韓愚拙 / 傅衛(wèi)東

(中衡設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 蘇州 215021)

某工業(yè)項(xiàng)目變電所配置經(jīng)濟(jì)性比較

韓愚拙 / 傅衛(wèi)東

(中衡設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 蘇州 215021)

以某外資工業(yè)項(xiàng)目為例，由于工廠面積較大、供電距離長(zhǎng)、負(fù)荷較為分散，在設(shè)計(jì)初期針對(duì)擬設(shè)置不同數(shù)量的變電所方案進(jìn)行分析比較，在對(duì)比了初投資造價(jià)、供電范圍及電壓損失等指標(biāo)后，最終選定兩座變電所的方案。

經(jīng)濟(jì)性比較 電壓損失 供配電系統(tǒng)

0 引言

在電氣設(shè)計(jì)中，變電所的配置總是不可避免的話題，集中設(shè)置變電所會(huì)帶來節(jié)省投資、變壓器容量利用充分、回路便于調(diào)配等好處，也會(huì)帶來出線集中不利于施工、供電路徑過長(zhǎng)的弊端；分散設(shè)置變電所無疑在供電合理性上會(huì)更勝一籌，卻也會(huì)造成變電所安裝容量偏高、侵占項(xiàng)目可利用面積等問題。本文以某外資工業(yè)項(xiàng)目為例，通過計(jì)算，分析、比較配置一座/兩座變電所的優(yōu)劣，最終選擇擬建兩座變電所的方案。

1 項(xiàng)目概述

本工程為常州某紡織機(jī)械有限公司新建工廠。工程總占地面積為 120 005 m2,總建筑面積為58 457.9 m2, 主廠房長(zhǎng)236m，寬195m，高14.45m，項(xiàng)目各功能區(qū)示意詳見圖1。本項(xiàng)目有兩處較為特殊：1)本廠房雖然面積較大，但工藝流線是以手持電動(dòng)工具組裝紡織機(jī)械設(shè)備為主，因此總的用電負(fù)荷并不是很大，這也就引出本文討論的重點(diǎn)——是否僅集中設(shè)置一座變電所？2)本項(xiàng)目業(yè)主為外方，對(duì)設(shè)計(jì)有LEED銀獎(jiǎng)的要求，因此在后文方案比較時(shí)會(huì)特別校驗(yàn)電壓損失是否達(dá)標(biāo)。

2 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1負(fù)荷分布

圖1 廠區(qū)功能區(qū)域示意

本項(xiàng)目的負(fù)荷分布如圖2所示，大致可分為南北兩個(gè)流線，在南側(cè)廠房?jī)?nèi)包含組裝車間一及其中間倉(cāng)庫(kù)、設(shè)備區(qū)和辦公區(qū)一；北側(cè)廠房?jī)?nèi)包含組裝車間二及其中間倉(cāng)庫(kù)和辦公區(qū)二。整個(gè)項(xiàng)目的主要負(fù)荷概況：1)設(shè)備區(qū)中包含為整個(gè)工廠服務(wù)的空壓機(jī)房、熱水機(jī)房及消防泵房等主要設(shè)備用房。2)空調(diào)負(fù)荷：本項(xiàng)目的車間及辦公區(qū)都設(shè)置了空調(diào)，辦公區(qū)采用VRV形式，在辦公區(qū)設(shè)置若干空調(diào)配電箱為室外機(jī)供電；而組裝車間采用風(fēng)冷熱泵形式，14臺(tái)138kW的風(fēng)冷熱泵均布置在車間屋面由變電所直供。3)照明負(fù)荷：按照業(yè)主需求，辦公區(qū)照度500lx，車間照度300lx，庫(kù)房照度200lx，因此照明負(fù)荷不容小覷，在組裝車間及辦公區(qū)設(shè)置若干由變電所直供的照明配電箱，倉(cāng)庫(kù)設(shè)置照明總箱并放射至各倉(cāng)庫(kù)。4)工藝設(shè)備用電：組裝車間雖然面積大，但是主要以小型設(shè)備及手持電動(dòng)工具為主，負(fù)荷分散，因此在每一跨距中布置一條630A的母線，預(yù)留母線插孔，并在每個(gè)鋼柱上預(yù)留若干工業(yè)插座箱，以便后期靈活擴(kuò)展。

