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【摘 要】 在中小型化工企业供配电系统设计中，要进行负荷等级分类、系数选用、供配电系统布局和电动机控制模式设计，这是化工企业安全、可靠运行的重要前提，这不仅对化工厂经济、节能运行具有重要的作用，也能有效的降低项目投资。本文就以某中小型化工厂的供配电系统设计为例，分别从用电负荷分类及配电系统设计以等几个方面进行详细的介绍。
【关键词】 用电负荷；容量计算；供配电系统；电机控制模式
一般情况下，化工厂生产过程中接触到的原材料大多属于危险介质，具有易燃、易爆、有毒、高温的特点，如果出现了故障停电事故，轻则造成设备损坏，产品报废，重则造成爆炸、火灾、中毒，引起人身伤亡事故。因此，科学的设计化工企业的供配电系统，对一个项目来说是至关重要的。
一、项目概况
本项目占地53480 m2，建筑物用地面积13800m2。主要建构筑物包括： 五氧化二磷、聚磷酸、磷酸装置联合车间，氨站等15 个装置、车间和办公设施。供配电系统将为其提供电能，外部提供的进线电源为双回路10 kV 架空供电线路。
二、用电负荷
1、 负荷等级
本工程是化工连续性生产中小型项目，必须连续生产，其生产介质特点为高温、高压、有毒和易爆，如果出现非正常电力中断，易造成产品和设备报废。所以根据负荷分类选用原则，将本项目负荷等级选为二级，采用双路10 kV 高压电源供电。
2、负荷的容量计算
车间工艺负荷是化工厂用电负荷的最主要组成部分。工厂各类装置设备使用的同时系数和需要系数都影响着工艺负荷容量的计算。它主要包括： 各类泵、风机、搅拌器、离心机、空压机和照明等。
（1）同时系数
依据设计手册，用电设备组的设备功率是指不包括备用设备在内的所有单个用电设备的设备功率之和。考虑到负荷的最大化，动力设备的同时系数取1； 工厂照明的实际同时系数取0. 5 ～0. 6。
（2）需要系数
根据需要系数法确定计算负荷，工业用电设备的需要系数（ Kx） 取决于用电设备，如通风机、泵和压缩机等，生产类需要系数Kx 取0. 85； 照明类需要系数Kx 取0. 9。根据各车间的装置容量，以及办公楼、倒班宿舍、锅炉房、压缩机房、维修车间、中心化验室、配电室和消防泵房等的用电情况，在征求相关方意见后，确定工艺负荷的计算容量。
3、 负荷分布
该工程由于地形和用地条件较好，负荷分布属常规布置。按配电房深入负荷中心这一要求，绝大部分负荷呈半圆状环绕在配电房周围，只有氨站、消防泵房、压缩机房和锅炉房等负荷呈一直线在较远地带。
三、配电设计
1、 配电的总体布局
根据负荷的性质、容量大小、分布特点及供电半径，将变电所（ 配电房） 设置于厂区中部靠下侧位置。变电所分前后两部分，前半部分（ 靠车间侧）放置低压配电柜； 后半部分（ 靠围墙侧） 两端放置变压器，在中部位置设变配电所值班室。
2、 高压配电系统
该厂的主电源由当地的两个开关站提供，两个相互独立的10 kV 专线，两路电源同时工作，互为备用； 分别采用架空线敷设进入两个变压器室。在1#、2#变压器前端户外线路上分别串接1个型号为RW10 - 10 （ F） 负荷型跌开式熔断器，此熔断器是在一般跌开式熔断器的上静触头上面加装一个简单的灭弧室，它既能实现短路保护，又能带负荷操作，还能起到隔离开关的作用。同时，在高压侧安装型号为FS4 - 10 避雷器。避雷器与变压器400 V 侧中性点及变压器外壳共同接地，并將变压器的接地中性线（ PEN 线） 引入配电室内。
