海水淡化工廠供配電系統的設計探討

王華利

（青島百發海水淡化有限公司，山東 青島 266043）

1 海水淡化工廠供配電系統設計的基本原則

根據國家標準GB 50052-95《供配電系統設計規范》、GB 50053-94《10 kV及以下設計規范》以及GB 50054-95《低壓配電設計規范》等規定，青島百發海水淡化廠供配電設計需要嚴格遵循以下原則。

1.1 保證系統安全

在供配電設計中，必須確保人身和設備的安全。電氣設計中，供配電系統的可靠性和安全性十分重要，其中電氣一級負荷最重要。一級負荷涵蓋消防設備，消防設備中有應急照明、消防控制室以及消防電梯等。一級負荷中還有柴油發電機送風機、消防泵房的污水泵和送風機等。一級負荷用電設備設有兩路電源和應急電源。應急電源的作用是在特殊情況下確保用電設備一級負荷的供電。

1.2 滿足工廠的電能需求

滿足工廠電能需求，同時要充分確保電能質量，實現工廠用電正常。建立供配電系統時，要充分考慮成本和應用的能耗情況。不但要減少必要的運費，也要在原來的基礎上最大程度地降低對有色金屬的消耗。要科學合理選擇變壓器，選擇有節能作用的變壓器。此外，要充分利用現有設備，提升變壓器性能利用率和運行效率。同時，可以大幅度降低變壓器的功能耗損，從損耗小的導線開始減少電線長度，防止線路出現重疊和交叉。

1.3 考慮生產發展引起的負荷變化

在制定供配電系統方案時，要充分考慮未來生產發展引起的負荷變化。合理的供配電系統是實現節電的前提。供電方案的合理性取決于用電量的預測，而分配系統的合理性也十分重要。因此，需要盡量減少配電級數，設計出更加合理的配送方案。上下級協調的復雜程度隨著配電級數的增加而升高，且會增加元件數量和配線電纜，提升故障概率。然而，供電質量和電纜長度會直接影響配電方式，二者之間存在緊密關系。配電線路不合理的主要原因是配電室的位置設計不合理。因此，在設計內部配電系統時，需要有效優化配電室位置，否則無法達到節能的效果。

2 海水淡化工廠供電設計內容

選擇變電站和總降壓變壓器時，需要全面考慮總降壓變電所的位置等因素，根據全廠計算負荷和擴容備用的需要，充分保證變壓器的容量與數量。此外，需綜合考慮變電所配電回路數、負荷的供電級別以及接地制式，計算負荷的大小和變壓器的臺數，明確變電站高低接線方式。

按自身的負荷狀況和工藝要求，從技術經濟合理性上確定供電電壓。根據負荷布置和總降壓變電站的位置，比較幾種可行的高壓配電網和低壓配電網的布置方案，計算導線截面、路徑以及電壓損耗。此外，需比較不同方案的可靠性、電壓損失、基礎設施投資、年運行費用以及有色金屬消耗等綜合技術經濟指標，最終選出最佳方案。

根據負荷計算總降壓變電所功率因數，利用計算結果計算供電部門要求需要的補償無功功率，按手冊或產品樣本選擇需要的補償點數量與規格，最終確定電容補償柜。此外，需按照短路電流計算數據、對應的額定值以及各回路計算負荷等，選擇變電所的低壓和高壓側電氣設備，如開關柜、母線、隔離開關以及電纜等設備。

結合當地的地質與氣象條件，還需設計防雷與防過電壓保護裝置，計算防雷保護等級，最后計算避免出現反擊情況的空間距離。為防止過電壓，根據避雷器的基本參數，如避雷滅弧電壓、沖擊接地電阻、頻率放電電壓以及最大允許安裝距離等，選擇避雷器并確定其位置。

