上建薄膜大棚，并在大棚兩側各設置一臺電動卷膜機升降大棚兩側薄膜，調節通風，達到控制棚內溫度的目的。

單格養殖池平面布置如圖3所示。

圖3 單格養殖池平面圖

通過上述梳理，單格養殖池用電設備清單如表1所示。

表1 單格養殖池用電設備清單

電動蝶閥、卷膜機電機功率很小，且同時系數很低，負荷計算時忽略不計。

3.2 10/0.4kV變壓器的設置

183個養殖池的用電設備分布遠遠超出380/220V供電半徑允許范圍，必然需要多臺分布于廠區內的10/0.4kV變壓器對各380/220V用電設備供電。

單格養殖池用電設備位于養殖池兩端，相距150m，若單格養殖池用電設備均由同一0.4kV母線配電，勢必造成供電線路過長，無論是電纜采購的一次投資還是后期運行的持續線損，均是極其不經濟的做法。結合上述因素以及供電半徑的限制，養殖區設置10/0.4kV變壓器及其供電范圍如表2所示。

表2 養殖區設置10/0.4kV變壓器及其供電范圍

養殖區共13臺10/0.4kV變壓器，分設在上述供電范圍中心位置，廠區道路旁綠化帶內，向各自供電范圍內用電設備供電。

3.3 配電室的設置及配電系統圖的設計

首先考慮在設置10/0.4kV變壓器處新建變配電室，內設變壓器及MCC柜向供電范圍內用電設備作放射式供電。按此方案設計，供電范圍最大的TM9，10/0.4kV母線上多達30多臺MCC柜，造成配電室占地面積極大，且因供電范圍內用電設備數量大，帶來配電室電纜出口的電纜數量極多，電纜敷設難度大，電纜長度巨大等一系列問題。集中在10/0.4kV變壓器所在位置對供電范圍內用電設備放射式配電不合理，必須考慮相對分散的配電方式。結合每個養殖池用電設備都有相同的用電設備，將MCC柜作為集中配電的最小單元，確定如圖4所示單格養殖池進水側、出水側MCC柜配電系統圖。

圖4 單格養殖池進水側、出水側MCC柜配電系統圖

單格養殖池兩端均為圓弧，充分利用兩個圓弧之間的空地作為配電室，內設4（2）臺MCC柜，向鄰近4（2）個單格養殖池進水側或出水側設備作放射式供電。為避免養殖池大棚內水汽對電氣設備造成影響，建造封閉式配電室，向大棚外側開門并留有通風口。配電室布置如圖5所示。

每個配電室需一回進線電源，進線回路作樹干式向4（2）臺配電柜供電。

按此方案設計，以供電范圍最大的10/0.4kV變壓器TM9為例，TM9供電范圍內共設11個配電室，TM9共設11個出線回路，配電至11個配電室，再由11個配電室內4（2）個配電柜，向各自鄰近養殖池用電設備供電。

3.3 儀表及自動化配置

每個養殖池設一個溫度測點用于調整大棚兩側薄膜升降調節通風達到最佳養殖溫度；

圖5 配電室布置圖

該項目按上述供配電方案設計后，每個配電室內設置一臺遠程IO柜，向上通信至每臺變壓器供電范圍內設置的一臺CPU柜，各CPU柜經光纖通信至廠區中控室，可在中控室內對全廠用電設備遠程操作。

4 結語

按上述設計思路，全廠涉及的養殖區370臺MCC柜，設計為進水側、出水側兩種柜型，大大簡化配電柜成套制造難度，方便項目建設期間電氣柜安裝、調試，有利于后期使用維護。全廠養殖區10/0.4kV變壓器-小區域配電室-用電設備的三級配電，極大簡化配電系統，節省大量電纜，充分利用空間，配電室不再新增占地。

對于這一類非常規項目的配電設計，面對供電范圍極大的困難，充分利用項目用電設備功率小、類型少的特點，運用小范圍集中配電，實現類模塊化配電系統設計，達到合理、經濟的設計目的。目前項目已建成運行，運行情況良好。