圖2 廠區(qū)負(fù)荷分布

2.2負(fù)荷計(jì)算

為便于后文中的比較，負(fù)荷計(jì)算時(shí)將南北兩條流線分開統(tǒng)計(jì)，南側(cè)廠房負(fù)荷計(jì)算詳見表1，北側(cè)廠房負(fù)荷計(jì)算詳見表2。

表1 南側(cè)廠房負(fù)荷計(jì)算表

表2 北側(cè)廠房負(fù)荷計(jì)算表

注：在計(jì)算變壓器的安裝功率時(shí)考慮所有負(fù)荷的同時(shí)系數(shù)取0.8

表中母線的動(dòng)力負(fù)載計(jì)算如式(1)：

(1)

式中，n為母線數(shù)量，南側(cè)車間取6，北側(cè)取3；I為母線電流630A；UN為線電壓380V；Kx為需要系數(shù)，取0.3；cosφ為功率因數(shù)，取0.85。

基于上述負(fù)荷計(jì)算，在制定供配電方案初期，提出來了兩種方案。

方案一：僅在設(shè)備區(qū)設(shè)置2×2 000kVA變電所一座。

方案二：在設(shè)備區(qū)設(shè)置2×1 600kVA變電所一座，在辦公區(qū)二再設(shè)置1×1 250kVA變電所一座。方案區(qū)位圖詳見圖1。

3 配電方案對(duì)比

3.1造價(jià)對(duì)比

在對(duì)方案一和方案二進(jìn)行比較時(shí)，首先明確兩個(gè)前提條件：1)不論設(shè)置幾個(gè)變電所，都認(rèn)為末端配電箱的配置是不變的；2)不論設(shè)置幾個(gè)變電所，廠區(qū)內(nèi)的母線和橋架配置是不變的。基于上述兩點(diǎn)，方案二與方案一相比：北側(cè)廠房的所有負(fù)荷進(jìn)線電纜會(huì)縮短，造價(jià)會(huì)減少，而北側(cè)廠房增加一個(gè)變電所，造價(jià)會(huì)增加，僅需要比較這兩部分的差價(jià)即可知道方案一和方案二哪一個(gè)初投資更為經(jīng)濟(jì)。

3.2變電所部分比較

首先以方案二為例，南側(cè)主變電所SS1與北側(cè)變電所SS2布置如圖3～4所示，如果是方案一，北側(cè)SS2變電所將會(huì)取消，我們保持南側(cè)SS1變電所的建筑輪廓不變，將每臺(tái)變壓器的7臺(tái)800mm柜寬的饋線柜改為9臺(tái)600mm柜寬的出線柜并入到北側(cè)廠房負(fù)荷的饋線，同時(shí)高壓饋線柜也會(huì)減少一臺(tái)。

圖3 變電所SS1平面布置圖

圖4 變電所SS2平面布置圖

由于本工程為外資項(xiàng)目，所有變電所設(shè)備均要求采用合資產(chǎn)品，且皆須為原廠柜型，經(jīng)業(yè)主協(xié)調(diào)詢價(jià)事宜，本文以某外資品牌低壓設(shè)備為例進(jìn)行計(jì)算，方案一變電所部分造價(jià)如表3所示，方案二變電所造價(jià)如表4所示。

表3 方案一變電所部分造價(jià)

表4 方案二變電所部分造價(jià)