变压器选用S9 型低损耗节能油浸式配电变压器，绝缘等级A 级，防护等级IP20。变压器绕组采用了Dyn11 连接组别，此连接方式可使供电系统中的3 次谐波形成环流通路，从而不致注入公共的高压电网； 由于零序阻抗小，更有利于低压侧单相接地短路故障的保护和切除； 还可以耐受较高的单相不平衡负荷引起的中性线电流。变压器配有绕组热保护装置，主要功能包括： 温度传感器断线报警，超温报警、跳闸，三相绕组温度巡回检测及最大值显示，RS485 远传标准信号输出（ 至高压柜、信号屏、电力能源管理系统） 等。
3 、低压配电系统
低压（ 0. 4 kV） 进线分别来自1#和2#变压器，低压（ 0. 4 kV） 侧采用单母线分段运行，中间设母联柜（ 见图2） 。母联柜设有延时（ 0 ～ 1s） 自投方式，有“自投自复”、“自投手复”、“自投停用”等三种位置状态，并具有电气闭锁，防误操作。低压开关柜采用GCS 柜，额定电压400 V，主母线额定电流2500 A，防护等级IP3X。断路器为插拔式，进线柜、联络柜和大容量重要馈电柜的断路器具有长延时过电流、短延时过电流、瞬时过电流及接地故障保护，并带有通讯模块，通过数据总线实现遥信、遥测、遥控功能。
低压配电采用树干式与放射式混合配电。办公楼照明和宿舍楼照明采用树干式配电，其供电电缆从配电房穿管埋地至各自的XLL2 柜，再分配到各照明配电箱。所有动力负荷、照明、仪表电源等均采用放射式配电，放射式配电电缆则通过电缆桥架送到各用电单体或控制柜。电缆桥架采用XQJ - P - 01 系列，桥架分别为仪表、控制、动力电缆三层。
为保护带集成电路的大量电子设备，所有仪表电源和弱电（ 火灾报警、综合布线、保安监控、有线电视） 电源的馈电线路中均加浪涌保护器。浪涌是超出正常工作电压的瞬时过电压。供电系统浪涌的来源分为外部的雷电原因和内部的电气。
四、电机控制
由于该项目的电机控制均要求在现场和DCS均能实现启停及信号反馈，因此项目的控制方式分别采用： 普通电机控制模式、带变频器电机普通控制模式和带变频器电机正反转控制模式。 1、普通电机控制模式
普通电机控制模式，也是电机直接启动模式。交流电动机起动时，配电母线上的电压不宜低于额定电压的90%。本工程由于2 台变压器的容量是1600 kVA，按经验值估算，电机功率≤20%SN （ 变压器容量） 时，可采用直接启动。所以该工程除需变频调速的电机外，所有电机均采用直接启动。
电机控制在现场设操作柱，选择开关“SA”位于操作柱上，有“自控”、“停”、“手动”三种位置状态。采用“两灯两钮一开关”的BZC 防爆操作柱，电机运行、故障状态均能在GCS 柜和操作柱上显示。见图3 （ 虚线框内设备安装于现场操作柱上） 。
2、带变频器电机普通控制模式
当工艺有调速要求时，选用带变频器起动，即可达到调速的作用，也能达到经济运行的目的。现场操作柱、控制回路也基本不变。
3、带变频器电机正反转控制模式
螺旋输送机、提升机等就需采用此种模式，它既要有调速，又能正反转电机。现场操作柱选“三灯三钮一开关”的BXK 防爆操作箱，增加一个反转启动钮和指示灯。控制回路变动较大，DCS信号变为正转启停和反转启停，指示灯回路增加1个，端子排也相应增加信号回路。
结束语：
综上所述，我们基于安全、可靠、经济供电的角度，对中小型化工项目的用电负荷分类、供配电系统设计、电动机控制模式选用等方面进行了基本设计要求和原则讲解。
由此得出结论，作为化工厂的重要组成部分，配电系统设计的质量将直接关系到化工厂的安全和稳定运行。因此必须要做好供配电系统设计，为化工厂的生产和生活提供安全、可靠、优质的电能供应。
参考文献：
[1]周骏.高科技园区智能化弱电系统的完善[J].中国新技术新产品. 2014（09）
[2] 金强敏.浅析创新技术下的工厂供电[J].科技与企业. 2014（02）
[3] 杨勇.《工厂供配电技术》课改探索[J].现代妇女（下旬）. 2014（11）
