大型廢水處理廠低壓供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：低壓供配電系統(tǒng)直接將電能傳輸給各個(gè)用電設(shè)備，是工廠供配電系統(tǒng)中的重要一環(huán)。以某鋼企新建的大型廢水處理廠為例，介紹了該廠的低壓供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，主要包括負(fù)荷計(jì)算、供配電系統(tǒng)方案、接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及節(jié)能與優(yōu)化等方面，為類似工程設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：供配電系統(tǒng);負(fù)荷計(jì)算;接地;節(jié)能

0 引言

眾所周知，電能是現(xiàn)代化工廠的主要能源和動(dòng)力。工廠供配電就是將電力系統(tǒng)中的電能降壓后，分配到各個(gè)廠房和車間，接著再通過低壓供配電系統(tǒng)給各個(gè)用電設(shè)備供電。如果工廠的電能供應(yīng)中斷，將會對生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響，輕則造成經(jīng)濟(jì)損失，重則引發(fā)人員傷亡事故。因此，完善的工廠供配電系統(tǒng)對于實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化具有重要意義。本文主要介紹某大型廢水處理廠的低壓供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)情況。

1 負(fù)荷計(jì)算

本文介紹的大型廢水處理廠作為某大型鋼企的新建分廠，10 kV高壓電源引自現(xiàn)有開關(guān)站的開關(guān)柜備用回路，本工程涉及的負(fù)荷計(jì)算主要是計(jì)算最大負(fù)荷班的平均負(fù)荷，作為計(jì)算電能消耗的依據(jù)，從而確定供配電系統(tǒng)方案。

本文采用需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，其公式簡單，計(jì)算方便，適用于供配電干線以及長期運(yùn)行且負(fù)荷平穩(wěn)的用電設(shè)備和生廠車間的負(fù)荷計(jì)算。

用電設(shè)備按工作制分為三組：連續(xù)工作設(shè)備、反復(fù)短時(shí)工作設(shè)備和短時(shí)工作設(shè)備。比如風(fēng)機(jī)類、攪拌機(jī)類及提升水泵類為連續(xù)工作設(shè)備，需要系數(shù)為0.8，功率因數(shù)為0.8;反復(fù)短時(shí)工作設(shè)備有吊車、閥門類、地坑排水泵類和加藥泵類等，需要系數(shù)考慮為0.3～0.5，功率因數(shù)為0.5;檢修電焊機(jī)為短時(shí)工作設(shè)備，需要系數(shù)為0.2，功率因數(shù)為0.5。需要注意的是，電機(jī)的3種工作制不能作為設(shè)備分組的唯一準(zhǔn)則，尤其是同類設(shè)備眾多而實(shí)際負(fù)荷率和負(fù)荷持續(xù)率參差不齊，比如風(fēng)機(jī)類負(fù)載中有一組4臺250 kW帶變頻器調(diào)速的曝氣風(fēng)機(jī)，不同時(shí)間段頻率給定25 Hz和50 Hz時(shí)，負(fù)荷率差別明顯，功率因數(shù)可以設(shè)為0.9，以確保負(fù)荷計(jì)算的準(zhǔn)確度。有功功率和無功功率的同時(shí)系數(shù)本著簡化計(jì)算的原則，根據(jù)以往的類似工程經(jīng)驗(yàn)均取0.95。

最后根據(jù)所有用電設(shè)備的參數(shù)，計(jì)算出各類設(shè)備組的裝機(jī)容量、工作容量、有功功率、無功功率、視在功率、計(jì)算電流，再匯總完成整個(gè)低壓供配電系統(tǒng)的負(fù)荷計(jì)算。

2 供配電系統(tǒng)方案

根據(jù)供配電系統(tǒng)的負(fù)荷計(jì)算，把所有用電設(shè)備根據(jù)負(fù)荷大小，平均分配到若干段母線上。主電氣室設(shè)置3臺2 000 kVA油浸動(dòng)力變壓器（變壓器之間兩兩互為備用，中間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)）。低壓供配電采用TN-C-S系統(tǒng)，前一部分（電氣室MCC柜組）為TN-C系統(tǒng)，后一部分（現(xiàn)場動(dòng)力配電箱、操作箱、檢修箱及成套電控箱）為TN-S系統(tǒng)，電源等級為380 V/50 Hz，配電系統(tǒng)簡圖如圖1所示。

變壓器一次側(cè)10 kV電源引自附近10 kV開關(guān)站開關(guān)柜備用回路，進(jìn)線電纜采用鎧裝阻燃動(dòng)力電纜直埋方式;二次側(cè)低壓電源采用封閉母線出線方式引至各個(gè)進(jìn)線柜，低壓側(cè)均采用母線分段結(jié)線方式，正常運(yùn)行時(shí)，1#進(jìn)線電源給1段母線負(fù)荷供電，2#進(jìn)線電源給2段和4#母線負(fù)荷供電，3#進(jìn)線電源給5段母線負(fù)荷供電，母線分段運(yùn)行。當(dāng)某一進(jìn)線電源出現(xiàn)故障或檢修時(shí)，由其他進(jìn)線電源給故障檢修母線段上的部分重要負(fù)荷供電。

