王建生
（福田雷沃国际重工股份有限公司 261206）
摘要：规划是指相对全面且长远的发展规划，其具备整体性、长期性的特点。由此可知电力规划即是指电力发展长期规划，主要目标有战略有部署的发展电力。现代，在工业厂房中电力资源是核心资源。工业厂房供电设计关系到厂房的使用功效，因此工业厂房供电规划设计是非常有意义的课题，因此笔者在下文中重点介绍工业厂房供电规划设计思路构架。
关键词：工业；供配电；设计
一、前言
随着我国经济和工业的不断发展，工业用电量不断增长，电能是工业生产的主要能源，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果，工业区供配电系统是工业设计中的重要组成部分。，本文主要探讨就工业厂房供电设计构架。
二、工厂供电系统设计的基本原则与主要内容
1、工厂供电系统设计的基本原则
在工厂供配电系统设计的过程中，除了要满足工厂日常生产供电外，还要在原有的基础上节省用电成本。在工厂供配电系统设计的基本原则与要求中，主要包括以下几个方面：首先，工厂供配电系统的设计必须满足工厂工艺对电能的需求，同时还要保障电能的质量，确保工厂用电正常。其次，在工厂供配电系统设计的过程中，接线方式应以简单、灵活为主，以便在今后使用的过程中方便操作及维护。再次，工厂供配电系统的构建必须将成本考虑进去，除了降低必要的运行费用外，还要在原有的基础上减少有色金属的消耗量。最后，制定供配电系统方案时，应充分考虑未来生产发展而引起的负荷变化，并充分考虑合理的分期建设计划。对电源的供电能力、变配电所的布局设置及大小、变压器及开关柜的配置数量等，都要预留必要的发展余地。
2、供电设计的主要内容
（一）、工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择
参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。
（二）、工厂总降压变电所主结线设计
根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便。
（三）、变电所防雷装置设计
参考本地区气象地质材料，设计防雷装置，进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。进行避雷火弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地电阻计算。
（四）、总降压变电所变、配电装置总体布置设计
综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定、进行内外的变、配电装置的总体布置和施工设计。
（五）、变电所高、低压侧设备选择
参照短路电流计算数据和各同路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器没备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、开关柜等设备。
（六）、厂区高压配电系统设计根据厂内负荷情况
从技术和经济合理性确定厂区配电电压。参考负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置放案，计算出导线截面及电压损失，由不同放案的可靠性，电压损失，基建投资，年运行费用，有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。
三、配电装置的设计
在工厂和变电所中，根据电能生产、转换和分配等各环节的需要，置了各种配电设备。据它们在运行中所起的作用不同，常将他们分为一次配电设备和二次配电设备。
1、原则与要求
配电装置型式的选择应考虑所在地区的地理情况及环境条件，其设计必须满足以下四点原则：节约用地；运行安全和操作巡视方便；便于检修和安装；节约三材，降低造价。配电装置的确定应满足以下基本要求：满足安全净距的要求；满施工、和检修的要求；噪声的允许标准及限制措施；静电感应的场强水平和限制措施；电晕无线电干扰的特性和控制。
2、处理好配电系统的初期投资与配电系统可靠性的关系
