浅谈电气自动化在供电系统中的设计

冯士涛

（安徽省铜陵市有色控股公司冬瓜山铜矿，安徽 铜陵 244000）

1 加强电气自动化技术应用的重要性

众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力来源，它可由其他形式的能量转化而来，又易于转化为其他形式的能量以供使用，电能既环保经济又便于控制、调节和运用，有利于实现生成过程程序化、自动化。因此，电能在我国现代化工业生产及整个国民经济生产中具有举足轻重的作用。电能在工业产品中虽然具有重要作用，但事实上它在产品成本中所占的比例是很小的。使用电气自动化系统进行工业生产不但可增加产品产量，而且可提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人劳动强度，改善工人作业环境，有利于实现生产过程的自动化。电气自动化对工厂实现工业现代化具有十分重要的意义。加强对工厂电气自动化技术的应用，可以最大程度地节约能源，而节约能源是时代发展的必然趋势，因此，实现电气自动化在工厂供电系统中的应用是必要的。

2 电气自动化设计方案

2.1 高压供电线路设计

变电所的主接线，应根据变电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件进行确定，并确保能满足安全、可靠、灵活和经济等要求。

2.1.1 主接线方案

对只装一台变压器的变电所主接线方案，其高压侧一般采用无母线的接线，根据高压侧采用的开关电器不同，主要有以下3种比较典型的主接线方案：（1）高压侧采用隔离开关—熔断器或户外跌开式熔断器的主接线方案；（2）高压侧采用负荷开关—熔断器或负荷型跌开式熔断器的主接线方案；（3）高压侧采用隔离开关—断路器的主接线方案。装有2台主变压器的变电所主接线方案，其典型的主接线方案为：（1）高压无母线、低压单母线分段的主接线方案；（2）高压采用单母线、低压单母线分段的主接线方案；（3）高低压侧均为单母线分段的主接线方案。

2.1.2 确定主接线方案

根据工厂供电系统中高压侧电压确定主接线方案。（1）10kV侧主接线方案。当工厂负荷的高压侧有一条10kV的公用电源干线时，就要考虑满足工厂二级负荷的要求，或采用与附近单位连接高压联络线的方式取得备用电源，因此，变电所高压侧有2条不同的电源进线时，一条工作，另一条备用，同时为保证供电的可靠性和安全性，10kV侧可采用单母线或单母线分段的方案。（2）380V侧主接线方案。在工厂中一般用电部门较多，为保证供电的可靠性和灵活性，可采用单母线或单母线分段接线的方案，对电能进行汇集，确保每一个用电部门都可方便地获得电能，安全使用电能。（3）方案确定。若主变采用一台变压器，总进线为2路时，为提高供电系统的可靠性，高压侧采用单母线分段形式，低压侧采用单母线形式。若主变采用2台变压器，总进线为2路时，为提高供电系统的可靠性，高压侧采用单母线分段形式，2台变压器在正常情况下分裂运行，当其中任意一台出现故障时另一台作为备用，当总进线中的任一回路出现故障时2台变压器并列运行。低压侧也采用单母线分段形式。

2.1.3 配电柜选择

配电柜是电气自动化系统中重要的组成部分，选择配电柜要满足下列要求：（1）对高压开关柜的结构选择时，应保证工作人员的安全，高压开关柜便于运行、维护、检查、检修和试验。（2）高压开关柜的结构应有足够的机械强度，以保证在操作一次设备时，二次设备不会产生永久性变形和影响性能的弹性变形。（3）开关柜内必须留有工作位置、试验位置，以保证手车处于以上位置时，不能随意移动。（4）确保开关柜内手车的推进与拉出灵活方便，不产生冲击力，相同规格的手车应具有互换性。（5）沿所有开关柜整个长度延伸方向应设有专用的接地导体，保证开关柜的安全使用。（6）二次回路导线应有足够的截面，以免影响互感器准确度，应使用铜导线，其截面电流回路不小于2.5 mm2、电压回路不小于1.5 mm2。（7）开关柜电缆室门要求带绞链，并与断路器联锁，满足“五防”功能的要求。（8）电流互感器的安装要便于拆装和做试验。（9）高压开关柜的结构必须是中置式开关柜，断路器室下部必须是一个独立小室，中间加隔板完全分开。