由于廢水處理廠的大部分用電設(shè)備并不是強(qiáng)制要求24 h不間斷工作，斷電后并不會造成經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡等嚴(yán)重后果，所以從節(jié)約成本的角度考慮，變壓器的選擇不需要按100%考慮備用，當(dāng)一臺變壓器出現(xiàn)故障或檢修時(shí)，由另外兩臺變壓器保證廠內(nèi)重要負(fù)荷的供電即可，所以上述系統(tǒng)方案完全能夠滿足要求。

3 接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電力系統(tǒng)、電氣裝置及電氣設(shè)備的其中一部分和大地做良好的電氣連接稱為接地，接地對保障電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備的安全、可靠運(yùn)行以及對操作、維護(hù)運(yùn)行人員的人身安全起著很大的作用。

該廢水處理廠所有建筑物按第三類防雷建筑物設(shè)防。廠內(nèi)所有建筑物（如電氣室、生化組合池區(qū)域、高密度澄清池區(qū)域等）均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，防雷接地考慮沿建筑物屋面中間及四周用直徑10 mm鍍鋅圓鋼作為接閃器，整個(gè)屋面組成不大于24 m×16 m或20 m×20 m的網(wǎng)格，形成可靠的電氣連接。在建筑物若干處設(shè)置引下線，引下線利用結(jié)構(gòu)柱內(nèi)兩根直徑不小于16 mm的主筋（搭接處需雙面焊接），距室外地坪0.5 m設(shè)置斷接卡。采用40 mm×5 mm鍍鋅扁鋼作為建筑物的水平接地體，將所有結(jié)構(gòu)柱基礎(chǔ)內(nèi)主鋼筋焊接連通，并且同一區(qū)域內(nèi)的建筑物之間也連成閉合的電氣回路，水平接地體的埋地深度不小于1 000 mm。

電氣系統(tǒng)接地利用40 mm×5 mm鍍鋅扁鋼作為接地干線，敷設(shè)于變壓器室、低壓配電室室內(nèi)離所在平面0.3 m墻面上和電纜溝、電纜橋架最上層，該部分接地干線與水平接地體在若干處形成可靠連接，使電氣接地與防雷接地共用接地裝置，總接地電阻要求不大于1 Ω，若實(shí)測達(dá)不到要求，需根據(jù)實(shí)際情況增打接地極。

PLC系統(tǒng)需單獨(dú)接地，考慮在PLC室外埋深-1.0 m處打銅板接地極，采用阻燃動(dòng)力電纜作為PLC接地系統(tǒng)的引出線，穿PVC管敷設(shè)至接地極。PLC接地電阻要求不大于4 Ω，若實(shí)測達(dá)不到要求，需根據(jù)實(shí)際情況增打接地極。另外所有不帶電的電氣設(shè)備的金屬外殼均應(yīng)按規(guī)程可靠接地。

4 節(jié)能與優(yōu)化

4.1? ? 供配電方案優(yōu)化

考慮采用并聯(lián)運(yùn)行方式的變壓器，通過精細(xì)的負(fù)荷計(jì)算，優(yōu)化變壓器的組合和負(fù)荷率，降低電能損耗。電氣室位置盡量靠近大功率設(shè)備區(qū)域，電氣室內(nèi)進(jìn)線柜盡量設(shè)置在靠近變壓器室一側(cè)，以減少封閉母線的成本。

由于本工程根據(jù)濾池的種類劃分區(qū)域較多，需合理規(guī)劃電纜橋架路徑，現(xiàn)場的操作箱、動(dòng)力配電箱及檢修電源箱等電氣設(shè)備應(yīng)盡可能安裝在便于操作維護(hù)且靠近電纜橋架的位置。距電氣室較遠(yuǎn)的設(shè)備，尤其是功率大的，需進(jìn)行壓降計(jì)算從而判斷是否需要增大電纜截面積，減少電能損耗。

4.2? ? 照明燈具的選擇

本工程電氣室、PLC室、操作室以及辦公室采用LED低頂燈和LED平板燈，現(xiàn)場各類濾池區(qū)域、泵房、風(fēng)機(jī)房等均采用LED投光燈。LED燈，又叫發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固體半導(dǎo)體器件，它能直接將電能轉(zhuǎn)化為光能。雖然價(jià)格比傳統(tǒng)的節(jié)能燈貴一些，但是LED燈能耗低，僅為節(jié)能燈的1/4，且使用壽命長，可達(dá)到10萬h以上。另外LED由無毒的材料制作而成，也是其重要優(yōu)勢之一。所以從長遠(yuǎn)角度來看，LED燈更能減少成本，對工廠穩(wěn)定發(fā)展具有重大意義。

5 結(jié)語

本廢水處理廠的供配電系統(tǒng)采用三路進(jìn)線、多段母線結(jié)線的方式，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，并在設(shè)計(jì)和施工過程中，始終貫徹精細(xì)化設(shè)計(jì)理念，不斷改進(jìn)不足之處，確保在工廠生產(chǎn)過程中，實(shí)現(xiàn)高效率、高回報(bào)、低能耗、低投入，促進(jìn)工廠的可持續(xù)發(fā)展。

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收稿日期：2020-03-06

作者簡介：張兢（1987—），男，湖北武漢人，碩士，工程師，研究方向：工業(yè)控制。