配电系统的初期投资与配电系统可靠性的关系说到底是技术经济关系。增加初期投资可以提高配电的可靠性，提高配电系统可靠性可以增加连续稳定生产的时间，从而提高产量，创造更多产值和利润。减少初期投资，可以节约资金，但是也会使配电系统存在某些不足，因而故障率升高，导致生产线停产时间增加，造成经济损失。增加初期投资，维修费用降低，减少初期投资，维修费用增加。处理好配电系统的初期投资与配电系统可靠性与维修等的关系，就是要找到最经济合理的方案，使得所设计的工厂（生产线）获取的全寿命收益减去全寿命费用为最大。在一些对生产连续性要求高，停产引起经济损失大的工厂，应该通过在一定程度上提高初期投资，提高配电系统的可靠性的方法，谋取最大利益。增加投资应从两方面考虑：采取可靠性高，运行方式灵活的方案；选用质量好的产品。确定方案时，要正确划分负荷等级。在国标GB50052―95《供配电系统设计规范》中对一、二级负荷以及一级负荷中特别重要负荷的划分有明确的规定。值得指出的是，规范是按事故停电的损失划分负荷等级的。笔者认为，停电损失应包括计划检修停电损失和事故停电损失。对于一些连续生产的生产线，计划检修停电损失也是显而易见的。只要因提高负荷等级获得的收益大于因提高负荷等级增加的投资，从技术经济上讲方案就是合理的为了在变压器检修时不影响生产。一台变压器检修时，在压缩掉检修期间可以不开的负荷后，这台变压器所带负荷应能由其它变压器带起来。转移负荷的方式有以下几种：通过母线联络开关，将负荷转移到其它变压器；通过双电源互投开关将电源切换到备用电源；启用备用电源。
3、屋内配电装置
屋内配电装置的结构除与电气主接线及电气设备的型式有密切关系外，还与施工、检修和运行有关。工厂和变电所中6～10kV屋内配电装置，按其布置型式不同有单层、双层和三层之分。35～220kV的屋内配电装置，只有单层和两层型式。
屋内配电装置设备的布置原则为：同一回路的电器和导体应布置在一个间隔内以保证检修安全，并限制故障范围；尽量将电源布置在中部，使母线通过较小的电流；较重的设备（如电抗器）布置在下层；布置对称，便于操作并不易误操作；有利扩建。屋内配电装置不受外界诸因素影响，所以具有以下特点：占地面积小；有利于维护、巡视和操作不受气候条件影响；污秽、腐蚀气体对电气设备影响小，维护方便；房屋建筑投资大。
4、屋外配电装置
屋外配电装置按母线的高度分为中型、半高型和高型3种。如将断路器电流互感器移至相邻的一组母线下方，则需将母线升高，则构成半高型配电装置；如将断路器、电流互感器移至旁路母线下方，同时将两组母线重叠布置，则构成高型配电装置。采用半高型、高型结构可以节约占地，但构架材料消耗较多，特别是检修、巡视不便，因此一般不采用。
屋外配电装置设备的布置与安装应注意以下问题：母线和构架；电力变压器；电气设备的基础；电缆沟和通路。屋外配电装置的特点有：土建工程量及费用较小，建设周期短；扩建方便；相领设备间距大，便于带电作业；占地面积大；受外界气候影响，设备运行条件差。
根据《电力工程电气设计手册》规定，110kV及以上多为屋外配电装置，35kV以下的配电装置多采用屋内配电装置。选择配电装置，首先考虑可靠性、灵活性及经济型，本设计对建筑面积没有特殊的要求，故500kV及220kV电压等级均采用普通中型配电装置。若采用半高型、高型配电装置，虽占地面积较小，但检修不方便，操作条件差，耗钢量多。6kV及10.5kV电压等级采用屋内成套配电装置。
四、提高我国企业可靠性不间断供电的措施
1、加强配网规划和改造优化配网结构
提高供电可靠性是个系统工程，应从电网的规划、设计以及对现有配电网络的优化改造入手。积极开电网规划的编制工作，对规划的编制进行充分地论证，对规划内容进行整理，重点加强对提配电电网供电可靠性的规划。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆还根据配电不断发展的实际情况修订配电网规划。
此外，加大现有低压配电台区改造力度，规范低压配电台区的型式、供电半径及主要电气设备的选择。以典型设计为基础充分考虑各地实际用电负荷的负荷结构、自然增长率，选用质量可靠的、技术先进、产品成套较好的设备物资解决老旧台区设备质量差、互换性差、技术落后、能耗高、长期过负荷等问题。按模块化、系列化、标准化的思路进行配电网的设计、建设改造。