3 海水淡化工廠的供配電系統設計方法

3.1 負荷分級的選擇

在設計供配電時，要做好負荷分級。按照電力負荷事故為政治和經濟等帶來影響的程度，將其分成3個等級。事故造成的損失和影響越大，對供電的要求越高。其中，一級負荷的要求最嚴格，為防止工供電中斷，需持續供應電力，需配備應急電源與雙電源；在線路出現故障時，二級負荷可確保不受斷電影響或及時斷電也可盡快恢復[1]；三級負荷只要確保設備正常供電即可。在海水淡化企業配電中，需根據企業性質及對經濟和政治的影響合理選擇電力負荷。一般應選擇一級負荷和二級負荷。

3.2 變配電站的選擇

變配電站一般由電源總進線、高壓配電室、變壓器室、低壓配電室、電容器室以及控制室等組成。它的選址十分重要，一般設置在負荷中心的附近。一般需要將供電半徑合理控制在250 m范圍內，最大不能超出300 m。為了提高進出線的便利，變配電站需要與工廠進線一側相鄰[2]。

3.3 導線、電纜的選取

要確保工廠供配電的安全，應根據工廠供配電系統的載流量、電壓等級、發熱條件以及電纜機械強度等要求，科學選擇電纜與導線。要嚴格根據負載的大小，確定10 kV及以下高壓線路和電壓動力線路的截面，然后校驗電壓損耗和機械強度。此外，選擇電纜類型還應考慮敷設條件。選擇自動化控制相關的電纜時，應充分考慮屏蔽問題，以提高生產穩定性。

3.4 高低壓電容補償的選擇

在海水淡化廠供配電設計中，為了節約能源，提高供電質量，應根據負荷性質計算無功負荷。參照計算結果，采用就地無功補償和幾種無功補償相結合的方式。無功補償裝置采用具有自動補償的裝置，功率因數一般補償到0.9以上。集中補償、分組補償以及單臺電機就地補償為常用的無功補償法。

3.5 保護接地與接地裝置設計

連接接地體、總等電位接地排以及總等電位接地排中設備和裝置接地部分的金屬導體稱為接地線。接地有功能性接地和保護性接地兩種。其中，功能性接地包括屏蔽接地、工作接地、信號接地以及直流接地等；保護性接地包括防靜電接地、防雷接地以及防電擊接地等。目前，海水淡化工廠中存在很多工藝設備，需要通過保護接地線和總等電位接地排連接。保護接地的接地電阻不能高于4 Ω，防雷接地和保護接地共用的接地電阻要低于1 Ω。另外，要充分保證部分精密實驗儀器有精準的檢測度，確保人身的安全性，需保證零地電壓低于4 V，接地電阻低于3 Ω。工廠中還有一些輸送或存儲易燃液體的容器與管道，需設置為靜電接地，并確保接地裝置的接地電阻低于100 ?。

3.6 防雷設計

在設計供配電系統時，需做好防雷設計工作。以建筑外的金屬屋面為例，可將屋面當作接閃器，鋼柱可兼作防雷引下線，全部的金屬構件要與引下線可靠連接。但是，若為混凝土屋面，則在側頂沿女兒墻、轉角、屋檐、屋脊及屋面四周敷設避雷帶，從而在屋面上形成相應規格的避雷網，并保證屋面各金屬構件與其可靠連接。全部防雷引線要連接到接地電氣上。當接地體為建筑物基礎時，則建筑電氣接地（重復接地、工作接地、保護接地）與防雷接地共用基礎接地體，接地電阻不應高于1 Ω。另外，為防止電氣設備被雷擊受到電磁脈沖影響，需要將級別不同的浪涌保護器設置在相應的防雷區。

