劉澤西 王 勇 劉小麗

（西北核技術(shù)研究所，西安 710024）

高可靠性用電場(chǎng)所的配電設(shè)計(jì)

劉澤西 王 勇 劉小麗

（西北核技術(shù)研究所，西安 710024）

本文從工程實(shí)例出發(fā)，列舉了采用雙電源供電、環(huán)形供電、UPS在線供電等綜合措施提高供電可靠性，對(duì)高可靠性供電場(chǎng)所供電設(shè)計(jì)具有參考意義。

高可靠性；配電；設(shè)計(jì)

隨著科研機(jī)構(gòu)、醫(yī)院等高精密用電設(shè)備的不斷增多，其供電可靠性要求也越來(lái)越高，有些實(shí)驗(yàn)過(guò)程不能停電、病人做手術(shù)時(shí)供電更不能中斷，一旦供電中斷將使實(shí)驗(yàn)前功盡棄，造成經(jīng)濟(jì)損失或危及病人生命，因此，這些場(chǎng)所的配電可靠性設(shè)計(jì)顯的尤為重要，設(shè)備選型也應(yīng)選用技術(shù)更加成熟可靠的產(chǎn)品和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以確保用電設(shè)備不間斷供電。

1 合理的負(fù)荷分級(jí)

高可靠性用電場(chǎng)所也并不是所有用電都要求為一級(jí)負(fù)荷供電，方案設(shè)計(jì)階段，需認(rèn)真調(diào)研分析，將用電負(fù)荷合理分級(jí)。用電等級(jí)高的負(fù)荷采取特別措施，保證重要負(fù)荷不間斷供電，一般負(fù)荷常規(guī)配電，這樣可以在預(yù)算資金范圍內(nèi)，滿足各級(jí)負(fù)荷用電需求，避免用電等級(jí)低的負(fù)荷高配用電等級(jí)，造成不必要的浪費(fèi)。

圖1 配電系統(tǒng)示意圖

2 配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

合理設(shè)計(jì)配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是保障用電質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采用輻射式或環(huán)網(wǎng)供電可提高供電可靠性，重要回路采用單獨(dú)回路供電或雙回路供電，避免采用樹狀式供電。低壓電源進(jìn)線宜選取環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或不同電網(wǎng)的兩個(gè)電源進(jìn)線，電源母線采用分段形式，兩段母線間設(shè)置聯(lián)絡(luò)開關(guān)，當(dāng)一個(gè)電源故障或停電時(shí)，另一電源能自動(dòng)投入運(yùn)行并擔(dān)負(fù)全部負(fù)荷供電。當(dāng)不具備兩電源供電條件時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)備用發(fā)電機(jī)組，當(dāng)市電故障時(shí)自啟動(dòng)備用發(fā)電機(jī)組，確保一級(jí)負(fù)荷用電設(shè)備正常供電。 如圖1所示，為某科研實(shí)驗(yàn)樓配電系統(tǒng)圖。其為雙電源供電系統(tǒng)，配電柜AA5為一級(jí)負(fù)荷供電，配電柜AA3為二級(jí)負(fù)荷供電。一級(jí)負(fù)荷系統(tǒng)配置了設(shè)置了油機(jī)發(fā)電站，考慮了兩路電源同時(shí)故障的特殊情況下，由油機(jī)發(fā)電站為配電柜AA5提供電能。同時(shí)，一級(jí)負(fù)荷系統(tǒng)還配置了冗余式UPS，確保一級(jí)負(fù)荷的高靈敏設(shè)備在電源切換情況下不間斷供電。QF1和QF2為帶失壓斷電功能的電動(dòng)操作斷路器，當(dāng)因一路電源因故障停電時(shí)，斷路器自動(dòng)斷開線路（市電恢復(fù)供電時(shí)需手動(dòng)合閘），智能聯(lián)絡(luò)開關(guān) QF3合閘，另一路電源負(fù)責(zé)全負(fù)荷供電；當(dāng)故障電源恢復(fù)供電時(shí)，智能聯(lián)絡(luò)開關(guān)QF3斷開，恢復(fù)到故障前供電狀態(tài)。這樣，就確保了一級(jí)負(fù)荷在兩個(gè)電源同時(shí)故障的特殊情況下也能不間斷供電。二級(jí)負(fù)荷系統(tǒng)配置了無(wú)功補(bǔ)償，當(dāng)供電電壓發(fā)生暫降時(shí)，給系統(tǒng)注入一個(gè)功率量彌補(bǔ)電壓損失，從而保持系統(tǒng)電壓相對(duì)穩(wěn)定[1]。大功率通風(fēng)設(shè)備增設(shè)了軟啟動(dòng)裝置，軟啟動(dòng)裝置能使啟動(dòng)電流比較平穩(wěn)地上升，避免了由于風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)大電流對(duì)系統(tǒng)的沖擊及電壓擾動(dòng)，軟啟動(dòng)裝置與自耦降壓起動(dòng)和變頻起動(dòng)相比，性價(jià)比較高，對(duì)經(jīng)費(fèi)控制較嚴(yán)格的工程比較適宜。

