高可靠性用电场所的配电设计

刘泽西 王 勇 刘小丽

（西北核技术研究所，西安 710024）

高可靠性用电场所的配电设计

刘泽西 王 勇 刘小丽

（西北核技术研究所，西安 710024）

本文从工程实例出发，列举了采用双电源供电、环形供电、UPS在线供电等综合措施提高供电可靠性，对高可靠性供电场所供电设计具有参考意义。

高可靠性；配电；设计

随着科研机构、医院等高精密用电设备的不断增多，其供电可靠性要求也越来越高，有些实验过程不能停电、病人做手术时供电更不能中断，一旦供电中断将使实验前功尽弃，造成经济损失或危及病人生命，因此，这些场所的配电可靠性设计显的尤为重要，设备选型也应选用技术更加成熟可靠的产品和系统结构，以确保用电设备不间断供电。

1 合理的负荷分级

高可靠性用电场所也并不是所有用电都要求为一级负荷供电，方案设计阶段，需认真调研分析，将用电负荷合理分级。用电等级高的负荷采取特别措施，保证重要负荷不间断供电，一般负荷常规配电，这样可以在预算资金范围内，满足各级负荷用电需求，避免用电等级低的负荷高配用电等级，造成不必要的浪费。

图1 配电系统示意图

2 配电系统结构

合理设计配电系统结构是保障用电质量的关键环节，采用辐射式或环网供电可提高供电可靠性，重要回路采用单独回路供电或双回路供电，避免采用树状式供电。低压电源进线宜选取环网结构的网络节点或不同电网的两个电源进线，电源母线采用分段形式，两段母线间设置联络开关，当一个电源故障或停电时，另一电源能自动投入运行并担负全部负荷供电。当不具备两电源供电条件时，应设计备用发电机组，当市电故障时自启动备用发电机组，确保一级负荷用电设备正常供电。 如图1所示，为某科研实验楼配电系统图。其为双电源供电系统，配电柜AA5为一级负荷供电，配电柜AA3为二级负荷供电。一级负荷系统配置了设置了油机发电站，考虑了两路电源同时故障的特殊情况下，由油机发电站为配电柜AA5提供电能。同时，一级负荷系统还配置了冗余式UPS，确保一级负荷的高灵敏设备在电源切换情况下不间断供电。QF1和QF2为带失压断电功能的电动操作断路器，当因一路电源因故障停电时，断路器自动断开线路（市电恢复供电时需手动合闸），智能联络开关 QF3合闸，另一路电源负责全负荷供电；当故障电源恢复供电时，智能联络开关QF3断开，恢复到故障前供电状态。这样，就确保了一级负荷在两个电源同时故障的特殊情况下也能不间断供电。二级负荷系统配置了无功补偿，当供电电压发生暂降时，给系统注入一个功率量弥补电压损失，从而保持系统电压相对稳定[1]。大功率通风设备增设了软启动装置，软启动装置能使启动电流比较平稳地上升，避免了由于风机起动时大电流对系统的冲击及电压扰动，软启动装置与自耦降压起动和变频起动相比，性价比较高，对经费控制较严格的工程比较适宜。

3 选用适当容量的UPS和备用电源

高精密用电设备要求供电的连续性也高，往往不允许有0.1s甚至更短时间的停电，这样，只有UPS系统才能满足连续不间断供电要求。根据负荷分级确定的各等级的负荷大小，选取适合容量的UPS系统，保证高等级负荷不间断供电。同时，配置与UPS系统容量相适应的备用电源，以备两路市电同时停电时的应急供电。

4 适当容量的无功补偿

配电系统中往往存在为数不少的感性负载，至使系统功率因数下降，使设备的工作电流增大，造成线损增加、线路压降增大，也会使系统工作电压不稳定；大容量设备直接起动也会使线路电压不稳定，影响高精密设备的正常运行；由于大量单相负荷的运行，往往致使各相负荷不平衡，从而造成各相电压不平衡，严重时会造成设备损坏。设计适当容量的无功补偿，可补偿无功损耗，提高系统功率因数，降低线路损耗，改善系统不平衡程度[1]。

5 选用高可靠性配电设备及元件

提高配电设备质量是保证供电可靠的前提，配电设计时，应参考质量性能高的设备，选用性能优良、可靠性高，免维护、少维护、检修方便的设备，设计选用全封闭和抽屉式开关柜及设备，提高回路间开关互换性，提高设备的运行可靠性，减少由于设备原因造成的停电。开关及设备选择知名品牌或大型企业，有条件时，选用专用设备生产厂家生产的设备，其生产加工工序较规范，有严格的出厂检验，质量容易得到保证，从而提高配电系统的可靠水平。

6 设置合理的配电监测及故障记录系统

配电自动监测与故障记录系统是提高配电系统可靠性的有效手段。实时记录、存储系统电压、负荷变化情况，形成日报表和负荷曲线，故障时能快速记录故障波形与故障数据。便于随时了解系统运行参数与负荷变化情况，迅速诊断故障性质和故障位置，对快速排除故障，减少停电时间，提高系统安全、可靠性运行具有积极的意义。有条件时，考虑实施母线分段供电与配电线路自动化，当发生故障后能自动隔离故障回路，自动恢复对非故障区段的供电。

7 建立科学的运行管理机制

供电系统建设完工后，科学的配电系统运行管理与维护机制，是配电系统安全可靠运行的重要保障。有计划地对配电系统巡查，推行带电检测、维护，发现事故隐患及时排除，增强值班人员责任心，有效利用配电监测系统，做好供电值班负荷登记统计工作，掌握负荷及回路参数变化情况及规律，能及时发现供电异常情况，做到有针对性地检修维护，对超负荷用电回路用户，提出错峰用电意见并列入扩容改造计划。

8 结论

对高可靠性用电场所的配电设计，只有根据用户重要性和资金投入等实际情况，采取一种或多种有效方法，满足用户不间断用电的需要，达到节约电能、提高生产效率的目的。

[1] [意]Angelo Baggini. 肖湘宁，陶顺，徐永梅译.电能质量手册[M]. 北京：中国电力出版社. 2010, 3.

[2] 《电气工程师手册》第二版编辑委员会. 电气工程师手册. 北京：机械工业出版社. 2002, 9.

[3] 左斌. 智能建筑设备手册[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2003, 3.

刘泽西（1965-）本科学历，高级工程师，主要从事建筑配电设计工作。