3.7 管線敷設

管線敷設時應當做好準備工作，遵循敷設原則以及進行技術交底。首先，做好準備工作。按照設計選擇管線型號規格和合理的敷設方式，并依據設計圖紙做好暗管敷設和混凝土墊層。施工完成一天后，及時拆除封堵出線口分線盒的裝置，清理管路線槽垃圾雜物。其次，遵循敷設原則。線槽內導線中截面積需要小于線槽內截面30%。分槽敷設弱電回路和強電回路，排放分組，施工電源可以被同一線槽中強電回路切斷。若是出現電壓回路交叉問題，則可以使用金屬隔板處理。敷設后需要檢查檢測，避免出現線路故障。最后，進行技術交底。施工班組管路連接、保護層以及防腐等工作需要進行技術交底，加強看護，保證管路暢通，做好檢查和自檢工作[3]。

3.8 配電箱設置

為保證電氣接點的有效性，應當組裝配電箱電氣開關設備、輔助設備以及電氣測量儀等。線路運行不正常時，可以通過其他線路報警切斷。發配變電所中，運行參數可以利用測量儀表進行顯示，以調節電氣參數。此外，建筑物中的照明配電箱不僅需要滿足照明系統需求，還需要為重點位置的插座提供單獨的供電回路，安裝漏電保護裝置。

3.9 消防設計

海水淡化廠房的消防設計應符合《建筑設計防火規范》《火災自動報警系統設計規范》以及《爆炸危險環境電氣設計規范》的要求。所有消防設備供電均采用專用回路供電。設計時，要考慮消防主機位置與人員值守情況。

3.10 應急系統的設計

應急系統的設計是海水淡化廠房供配電系統的關鍵部分，包括發電機應急電源系統和照明應急系統兩大類。柴油發電機組可用于建立應急電源系統，既保證了高負荷用電需求，又彌補了供配電的不足。一旦發生停電，發電機可自啟提供電能，同時具有可靠的保護功能，有效防止停電造成安全事故。此外，有效應用自帶電池的應急照明設備，可以增加應急照明系統的啟動效率，使其5 s內實現自行開啟。

3.11 加強節能措施

3.11.1 合理運用無功補償技術

供配電的功率因數必須達到0.9以上，但目前較多工廠存在不能精確補償的情況，因為部分工廠只有高壓側補償[4]。因此，必須要采取有效措施合理運用無功補償技術，在高低壓側根據需要均設置補償裝置，將功率因數的數值控制在合理區間，實現精確合理的補償。

3.11.2 運用照明節能控制系統

除了生產用電外，照明系統的用電量也較大。海水淡化廠在照明上采用普通控制方式，無法實現照明系統的精準控制，反滲透車間管道壓力較高，工作人員需每天進出車間開關照明，存在極大的安全隱患。因此，可對廠區及車間照明采用集中控制系統，模塊化管理，根據不同要求預設多種模式。尤其是管道壓力較高的反滲透車間，照明應采用中控室集中控制，盡量避免工作人員頻繁進出車間[5]。

3.11.3 實施變壓器節電運行

供電系統中，變壓器具有一定的調節作用。因此，變壓器組合并列運行，可有效提升供電質量。工廠供電系統在并列運行變壓器時必須確保變比相同、阻抗電壓百分比接近以及聯結組相同。若電阻電壓不相等，變壓器并聯運行時高阻抗電壓的負荷分布會減小，另一臺阻抗電壓小的變壓器會出現過載運行。為防止出現過大的阻抗電壓而導致并列變壓器負荷電流嚴重分配不均，需要將阻抗電壓差控制在10%內[6]。需要注意，禁止并列運行接線組別不一致的變壓器，防止回路中出現超過額定電流幾倍的環流而燒損壓器。變壓器節能運行時，應該充分考慮工廠實際電量負荷的數量和有效配置，最大程度發揮變壓器的調節作用。若工廠頻繁出現負載波動，可根據工藝段的負荷情況，采用分段作業法。

4 結 論

海水淡化工廠的供配電設計是一項涉及面寬且內容嚴謹的綜合性設計工作，因此完成一套節能高效電廠供配電的系統設計，需要設計院與廠方密切配合。在開展實際設計時，要采用新技術和新產品改進供配電系統和節能系統，設計節能且科學的配電系統，為海水淡化產業的長遠發展奠定基礎。