3 選用適當(dāng)容量的UPS和備用電源

高精密用電設(shè)備要求供電的連續(xù)性也高，往往不允許有0.1s甚至更短時(shí)間的停電，這樣，只有UPS系統(tǒng)才能滿足連續(xù)不間斷供電要求。根據(jù)負(fù)荷分級(jí)確定的各等級(jí)的負(fù)荷大小，選取適合容量的UPS系統(tǒng)，保證高等級(jí)負(fù)荷不間斷供電。同時(shí)，配置與UPS系統(tǒng)容量相適應(yīng)的備用電源，以備兩路市電同時(shí)停電時(shí)的應(yīng)急供電。

4 適當(dāng)容量的無(wú)功補(bǔ)償

配電系統(tǒng)中往往存在為數(shù)不少的感性負(fù)載，至使系統(tǒng)功率因數(shù)下降，使設(shè)備的工作電流增大，造成線損增加、線路壓降增大，也會(huì)使系統(tǒng)工作電壓不穩(wěn)定；大容量設(shè)備直接起動(dòng)也會(huì)使線路電壓不穩(wěn)定，影響高精密設(shè)備的正常運(yùn)行；由于大量單相負(fù)荷的運(yùn)行，往往致使各相負(fù)荷不平衡，從而造成各相電壓不平衡，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備損壞。設(shè)計(jì)適當(dāng)容量的無(wú)功補(bǔ)償，可補(bǔ)償無(wú)功損耗，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，降低線路損耗，改善系統(tǒng)不平衡程度[1]。

5 選用高可靠性配電設(shè)備及元件

提高配電設(shè)備質(zhì)量是保證供電可靠的前提，配電設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)參考質(zhì)量性能高的設(shè)備，選用性能優(yōu)良、可靠性高，免維護(hù)、少維護(hù)、檢修方便的設(shè)備，設(shè)計(jì)選用全封閉和抽屜式開關(guān)柜及設(shè)備，提高回路間開關(guān)互換性，提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性，減少由于設(shè)備原因造成的停電。開關(guān)及設(shè)備選擇知名品牌或大型企業(yè)，有條件時(shí)，選用專用設(shè)備生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的設(shè)備，其生產(chǎn)加工工序較規(guī)范，有嚴(yán)格的出廠檢驗(yàn)，質(zhì)量容易得到保證，從而提高配電系統(tǒng)的可靠水平。

6 設(shè)置合理的配電監(jiān)測(cè)及故障記錄系統(tǒng)

配電自動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障記錄系統(tǒng)是提高配電系統(tǒng)可靠性的有效手段。實(shí)時(shí)記錄、存儲(chǔ)系統(tǒng)電壓、負(fù)荷變化情況，形成日?qǐng)?bào)表和負(fù)荷曲線，故障時(shí)能快速記錄故障波形與故障數(shù)據(jù)。便于隨時(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)與負(fù)荷變化情況，迅速診斷故障性質(zhì)和故障位置，對(duì)快速排除故障，減少停電時(shí)間，提高系統(tǒng)安全、可靠性運(yùn)行具有積極的意義。有條件時(shí)，考慮實(shí)施母線分段供電與配電線路自動(dòng)化，當(dāng)發(fā)生故障后能自動(dòng)隔離故障回路，自動(dòng)恢復(fù)對(duì)非故障區(qū)段的供電。

7 建立科學(xué)的運(yùn)行管理機(jī)制

供電系統(tǒng)建設(shè)完工后，科學(xué)的配電系統(tǒng)運(yùn)行管理與維護(hù)機(jī)制，是配電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要保障。有計(jì)劃地對(duì)配電系統(tǒng)巡查，推行帶電檢測(cè)、維護(hù)，發(fā)現(xiàn)事故隱患及時(shí)排除，增強(qiáng)值班人員責(zé)任心，有效利用配電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，做好供電值班負(fù)荷登記統(tǒng)計(jì)工作，掌握負(fù)荷及回路參數(shù)變化情況及規(guī)律，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)供電異常情況，做到有針對(duì)性地檢修維護(hù)，對(duì)超負(fù)荷用電回路用戶，提出錯(cuò)峰用電意見并列入擴(kuò)容改造計(jì)劃。

8 結(jié)論

對(duì)高可靠性用電場(chǎng)所的配電設(shè)計(jì)，只有根據(jù)用戶重要性和資金投入等實(shí)際情況，采取一種或多種有效方法，滿足用戶不間斷用電的需要，達(dá)到節(jié)約電能、提高生產(chǎn)效率的目的。

[1] [意]Angelo Baggini. 肖湘寧，陶順，徐永梅譯.電能質(zhì)量手冊(cè)[M]. 北京：中國(guó)電力出版社. 2010, 3.

[2] 《電氣工程師手冊(cè)》第二版編輯委員會(huì). 電氣工程師手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社. 2002, 9.

[3] 左斌. 智能建筑設(shè)備手冊(cè)[M]. 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2003, 3.

劉澤西（1965-）本科學(xué)歷，高級(jí)工程師，主要從事建筑配電設(shè)計(jì)工作。