某鋰離子電池負極材料廠供配電設計

胡月

（北京中環世紀工程設計有限責任公司，北京100097）

1 引言

論文結合項目實際情況對某鋰離子電池負極材料廠區的供配電設計進行分析，根據生產工藝對負荷的要求以及相關國家相關規范確定負荷等級；對全廠區的用電負荷計算；結合市政電網規劃及供電可靠性確定廠區的總配變電站及車間變配電室、室外箱變的具體位置及變壓器的容量、臺數。

2 工程概況

本工程為某鋰離子電池負極材料項目。該項目分為一期、二期2個地塊，總用地面積271 651.55 m2。

本次設計內容為一期地塊的廠區及生活區，用地面積148 690.44 m2，一期建筑面積合計63 887.76 m2。

一期地塊廠區主要單體如下：碳化車間1、碳化車間2、碳化車間3，地上1層，面積3 240 m2，高15.3 m，單層丙類廠房；制球車間1、制球車間2、制球車間3，地上1層，面積2 700 m2，高13.15 m，單層丁類廠房；石墨化車間1、石墨化車間2，地上1層，面積9 676.80 m2，高16.748 m，單層丁類廠房；空壓機房，地上1層，面積1 080 m2，高8.295 m，單層丁類廠房；門房3，地上1層，面積34.96 m2，高3.8 m，公共建筑；消防水池及泵房，地下1層，面積455.74 m2，高3.6 m，單層丁類廠房；綜合設備間，地上1層，面積640.8 m2，高10.395 m，單層丁類廠房；水處理車間1、水處理車間2，地上1層，面積2 160 m2，高15.595 m，單層戊類廠房；烘干篩分車間，地上1層，面積1 368 m2，高10.865 m，單層丁類廠房；純化車間，地上2層，面積5 776.91 m2，高15.9 m，多層丙類廠房；成品庫，地上1層，面積2 700 m2，高11.15 m，單層丁類倉庫；原料庫，地上1層，面積4 320 m2，高11.6 m，單層丁類倉庫；化學品庫，地上1層，面積432 m2，高度5.6 m，單層乙類倉庫；磅房，地上1層，面積110.96 m2，高3.7 m，單層丁類廠房；門房2，地上1層，面積34.96 m2，高3.8 m，公共建筑。

一期地塊辦公生活主要單體如下：配套生活樓，地上2層，面積4 577.5 m2，高10.95 m，單層丙類廠房；辦公樓，地上4層，面積4 142.39 m2，高17.4 m，單層丁類廠房；宿舍1，地上4層，面積5 216.45 m2，高15m，單層丁類廠房；宿舍2，地上1層，面積1 731.92 m2，高8.1 m，單層丁類廠房；門房1，地上1層，面積34.96 m2，高3.8 m，公共建筑；門崗1，地上1層，面積34.96 m2，高度3.8 m，單層丁類廠房。

3 供配電系統的設計

3.1 負荷等級的確定

1）根據相關國家技術規范、標準及生產工藝的要求確定用電負荷等級。

2）根據室外消防用水量（35 L/s），本項目廠區及生活區的消防負荷均為二級負荷。

3）根據生產工藝要求，石墨化車間的石墨化爐中斷供電時間較長，會影響生產，因此，石墨化爐為二級負荷。

4）根據水處理工藝要求，水處理車間1、水處理車間2及綜合設備間內工藝設備需要連續工作，生產過程中如突然間斷電會造成污水處理過程中斷、微生物死亡、設備堵塞等生產絮亂現象，對城市也會造成污染及經濟損失，因此，該車間按二級負荷。