[4] 姜永豪.高职《工厂供电》课程教学改革研究[J].国网技术学院学报. 2014（05）
[5] 全建锐.浅谈工厂配电系统的设计[J].中國高新技术企业. 2013（34）
【关键词】 用电负荷；容量计算；供配电系统；电机控制模式
一般情况下，化工厂生产过程中接触到的原材料大多属于危险介质，具有易燃、易爆、有毒、高温的特点，如果出现了故障停电事故，轻则造成设备损坏，产品报废，重则造成爆炸、火灾、中毒，引起人身伤亡事故。因此，科学的设计化工企业的供配电系统，对一个项目来说是至关重要的。
一、项目概况
本项目占地53480 m2，建筑物用地面积13800m2。主要建构筑物包括： 五氧化二磷、聚磷酸、磷酸装置联合车间，氨站等15 个装置、车间和办公设施。供配电系统将为其提供电能，外部提供的进线电源为双回路10 kV 架空供电线路。
二、用电负荷
1、 负荷等级
本工程是化工连续性生产中小型项目，必须连续生产，其生产介质特点为高温、高压、有毒和易爆，如果出现非正常电力中断，易造成产品和设备报废。所以根据负荷分类选用原则，将本项目负荷等级选为二级，采用双路10 kV 高压电源供电。
2、负荷的容量计算
车间工艺负荷是化工厂用电负荷的最主要组成部分。工厂各类装置设备使用的同时系数和需要系数都影响着工艺负荷容量的计算。它主要包括： 各类泵、风机、搅拌器、离心机、空压机和照明等。
（1）同时系数
依据设计手册，用电设备组的设备功率是指不包括备用设备在内的所有单个用电设备的设备功率之和。考虑到负荷的最大化，动力设备的同时系数取1； 工厂照明的实际同时系数取0. 5 ～0. 6。
（2）需要系数
根据需要系数法确定计算负荷，工业用电设备的需要系数（ Kx） 取决于用电设备，如通风机、泵和压缩机等，生产类需要系数Kx 取0. 85； 照明类需要系数Kx 取0. 9。根据各车间的装置容量，以及办公楼、倒班宿舍、锅炉房、压缩机房、维修车间、中心化验室、配电室和消防泵房等的用电情况，在征求相关方意见后，确定工艺负荷的计算容量。
3、 负荷分布
该工程由于地形和用地条件较好，负荷分布属常规布置。按配电房深入负荷中心这一要求，绝大部分负荷呈半圆状环绕在配电房周围，只有氨站、消防泵房、压缩机房和锅炉房等负荷呈一直线在较远地带。
三、配电设计
1、 配电的总体布局
根据负荷的性质、容量大小、分布特点及供电半径，将变电所（ 配电房） 设置于厂区中部靠下侧位置。变电所分前后两部分，前半部分（ 靠车间侧）放置低压配电柜； 后半部分（ 靠围墙侧） 两端放置变压器，在中部位置设变配电所值班室。
2、 高压配电系统
该厂的主电源由当地的两个开关站提供，两个相互独立的10 kV 专线，两路电源同时工作，互为备用； 分别采用架空线敷设进入两个变压器室。在1#、2#变压器前端户外线路上分别串接1个型号为RW10 - 10 （ F） 负荷型跌开式熔断器，此熔断器是在一般跌开式熔断器的上静触头上面加装一个简单的灭弧室，它既能实现短路保护，又能带负荷操作，还能起到隔离开关的作用。同时，在高压侧安装型号为FS4 - 10 避雷器。避雷器与变压器400 V 侧中性点及变压器外壳共同接地，并將变压器的接地中性线（ PEN 线） 引入配电室内。
变压器选用S9 型低损耗节能油浸式配电变压器，绝缘等级A 级，防护等级IP20。变压器绕组采用了Dyn11 连接组别，此连接方式可使供电系统中的3 次谐波形成环流通路，从而不致注入公共的高压电网； 由于零序阻抗小，更有利于低压侧单相接地短路故障的保护和切除； 还可以耐受较高的单相不平衡负荷引起的中性线电流。变压器配有绕组热保护装置，主要功能包括： 温度传感器断线报警，超温报警、跳闸，三相绕组温度巡回检测及最大值显示，RS485 远传标准信号输出（ 至高压柜、信号屏、电力能源管理系统） 等。