原有的配电柜系统通常采用固定式开关柜，而柜内继电保护主要是电磁式继电器，其操作复杂，稳定性较差，而且制约生产因素多，防护等级也达不到现有要求，根本不适应现代化企业生产发展的要求。综合比较现有的多种配电柜，研究其各自特点，最终确定采用KYN系列开关柜，主要是因为此柜采用了中置式结构，节约了断路器室约50%的空间，更有利于电缆的安装，且技术含量高，容量大，结构设计更加合理，牢固，外型美观，安全可靠，防护等级高，维修量小，还可以与微机接口，实现配电站的自动化。

2.2 无功补偿

在工厂供电系统中，功率因数的高低是评价电能质量的重要指标，假如功率因数偏低，说明供电系统中无功电源不足，就会导致系统电压降低而造成电能损耗增加，用电效率降低，限制了供电线路的送电能力。在实际工作生产中，一般供电部门要求工厂的月平均功率因素达到0.9以上，当企业的自然总平均功率因数较低，仅提高用电设备的自然功率达不到要求时，就要采用必要的无功功率补偿设备进一步提高工厂的功率因数。

2.2.1 高压集中补偿

高压集中补偿主要是将并联电容器集中装设在高压配电所的高压母线上，采用这种补偿方式只能补偿高压母线前边所有线路上的无功功率，而高压母线后面的无功功率却得不到补偿，这种补偿方式只适合于大中型企业。

2.2.2 低压集中补偿

低压集中补偿主要将并联电容器装设在变电所的低压母线上，一般适用于负荷较集中的小型企业，此补偿方式的优点是比较经济。

并联电容器量Qcc的确定如下：

式中，Pmax为总平均最大功率（kW）；cosφ1为最大使用时的平均功率因数；cosφ2、cosφ3为目标功率因数，取 0.97～0.98。

2.2.3 低压分散补偿

低压分散补偿主要是将并联电容器分散装设在各用电负荷附近。采用这种方式其补偿范围大，能减少高压线路上的无功功率，同时也能减少低压线路中的无功功率，减小电气设备的容量和各导线的截面，降低电能的损耗。这种方式用在负荷比较分散、补偿容量小的企业比较适宜。

补偿容量Qcc计算公式如下：

根据工厂供电系统实际情况，最后确定采用最优补偿方式进行补偿。例如工厂配备的用电设备大多属于电动机，那么需要补偿的容量就比较小，可采用电容器自动投补的方式进行补偿。

2.3 设备的选择与校验

工厂供电系统中的导线及电气设备主要包括电力变压器、高低压开关电器、互感器等，而这些组成部分需要依据正常工作条件、环境条件及安装条件进行选择，部分设备还需要依据故障情况进行短路电流的动稳定度、热稳定度校验，在保障供电系统安全可靠的前提下，力争做到运行维护方便，技术先进可靠，经济方面合理。供配电系统中的电气设备选择通常在正常工作条件下进行，主要是考虑电气设备装设的环境条件和电气要求，例如环境条件主要考虑电气设备所处的位置（户内或户外）、环境温度、海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求；电气要求主要考虑电气设备对电压、电流、频率等方面的要求；对开关电器及保护用设备，如开关、熔断器等，还应考虑其断流能力。电气设备短路情况的校验，按最大可能的短路故障（通常为三相短路故障）时的动、热稳定度进行校验。而对于熔断器和有熔断保护的电器和导体（如电压互感器等）以及架空线路等，一般不必考虑动、热稳定度的校验，对电缆也不必进行动稳定度的校验。

3 结语

通过对工厂供电系统的设计，电气自动化弥补了原有系统的不足，调整了负荷的分配，明确了补偿的方式，使工厂的供电系统得到优化，保证了供电安全可靠运行，减少了改造成本，提高了工厂供电系统综合利用电气自动化的可靠性。

［1］雍静.供配电系统［M］.北京：机械工业出版社，2003

［2］王合贞.高压并联电容器无功补偿实用技术［M］.北京：中国电力出版社，2006

［3］吕继光.工业厂房供配电模式的选择［J］.现代物业，2007（1）