5）配套生活樓內設置1個規模為192人的餐廳，屬于中型飲食建筑，中型飲食建筑用餐區域、公共區域的備用照明用電為二級負荷。

6）根據有關規范，本廠區監控系統、總弱電機房的用電為二級負荷。

7）其他動力、照明負荷均為三級負荷。

3.2 負荷統計

廠區部分動力和照明分開供電計量，根據生產工藝設備要求及各單體建筑規模確定各單體的用電負荷。一期地塊廠區負荷統計見表1，一期地塊生活區負荷統計見表2。

表1 一期地塊廠區負荷統計表

表2 一期地塊生活區負荷統計表kW

3.3 廠區總配變電站位置的確認

1）接近負荷中心，設置在用電負荷較大的車間附近。

2）進出線方便，以便敷設電纜。

3）接近電源側，即設置在高壓進線方便的位置。

4）設備運輸方便。

5）不應設在劇烈振動或高溫場所。

6）不宜設在多塵或有腐蝕性氣體的場所，當無法遠離時，不應設在污染源盛行風向的下風側[1]。

按廠區車間、庫房總面積布置，綜合考慮以上因素，在一期地塊內設置廠區總配變電站，總配變電站需兼顧一期、二期地塊。

3.4 變配電室的劃分

變配電室的劃分如圖1所示。

圖1 一期廠區總圖

1）車間、庫房用電負荷大小，用電負荷較大的車間單獨設置車間變配電室；負荷較小的車間、庫房可集中設置車間變配電室。

2）從經濟合理、安全可靠、供電線路的線路損耗、電壓降等方面確定本工程低壓380 V電纜供電距離控制在200 m以內。

根據以上因素，本工程設置多個車間變配電室，生活區設置室外箱變，分配如下：

1）石墨化車間設置車間變配電室，石墨化爐為35 kV高壓供電設備（單組石墨化爐5 000 kV·A）每個石墨化車間內共4組石墨化爐。石墨化車間內其他動力、照明均由廠區總配變電站供給。

2）根據廠區各車間及庫房用電負荷統計，廠區內10 kV變配電室分配如下：（1）在各碳化車間分設置車間變配電室內設2 000 k V·A變壓器1臺，供本車間動力負荷使用，車間照明用電由廠區總配變電站供給；（2）在各制球車間分設置車間變配電室內設2 500 kV·A變壓器1臺，供本車間動力負荷使用，車間照明用電由廠區總配變電站供給；（3）綜合設備間旁設置車間變配電室內設置2臺1 600 kV·A變壓器供純化車間、烘干篩分車間、化學品庫、磅房、門房2、原料庫、成品庫、綜合設備間、水處理車間1、水處理車間2使用；（4）在總變配電站內設置2臺1 250 kV·A變壓器供一期地塊內。

空壓機房、門房3、消防水池及泵房的動力、照明及碳化車間、制球車間、石墨化車間、廠區室外照明使用。

3）一期地塊總用電負荷見表3。本項目一期地塊總用電負荷59 934.3 kV·A二級負荷容量40 968.75 kV·A。一期地塊變壓器初裝容量60 200 kV·A。

表3 一期地塊總用電負荷表

4）按照工藝要求二期地塊預留10 000 kV·A用電負荷。

3.5 提出高壓供電方案

1）依據可研報告及現場勘查，項目周邊距本廠區南側電網可提供容量為45 000 kV·A，西南方向電網可提供容量50 000 kV·A。項目周邊市政可引入35 kV、10 kV高壓線路。10 kV電網輸送容量為8 000kV·A，35 kV電網輸送容量為25 000 kV·A。

2）本項目最高負荷等級為二級負荷，要求市政高壓引入要來自不同的高壓母線段。

3）根據以上資料，結合項目情況制定了2種高壓供電方案如下。

方案一：廠區內建設35 kV配電站、10 kV開閉站及10 kV變配電室。此方案市政需引來2路35 kV及多路10 kV高壓線路。35 kV配電站直接出35 kV高壓電纜供石墨化爐使用；10 kV開閉站分多路10 kV出線至各車間變配電室及生活區室外箱變。

方案二：廠區內建設35 kV配變電站，此方案僅需引入4路35 kV高壓線路。

3.6 高壓供電方案比較

1）10 kV市政高壓線路比35 kV市政高壓線路損耗大。

2）設備造價方面：引入35 kV及10 kV比引入35 kV高壓線路費用低。

3）市政配套費用：引入35 kV及10 kV比引入35 kV高壓線路高。

4）電費計量：引入35 kV及10 kV需要35kV計費10 kV計費，僅引入35 kV只需35 kV計費；據當地供電局提供資料35 kV計費低于10 kV計費。

3.7 高壓供電方案確定

高壓供電方案的確定必須符合國家有關政策，地方電網規劃要求，對客戶負荷增長的預測和供電能力增長預測要準確；對其他客戶的影響必須最低；線路與設備的運行維護要安全，方便，功率因數須達到規定標準。上述2種方案均能滿足廠區的生產生活要求，具體實施方案還需后續跟進。

4 結語

廠區供配電系統的設計合理性、可靠性對工業生產有非常重要的作用，甚至關系著生產安全。因此，做好工業廠區的供配電設計對實現工業現代化具有十分重要的意義。