引言

隨著國家電力系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)行規(guī)范的完善,工業(yè)廠房中一、二級用電負荷的供配電要求也在變化,且供電系統(tǒng)的合理選擇直接關系到供電的安全性、投資的經(jīng)濟性、工藝設備及消防用電的可靠性等各方面。因此,本文就工業(yè)廠房如何合理選用一、二級用電負荷供電系統(tǒng)這一問題展開探討。

1現(xiàn)行規(guī)范對工業(yè)廠房負荷的分級

《建筑設計防火規(guī)范（2018年版）》（GB50016一2014）d1[第10章對工業(yè)建筑消防負荷等級規(guī)定總結如下:

（1）消防用電按一級負荷供電:建筑高度大于50m的乙、丙類廠房和丙類倉庫。

（2）消防用電按二級負荷供電:1）室外消防用水量大于30L]s的廠房（倉庫）:2）室外消防用水量大于35L]s的可燃材料堆場、可燃氣體儲罐（區(qū)）和甲、乙類液體儲罐（區(qū)）。

（3）除本規(guī)范第10.1.1條和第10.1.2條外的建筑物、儲罐（區(qū)）和堆場等的消防用電,可按三級負荷供電。

《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB50052一2009）第3章對電力負荷等級劃分的側重點在于供電可靠性要求及中斷供電對人身生命安全（國家法律要求）和生產(chǎn)過程、生產(chǎn)裝備安全（企業(yè)內(nèi)部判定）的經(jīng)濟損失上所造成的影響程度d2[,這可根據(jù)不同工業(yè)廠房工藝差異性進行分級。

除以上兩種規(guī)范規(guī)定外,各類建筑專項設計規(guī)范也對其供電負荷等級有相關規(guī)定。

2現(xiàn)行規(guī)范對一、二級負荷的供電要求

《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB50052一2009）d2[第3.0.2條規(guī)定:"一級負荷應由雙重電源供電,當一電源發(fā)生故障時,另一電源不應同時受到損壞。"第3.0.3條規(guī)定:"一級負荷中特別重要的負荷供電,應符合下列要求:1.除應由雙重電源供電外,尚應增設應急電源,并嚴禁將其他負荷接入應急供電系統(tǒng)。2.設備的供電電源的切換時間,應滿足設備允許中斷供電的要求。"第3.0.7條規(guī)定:"二級負荷的供電系統(tǒng),宜由兩回線路供電。在負荷較小或地區(qū)供電條件困難時,二級負荷可由一回6kV及以上專用的架空線路供電。"

《建筑設計防火規(guī)范（2018年版）》（GB50016一2014）d1[第10.1.4規(guī)定:"消防用電按一、二級負荷供電的建筑,當采用自備發(fā)電設備作備用電源時,自備發(fā)電設備應設置自動和手動啟動裝置。當采用自動啟動方式時,應能保證在30s內(nèi)供電。"

結合上述兩種規(guī)范,可以很明確地對工業(yè)廠房的負荷等級進行分級。工業(yè)廠房中二級負荷供電一般采用一路高壓市電+柴油發(fā)電機或兩路高壓市電供電方式,一級負荷一般采用兩路高壓雙重市電+柴油發(fā)電機供電方式。

3常用一、二級負荷供配電系統(tǒng)

3.1方案1:一路10kV市電＋備用發(fā)電機供電

從市政高壓電網(wǎng)引一路電源作為主用電源,設置柴油發(fā)電機作為消防和工藝用電一、二級負荷備用電源。柴油發(fā)電機需在30s內(nèi)達到額定轉速、電壓和頻率,才能滿足消防用電要求d1。備用電源與市電有嚴格的電氣及機械聯(lián)鎖,防止并列運行及倒供給市電（發(fā)電機及變壓器聯(lián)鎖要求各方案均應滿足,當車間用電負荷較少時,可采用一臺變壓器+柴油發(fā)電機供電）。變壓器二次側采用分段單母線接線,運行時單母線分段運行,母聯(lián)斷路器12ZK分閘。12ZK與1ZK、2ZK間設機械及電氣聯(lián)鎖,12ZK開關僅在1ZK、2ZK之一斷開時方可合閘d3[。系統(tǒng)圖如圖1所示。

優(yōu)點:10kV高壓側主接線圖簡單,變壓器二次側采用分段單母線接線,中間設置母聯(lián),變壓器互為備用,低壓側供電可靠性高。

缺點:10kV分段單母線接線,高壓側可靠性較低。當高壓側故障時,市電無法保證供電需求,此時需聯(lián)鎖啟動柴油發(fā)電機,而柴油發(fā)電機一般容量有限,因此只能保障消防負荷、部分重要負荷的供電。

應用場所:應用于大部分丙類廠房配電方案中,廠房大部分工藝、動力用電可靠性無特殊需求。柴油發(fā)電機作為備用電源,只需滿足消防用電及部分工藝用電二級負荷的要求。