3 、低压配电系统
低压（ 0. 4 kV） 进线分别来自1#和2#变压器，低压（ 0. 4 kV） 侧采用单母线分段运行，中间设母联柜（ 见图2） 。母联柜设有延时（ 0 ～ 1s） 自投方式，有“自投自复”、“自投手复”、“自投停用”等三种位置状态，并具有电气闭锁，防误操作。低压开关柜采用GCS 柜，额定电压400 V，主母线额定电流2500 A，防护等级IP3X。断路器为插拔式，进线柜、联络柜和大容量重要馈电柜的断路器具有长延时过电流、短延时过电流、瞬时过电流及接地故障保护，并带有通讯模块，通过数据总线实现遥信、遥测、遥控功能。
低压配电采用树干式与放射式混合配电。办公楼照明和宿舍楼照明采用树干式配电，其供电电缆从配电房穿管埋地至各自的XLL2 柜，再分配到各照明配电箱。所有动力负荷、照明、仪表电源等均采用放射式配电，放射式配电电缆则通过电缆桥架送到各用电单体或控制柜。电缆桥架采用XQJ - P - 01 系列，桥架分别为仪表、控制、动力电缆三层。
为保护带集成电路的大量电子设备，所有仪表电源和弱电（ 火灾报警、综合布线、保安监控、有线电视） 电源的馈电线路中均加浪涌保护器。浪涌是超出正常工作电压的瞬时过电压。供电系统浪涌的来源分为外部的雷电原因和内部的电气。
四、电机控制
由于该项目的电机控制均要求在现场和DCS均能实现启停及信号反馈，因此项目的控制方式分别采用： 普通电机控制模式、带变频器电机普通控制模式和带变频器电机正反转控制模式。 1、普通电机控制模式
普通电机控制模式，也是电机直接启动模式。交流电动机起动时，配电母线上的电压不宜低于额定电压的90%。本工程由于2 台变压器的容量是1600 kVA，按经验值估算，电机功率≤20%SN （ 变压器容量） 时，可采用直接启动。所以该工程除需变频调速的电机外，所有电机均采用直接启动。
电机控制在现场设操作柱，选择开关“SA”位于操作柱上，有“自控”、“停”、“手动”三种位置状态。采用“两灯两钮一开关”的BZC 防爆操作柱，电机运行、故障状态均能在GCS 柜和操作柱上显示。见图3 （ 虚线框内设备安装于现场操作柱上） 。
2、带变频器电机普通控制模式
当工艺有调速要求时，选用带变频器起动，即可达到调速的作用，也能达到经济运行的目的。现场操作柱、控制回路也基本不变。
3、带变频器电机正反转控制模式
螺旋输送机、提升机等就需采用此种模式，它既要有调速，又能正反转电机。现场操作柱选“三灯三钮一开关”的BXK 防爆操作箱，增加一个反转启动钮和指示灯。控制回路变动较大，DCS信号变为正转启停和反转启停，指示灯回路增加1个，端子排也相应增加信号回路。
结束语：
综上所述，我们基于安全、可靠、经济供电的角度，对中小型化工项目的用电负荷分类、供配电系统设计、电动机控制模式选用等方面进行了基本设计要求和原则讲解。
由此得出结论，作为化工厂的重要组成部分，配电系统设计的质量将直接关系到化工厂的安全和稳定运行。因此必须要做好供配电系统设计，为化工厂的生产和生活提供安全、可靠、优质的电能供应。
参考文献：
[1]周骏.高科技园区智能化弱电系统的完善[J].中国新技术新产品. 2014（09）
[2] 金强敏.浅析创新技术下的工厂供电[J].科技与企业. 2014（02）
[3] 杨勇.《工厂供配电技术》课改探索[J].现代妇女（下旬）. 2014（11）
[4] 姜永豪.高职《工厂供电》课程教学改革研究[J].国网技术学院学报. 2014（05）
[5] 全建锐.浅谈工厂配电系统的设计[J].中國高新技术企业. 2013（34）