2、实施状态检修和带电作业缩短停电时间
长期以来我国电力系统一直的是故障检修或计划检修的模式，对检修工作对供电可靠性的影响认识不到位、分析不足，基本上不计算检修工作对供电可靠率的影响。事实上我国大部分地区都普遍存在着因计划检修安排不合理而造成系统可靠性指标偏低的情况，在某些情况下计划检修对配电网可靠性的影响大于故障的影响。尤其是按周期的计划检修，在一定程度上对用户停电带有一定的盲目性，对供电可靠性的进一步提高造成了障碍。我们应该大力提倡状态检修，亦称视情检修、预知检修、适应性检修。它使检修工作做到有针对性，目标明确。这样对运行正常的设备避免了那种盲目 检修和过度检修的状况。开展状态检修停电次数可以大大下降，既减少了检修工作量，又减少了对用户的停电次数，无疑对运行的安全和供电可靠性带来明显的成效，消除了事故隐患，提高了供电可靠性。
3、加强配网管理工作提高可靠性水平
除了上述几个方面外，供电企业日常的基础管理工作也是十分重要的，纵观我国各大供电企业，我们不难发现不同企业或多或少存在，员工技术水平不高、责任心不够、领导重视不足的问题。因此我们必须从以下几个方面进行改进：（一）、建立完善的供电可靠性管理体系。
建立专门的配电网供电可靠性管理机构，配备专门人员，执行统一口径，彻底改变过去那种多部门管、都不管责任不明确，统计口径不统一不同部门为了不通目的对数据进行重复统计。建立企业统一的信息数据平台实现可靠性数据的共享保证统计数据，有用性、准确性、及时性。实行目标管理根据企业自身实际情况提出可行的预期可靠性目标，组织指标的层层分解细化，落实具体保证目标实现的措施，并严格进行考核形成有效激励机制促进供电可靠性提高。
（二）、加强配电网管理的基础工作
我国大多数企业对企业很多基础工作重视不够，普遍存在设备台帐不健全不完善或者是与实际情况不符，对运行设备的技术状态不了解。这一现象在农村配电网尤为突出，部分企业对设备应该进行的基本巡视、测试工作都不能保证缺乏对设备的保养维护。各供电台区普遍存在设备锈蚀、集污、漏油；接地电阻超标；接地线断裂；安全距离不足、40%的台区存在各种安全隐患。
五、工业供配电设计要点
1电力负荷
（一）、负荷分级
在展开工业配电设计时首先需要做的就是进行负荷分级，分级依据会根据电力负荷因事故中断后在政治及经济上所造成的影响及破坏程度来确定，通常会分为一、二、三级，当供电中断后所造成的影响及损失越大，对供电的可靠性的要求也会越高。在进行负荷分级时不同行业由于使用的设备不同在分级时也会有不同的参考依据，在《工业与民用配电设计手册》中会有具体说明。电荷分级后针对不同级别的电荷其供电要求也会不一样。一级电荷的供电要求最严格，尤其是对于一级电荷中特别重要的电荷，通常其会配备两个电源，这是因为当一个电源维修时可以有另一个电源来进行持续供电，这样才能够避免电荷的中断。但在实际操作中应当考虑到，很有可能当一个电源发生严重故障时也会对另一个电源造成影响，这很可能会导致两个电源都出现问题，为了避免这样的情况发生通常对于一级重要电荷除了会配备两个常用电源外还需要配备一个增设应急电源，应急电源系统可按具体条件来选择，通常可采取独立发电机组或者选取第三路独立电源或蓄电池来替代。对于二级负荷在供电时需尽量保障在线路常见故障发生时供电不被中断，或者中断后电力系统能够迅速恢复供电。三级负荷的供电要求只需尽量保障其在正常状况下的用电即可。
（二）、负荷分类及计算
通常工业配电中都会伴随着许多大功率的用电设备，这些设备不仅会产生很大的用电量，在进行负荷分类时也有严格的参照。根据国内电价制度对于不同性质的工业企业、企业内不同形式设备的用电在电价计收费方式上都会有所区分，在设计时应当尽量将不同电价的负荷严格分开，这样才能够让后期的分类计费更易于操作。
负荷计算在工业配电中是很有必要的，只有前期进行准确的计算才能够知道企业所需的总负荷量及负荷等级与负荷类比，有了这些数据后才能够计算出各支部的分负荷，进而可以以此为依据向供电部门申请电源及拟定的供配电系统及设备，同时，也可以以此为依据来选择需要的电器、导体，计算出潜在的电压损失、电能损失及功率损失等。
2、高压、低压供配电系统的选择
