海水淡化工厂供配电系统的设计探讨

王华利

（青岛百发海水淡化有限公司，山东 青岛 266043）

1 海水淡化工厂供配电系统设计的基本原则

根据国家标准GB 50052-95《供配电系统设计规范》、GB 50053-94《10 kV及以下设计规范》以及GB 50054-95《低压配电设计规范》等规定，青岛百发海水淡化厂供配电设计需要严格遵循以下原则。

1.1 保证系统安全

在供配电设计中，必须确保人身和设备的安全。电气设计中，供配电系统的可靠性和安全性十分重要，其中电气一级负荷最重要。一级负荷涵盖消防设备，消防设备中有应急照明、消防控制室以及消防电梯等。一级负荷中还有柴油发电机送风机、消防泵房的污水泵和送风机等。一级负荷用电设备设有两路电源和应急电源。应急电源的作用是在特殊情况下确保用电设备一级负荷的供电。

1.2 满足工厂的电能需求

满足工厂电能需求，同时要充分确保电能质量，实现工厂用电正常。建立供配电系统时，要充分考虑成本和应用的能耗情况。不但要减少必要的运费，也要在原来的基础上最大程度地降低对有色金属的消耗。要科学合理选择变压器，选择有节能作用的变压器。此外，要充分利用现有设备，提升变压器性能利用率和运行效率。同时，可以大幅度降低变压器的功能耗损，从损耗小的导线开始减少电线长度，防止线路出现重叠和交叉。

1.3 考虑生产发展引起的负荷变化

在制定供配电系统方案时，要充分考虑未来生产发展引起的负荷变化。合理的供配电系统是实现节电的前提。供电方案的合理性取决于用电量的预测，而分配系统的合理性也十分重要。因此，需要尽量减少配电级数，设计出更加合理的配送方案。上下级协调的复杂程度随着配电级数的增加而升高，且会增加元件数量和配线电缆，提升故障概率。然而，供电质量和电缆长度会直接影响配电方式，二者之间存在紧密关系。配电线路不合理的主要原因是配电室的位置设计不合理。因此，在设计内部配电系统时，需要有效优化配电室位置，否则无法达到节能的效果。

2 海水淡化工厂供电设计内容

选择变电站和总降压变压器时，需要全面考虑总降压变电所的位置等因素，根据全厂计算负荷和扩容备用的需要，充分保证变压器的容量与数量。此外，需综合考虑变电所配电回路数、负荷的供电级别以及接地制式，计算负荷的大小和变压器的台数，明确变电站高低接线方式。

按自身的负荷状况和工艺要求，从技术经济合理性上确定供电电压。根据负荷布置和总降压变电站的位置，比较几种可行的高压配电网和低压配电网的布置方案，计算导线截面、路径以及电压损耗。此外，需比较不同方案的可靠性、电压损失、基础设施投资、年运行费用以及有色金属消耗等综合技术经济指标，最终选出最佳方案。

根据负荷计算总降压变电所功率因数，利用计算结果计算供电部门要求需要的补偿无功功率，按手册或产品样本选择需要的补偿点数量与规格，最终确定电容补偿柜。此外，需按照短路电流计算数据、对应的额定值以及各回路计算负荷等，选择变电所的低压和高压侧电气设备，如开关柜、母线、隔离开关以及电缆等设备。

结合当地的地质与气象条件，还需设计防雷与防过电压保护装置，计算防雷保护等级，最后计算避免出现反击情况的空间距离。为防止过电压，根据避雷器的基本参数，如避雷灭弧电压、冲击接地电阻、频率放电电压以及最大允许安装距离等，选择避雷器并确定其位置。

3 海水淡化工厂的供配电系统设计方法

3.1 负荷分级的选择

在设计供配电时，要做好负荷分级。按照电力负荷事故为政治和经济等带来影响的程度，将其分成3个等级。事故造成的损失和影响越大，对供电的要求越高。其中，一级负荷的要求最严格，为防止工供电中断，需持续供应电力，需配备应急电源与双电源；在线路出现故障时，二级负荷可确保不受断电影响或及时断电也可尽快恢复[1]；三级负荷只要确保设备正常供电即可。在海水淡化企业配电中，需根据企业性质及对经济和政治的影响合理选择电力负荷。一般应选择一级负荷和二级负荷。

3.2 变配电站的选择

变配电站一般由电源总进线、高压配电室、变压器室、低压配电室、电容器室以及控制室等组成。它的选址十分重要，一般设置在负荷中心的附近。一般需要将供电半径合理控制在250 m范围内，最大不能超出300 m。为了提高进出线的便利，变配电站需要与工厂进线一侧相邻[2]。

3.3 导线、电缆的选取

要确保工厂供配电的安全，应根据工厂供配电系统的载流量、电压等级、发热条件以及电缆机械强度等要求，科学选择电缆与导线。要严格根据负载的大小，确定10 kV及以下高压线路和电压动力线路的截面，然后校验电压损耗和机械强度。此外，选择电缆类型还应考虑敷设条件。选择自动化控制相关的电缆时，应充分考虑屏蔽问题，以提高生产稳定性。

3.4 高低压电容补偿的选择

在海水淡化厂供配电设计中，为了节约能源，提高供电质量，应根据负荷性质计算无功负荷。参照计算结果，采用就地无功补偿和几种无功补偿相结合的方式。无功补偿装置采用具有自动补偿的装置，功率因数一般补偿到0.9以上。集中补偿、分组补偿以及单台电机就地补偿为常用的无功补偿法。