注：土建造價(jià)按2 000元/m2計(jì)算

3.3電纜部分比較

接下來比較北側(cè)廠房的主要負(fù)荷，如果按照方案一和方案二供電，根據(jù)電纜長(zhǎng)度、電纜規(guī)格及單位長(zhǎng)度造價(jià)得到兩種方案的差價(jià)，電纜清單詳見表5。

基于3.1節(jié)的論述，本文所涉及部分的初投資造價(jià)：方案一共計(jì)525.7萬元，方案二共計(jì)555.6萬元。從計(jì)算結(jié)果來看，由于廠區(qū)供電距離長(zhǎng)，電纜的造價(jià)不菲，方案二在供電距離上的優(yōu)勢(shì)很大程度上彌補(bǔ)了設(shè)置兩座變電所帶來的造價(jià)提高，兩者相差不超過10%，可以認(rèn)為造價(jià)上幾乎相同，那么最后就校驗(yàn)一下最不利點(diǎn)的電壓損失。

表5 電纜部分造價(jià)

注：本報(bào)價(jià)依據(jù)銅價(jià)50 110元制定，并考慮了30%電纜安裝費(fèi)；電纜長(zhǎng)度欄中內(nèi)容為(按方案一計(jì)算的長(zhǎng)度)/(按方案二計(jì)算的長(zhǎng)度)

3.4電壓損失校驗(yàn)

LEED 標(biāo)準(zhǔn)中參照的ASHRAE 90.1-2007中的電氣要求8.4.1.1條規(guī)定：饋電回路電壓損失應(yīng)≤2%，本節(jié)即選取兩方案最不利點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)。

通過前文的列表可知，最不利點(diǎn)方案一選擇RTU-1-2回路，方案二選擇110kW車間消防兼平時(shí)風(fēng)機(jī)電控箱，根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版(上冊(cè))P865頁公式可知，電壓損失計(jì)算如式(2)：

Δu%=ΔuaIL

(2)

式中，Δua為三相線路每A·km的電壓損失百分?jǐn)?shù)；I為線路計(jì)算電流(A)L為線路長(zhǎng)度(km)。

消防風(fēng)機(jī)計(jì)算電流為157A，供電電纜為NHYJV-4×150+1×70，RTU計(jì)算電流為246A，考慮供電電纜為2(YJV-4×95+1×50)，現(xiàn)取其中一條電纜計(jì)算電壓損失。經(jīng)查表YJV-4×95+1×50銅芯電纜的Δua為0.105，NHYJV-4×150+1×70銅芯電纜的Δua為0.074，代入公式后可知方案一最不利點(diǎn)電壓損失為3.19%，方案二最不利點(diǎn)電壓損失為1.97%。

4 結(jié)束語

經(jīng)過前面的分析可知，初步考慮之下，方案一和方案二的初投資造價(jià)相差并不算大，分別計(jì)算二者最不利點(diǎn)的電壓損失后可知，方案一的電壓損失更為嚴(yán)重，雖然滿足國(guó)標(biāo)要求，卻已經(jīng)超過了LEED對(duì)電壓損失的要求，這也從另一側(cè)面反應(yīng)了方案二的供電合理性更好。通過與業(yè)主的溝通，最終本項(xiàng)目選擇了設(shè)置兩個(gè)變電所的方案。

[1] 中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院組編. 工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 第四版. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2016.

[2] GB 50053-2013 20KV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京: 中國(guó)計(jì)劃出版社, 2014.

[3] GB 50016-2014 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S]. 北京: 中國(guó)計(jì)劃出版社, 2015.

[4] GB 50054-2011低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京: 中國(guó)計(jì)劃出版社, 2012.

EconomicalContrastofSubstationConfigurationofIndustrialProject

Han Yuzhuo / Fu Weidong

An industrial project is taken as an example which load is small and dispersive while the area of plant is large, so the power supply distance is long. Focus on set one or two substation, we contrast the cost, rationality and voltage loss, at last two substation is chose..

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