3.2方案2:兩回路10kV市電備自投供電

從市政高壓電網(wǎng)引入兩回路高壓電源作為主備用電源,兩路高壓電源平時一路投入。當一路進線停電時,備自投動作,讓另一路電源作為主用電源。當兩回路電源為雙重電源（雙重電源:分別來自不同電網(wǎng)的電源,或來自同一電網(wǎng)但運行時互相之間聯(lián)系很弱,或同一個電網(wǎng)但其間的電氣距離較遠,一路電源任意一處出現(xiàn)異常運行或發(fā)生短路故障時,另一路電源仍能不中斷供電）,且設置發(fā)電機作為應急電源時,系統(tǒng)滿足一級負荷供電要求。系統(tǒng)圖如圖2所示。

優(yōu)點:相對10kV分段單母線接線方式,節(jié)省中壓柜數(shù)量,節(jié)省設備造價,減少高壓站建筑面積。

缺點:相對10kV分段單母線接線,供電可靠性較低,當中壓柜發(fā)生故障時,無法保證供電需求。每路10kV高壓進線電纜截面積均需滿足所有用電負荷需求,增加了高壓電纜的投入。當高壓進線電源點較遠時,電纜增加的成本會大于中壓柜節(jié)約的成本。

應用場所:適用于工業(yè)廠房中一、二級負荷用電量較高的場所,低壓發(fā)電機滿足不了一、二級用電需求,設置高壓發(fā)電機費用較高,且高壓電源進線距離市政電源點較近,可采用此供電方案。

3.3方案3:兩回路10kV市電分段單母線供電

從市政高壓電網(wǎng)引入兩路電源作為主用電源,高壓側采用分段單母線接線,中間設母聯(lián)。正常運行時,10kV單母線分段運行,母聯(lián)斷路器12QF分閘。12QF與1QF、2QF間設機械及電氣聯(lián)鎖,12QF開關僅在1QF、2QF之一斷開時方可合閘。變壓器二次側采用分段單母線接線,變壓器互為備供。當兩回路電源為雙重電源,且設置發(fā)電機作為應急電源時,本系統(tǒng)滿足一級負荷供電要求。系統(tǒng)圖如圖3所示。

優(yōu)點:高壓側互為備供、低壓側互為備供,供電可靠性高。變壓器負荷均勻分布在不同母線上,當高壓母聯(lián)只考慮另一側母線所帶一、二級負荷時,高壓進線截面積相對方案2會減小。

缺點:相對10kV雙電源進線單母線接線,增加了中壓柜設備投資,聯(lián)鎖邏輯較復雜。

應用場所:廣泛應用于一、二級用電負荷大的場所,如電子信息廠房、醫(yī)藥制造廠房、化工廠房等。此供配電系統(tǒng)在大型公建中也廣泛應用。

3.4方案4:兩回路10kV市電分段單母線供電,低壓側設專用檢修變壓器

高壓側接線方式與方案3相同,低壓側采用單母線接線方式,設一臺專用檢修變壓器,當常用變壓器發(fā)生故障或檢修時,檢修變壓器投入使用,檢修變壓器與4臺主用變壓器電氣聯(lián)鎖。系統(tǒng)圖如圖4所示。

優(yōu)點:電子廠房等場所變壓器檢修、故障會對工藝設備、生產(chǎn)造成重大經(jīng)濟損失。當采用變壓器互為備供時,變壓器負載率一般不超過55%,造成變壓器臺數(shù)增多。當設置一臺專用檢修變壓器時,常用變壓器負載率可提高至7A%～8A%,可節(jié)省造價。

缺點:檢修變壓器平時空載運行,檢修變壓器不能同時作為多臺變壓器備用電源。

應用場所:應用于工藝、動力負荷大部分為一、二級負荷,且變壓器檢修及故障時不允許長時間斷電的場所。同一變配電房中變壓器裝機容量大的場所更能體現(xiàn)成本優(yōu)勢。

4方案3、方案4工程設計實例比較

某新建電子廠房負荷相對集中的變配電房預計設置6臺2A003kV變壓器,負載率為A0%。目前采用"1＋1系統(tǒng)"（方案+）,2臺常用變壓器互為備用,要求變壓器長期在負載率7≤AA%的工況下運行。綜合考慮設備采購及后期運行成本,評估討論"N＋1系統(tǒng)"（方案4）,即N臺常用變壓器（AA%≤負載率7≤8A%）＋1臺維修變壓器是否更優(yōu)。分析如表1所示。

綜合表1可知,"N＋1系統(tǒng)"（方案4）設備購置費少且年運行成本低,建筑空間需求小,符合55%≤變壓器負載率7≤85%的要求,但安全可靠性較差、變壓器無法同時備供,在負荷集中的變配電房中能體現(xiàn)優(yōu)勢:"1＋1系統(tǒng)"（方案3）變壓器均可同時互為備供,安全可靠性高,供電方案可全廠分散設置,運維管理相對熟練。

5結語

綜上所述,可明確工業(yè)廠房是否采用一、二級負荷供電并合理選擇供配電方案。在實際工程中,也應根據(jù)不同建筑類型、不同用電需求、不同供電條件具體分析,互相比選,選擇經(jīng)濟合理、安全可靠的供電方式,為整個工程增值。

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