3.5 保护接地与接地装置设计

连接接地体、总等电位接地排以及总等电位接地排中设备和装置接地部分的金属导体称为接地线。接地有功能性接地和保护性接地两种。其中，功能性接地包括屏蔽接地、工作接地、信号接地以及直流接地等；保护性接地包括防静电接地、防雷接地以及防电击接地等。目前，海水淡化工厂中存在很多工艺设备，需要通过保护接地线和总等电位接地排连接。保护接地的接地电阻不能高于4 Ω，防雷接地和保护接地共用的接地电阻要低于1 Ω。另外，要充分保证部分精密实验仪器有精准的检测度，确保人身的安全性，需保证零地电压低于4 V，接地电阻低于3 Ω。工厂中还有一些输送或存储易燃液体的容器与管道，需设置为静电接地，并确保接地装置的接地电阻低于100 Ω。

3.6 防雷设计

在设计供配电系统时，需做好防雷设计工作。以建筑外的金属屋面为例，可将屋面当作接闪器，钢柱可兼作防雷引下线，全部的金属构件要与引下线可靠连接。但是，若为混凝土屋面，则在侧顶沿女儿墙、转角、屋檐、屋脊及屋面四周敷设避雷带，从而在屋面上形成相应规格的避雷网，并保证屋面各金属构件与其可靠连接。全部防雷引线要连接到接地电气上。当接地体为建筑物基础时，则建筑电气接地（重复接地、工作接地、保护接地）与防雷接地共用基础接地体，接地电阻不应高于1 Ω。另外，为防止电气设备被雷击受到电磁脉冲影响，需要将级别不同的浪涌保护器设置在相应的防雷区。

3.7 管线敷设

管线敷设时应当做好准备工作，遵循敷设原则以及进行技术交底。首先，做好准备工作。按照设计选择管线型号规格和合理的敷设方式，并依据设计图纸做好暗管敷设和混凝土垫层。施工完成一天后，及时拆除封堵出线口分线盒的装置，清理管路线槽垃圾杂物。其次，遵循敷设原则。线槽内导线中截面积需要小于线槽内截面30%。分槽敷设弱电回路和强电回路，排放分组，施工电源可以被同一线槽中强电回路切断。若是出现电压回路交叉问题，则可以使用金属隔板处理。敷设后需要检查检测，避免出现线路故障。最后，进行技术交底。施工班组管路连接、保护层以及防腐等工作需要进行技术交底，加强看护，保证管路畅通，做好检查和自检工作[3]。

3.8 配电箱设置

为保证电气接点的有效性，应当组装配电箱电气开关设备、辅助设备以及电气测量仪等。线路运行不正常时，可以通过其他线路报警切断。发配变电所中，运行参数可以利用测量仪表进行显示，以调节电气参数。此外，建筑物中的照明配电箱不仅需要满足照明系统需求，还需要为重点位置的插座提供单独的供电回路，安装漏电保护装置。

3.9 消防设计

海水淡化厂房的消防设计应符合《建筑设计防火规范》《火灾自动报警系统设计规范》以及《爆炸危险环境电气设计规范》的要求。所有消防设备供电均采用专用回路供电。设计时，要考虑消防主机位置与人员值守情况。

3.10 应急系统的设计

应急系统的设计是海水淡化厂房供配电系统的关键部分，包括发电机应急电源系统和照明应急系统两大类。柴油发电机组可用于建立应急电源系统，既保证了高负荷用电需求，又弥补了供配电的不足。一旦发生停电，发电机可自启提供电能，同时具有可靠的保护功能，有效防止停电造成安全事故。此外，有效应用自带电池的应急照明设备，可以增加应急照明系统的启动效率，使其5 s内实现自行开启。

3.11 加强节能措施

3.11.1 合理运用无功补偿技术

供配电的功率因数必须达到0.9以上，但目前较多工厂存在不能精确补偿的情况，因为部分工厂只有高压侧补偿[4]。因此，必须要采取有效措施合理运用无功补偿技术，在高低压侧根据需要均设置补偿装置，将功率因数的数值控制在合理区间，实现精确合理的补偿。

3.11.2 运用照明节能控制系统

除了生产用电外，照明系统的用电量也较大。海水淡化厂在照明上采用普通控制方式，无法实现照明系统的精准控制，反渗透车间管道压力较高，工作人员需每天进出车间开关照明，存在极大的安全隐患。因此，可对厂区及车间照明采用集中控制系统，模块化管理，根据不同要求预设多种模式。尤其是管道压力较高的反渗透车间，照明应采用中控室集中控制，尽量避免工作人员频繁进出车间[5]。

3.11.3 实施变压器节电运行

供电系统中，变压器具有一定的调节作用。因此，变压器组合并列运行，可有效提升供电质量。工厂供电系统在并列运行变压器时必须确保变比相同、阻抗电压百分比接近以及联结组相同。若电阻电压不相等，变压器并联运行时高阻抗电压的负荷分布会减小，另一台阻抗电压小的变压器会出现过载运行。为防止出现过大的阻抗电压而导致并列变压器负荷电流严重分配不均，需要将阻抗电压差控制在10%内[6]。需要注意，禁止并列运行接线组别不一致的变压器，防止回路中出现超过额定电流几倍的环流而烧损压器。变压器节能运行时，应该充分考虑工厂实际电量负荷的数量和有效配置，最大程度发挥变压器的调节作用。若工厂频繁出现负载波动，可根据工艺段的负荷情况，采用分段作业法。

4 结 论

海水淡化工厂的供配电设计是一项涉及面宽且内容严谨的综合性设计工作，因此完成一套节能高效电厂供配电的系统设计，需要设计院与厂方密切配合。在开展实际设计时，要采用新技术和新产品改进供配电系统和节能系统，设计节能且科学的配电系统，为海水淡化产业的长远发展奠定基础。