供电电压的选择主要取决于工厂用电负荷的大小、供电距离的远近以及工业企业的规划与远景。对于大型工厂以及用电负荷很大的中型企业，设备容量可以控制在2000～50000kV，如果输送电能距离在20～150km内的可以以35～11kV的电压进行供电。对于中小型工厂通常电容设备课控制在100～2000kV内，当输送电能距离在4～20km以内时可采用6～10kV的电压进行供电。
工业配电高压、低压供配电系统的选择要根据工厂具体的情况来定，在获取了工厂的设备容量、电能输送距离等数据后可以针对性的采取合适的配电系统。此外，在确定工厂高压配电电压时应当对于各种配电方案进行综合性权衡，在满足企业基本用电需求的同时应当尽量多的考虑方案的经济效益。对于低压供配电系统的选择则需要着重考虑低压用电设备的电压，通常情况下380/220V基本能够适用。但对于有些特殊行业，例如矿井下作业的工业企业，这样的低压配电无法满足其需求，通常需要采用660V甚至1140V的低压配电电压。对于高压、低压供配电系统的选择需要具体参考企业的性质、用电需求及设备电容量等客观因素。
以某新建石化工程项目为例，该项目在实际运作过程中主要划分为两个区域：生产区和辅助区，在生产区中又会有很多个子项目，其中涵盖装置区、厂房、配电房及水泵房等，每个区域应当选择的供电电压都不一样。原则上首先需要计算出每个子项目中的用电负荷总量，同时要算出所要设备的总电压。在选择供电电压时线路的输送距离也应当有准确的测算，这样才能够了解在输电线上可能产生的电压损耗。只有对于单个项目的各方面状况都有了清晰的了解后才能够在确定合适的供电电压。
3、防雷避雷的优化设计措施
工业供配电优化避雷防雷设计措施主要包括以下几点：
避雷防雷最重要的措施在于架设避雷线或者防雷设备，但是这一措施的投资成本较高，所以通常只在35kV的高空线路上或者供电的部分线路中设置避雷线或者防雷设备。而10kV之下的线路常不进行避雷设施的设置。在进行室外供配电装置设计时必须安装避雷针对雷电进行防护，不过变配电所周围的建筑物已经设计了防雷措施，则不需再次开率避雷设计。实行避雷器高压侧装，其目的在于对主变压器进行维护，避免雷电对高压线路进行冲击影响变电所，损坏设备。
4、电气设备的优化设计
所谓接地，即是电气设备与地面进行电气连接的情况，在供配电过程中，埋入接地金属体被称为接地极或者接地体，所谓自然接地体指的是能直接和地面进行接触的建筑钢筋、金属等其他装置。在设备正常运转的情况下，接地极或者接地线实际上是不载流的，一旦发生故障，则会产生故障接地电流。供配电过程中，接地体进行连接构成了整体，在设计过程中，接地线通常在不同的区域位置使用多于2根导体连接接地网。
另外，在设计供配电系统过程中，还可以应用到的优化设计措施包括：在电能控制室内设计静电地板，利用光带进行照明，在静电地板之下铺设接地支线；注意分开变电所照明室内室外的电路回路，在相同回路中再设计使用开关；在工业设计中，配电室底层须留电缆沟，在配电室第二层进行局部的电缆架空，配电室第二层层高注意保持在251mm至300mm高度以适宜放置电缆。通常情况下，变电所无须再做2800mm电缆架空层，可在电缆量大，进行单层结构设计时，设置一个电缆沟，该电缆沟的深度须在1.2m之上。
5、配变电所
所址选择，一般情况下供配电所会由高压配电室、电容器室、变压器室、低压配电室、控制室、工具材料室、检修场地等组成，针对具体工程可以有针对性的进行选配。配变电所在选址上应当尽量靠近负荷中心，并且能够保证进出线比较方便，应当尽量让配变电所靠近电气竖井或者接近工厂电源进线的一侧，这样能够有效避免电线路的迂回缠绕。如果是高层建筑配变电所最好能设置在负荷集中的地下层。
六、结束语
综上所述，工业厂房供电系统设计是一项内容丰富、综合性设计的工作，因此在进行工业供电设计的过程中，我们应满足工艺的设计要求为原则，确保设计的经济性、合理性，使供配电损耗降到最低，促进企业可持续发展。
参考文献：
[1]蒋晓雁.工厂供配电系统自动化抗干扰技术研究[J]，2013
[2]谭先军，潘燕虹.探析提高供配电系统电能质量的有效措施[J]，2013
论文作者:王建生
论文发表刊物:《电力设备》2015年3期供稿
论文发表时间:2015/11/2
标签：负荷论文; 变电所论文; 可靠性论文; 设备论文; 工厂论文; 系统论文; 电压论文; 《电力设备》2015年3期供稿论文;