某锂离子电池负极材料厂供配电设计

胡月

（北京中环世纪工程设计有限责任公司，北京100097）

1 引言

论文结合项目实际情况对某锂离子电池负极材料厂区的供配电设计进行分析，根据生产工艺对负荷的要求以及相关国家相关规范确定负荷等级；对全厂区的用电负荷计算；结合市政电网规划及供电可靠性确定厂区的总配变电站及车间变配电室、室外箱变的具体位置及变压器的容量、台数。

2 工程概况

本工程为某锂离子电池负极材料项目。该项目分为一期、二期2个地块，总用地面积271 651.55 m2。

本次设计内容为一期地块的厂区及生活区，用地面积148 690.44 m2，一期建筑面积合计63 887.76 m2。

一期地块厂区主要单体如下：碳化车间1、碳化车间2、碳化车间3，地上1层，面积3 240 m2，高15.3 m，单层丙类厂房；制球车间1、制球车间2、制球车间3，地上1层，面积2 700 m2，高13.15 m，单层丁类厂房；石墨化车间1、石墨化车间2，地上1层，面积9 676.80 m2，高16.748 m，单层丁类厂房；空压机房，地上1层，面积1 080 m2，高8.295 m，单层丁类厂房；门房3，地上1层，面积34.96 m2，高3.8 m，公共建筑；消防水池及泵房，地下1层，面积455.74 m2，高3.6 m，单层丁类厂房；综合设备间，地上1层，面积640.8 m2，高10.395 m，单层丁类厂房；水处理车间1、水处理车间2，地上1层，面积2 160 m2，高15.595 m，单层戊类厂房；烘干筛分车间，地上1层，面积1 368 m2，高10.865 m，单层丁类厂房；纯化车间，地上2层，面积5 776.91 m2，高15.9 m，多层丙类厂房；成品库，地上1层，面积2 700 m2，高11.15 m，单层丁类仓库；原料库，地上1层，面积4 320 m2，高11.6 m，单层丁类仓库；化学品库，地上1层，面积432 m2，高度5.6 m，单层乙类仓库；磅房，地上1层，面积110.96 m2，高3.7 m，单层丁类厂房；门房2，地上1层，面积34.96 m2，高3.8 m，公共建筑。

一期地块办公生活主要单体如下：配套生活楼，地上2层，面积4 577.5 m2，高10.95 m，单层丙类厂房；办公楼，地上4层，面积4 142.39 m2，高17.4 m，单层丁类厂房；宿舍1，地上4层，面积5 216.45 m2，高15m，单层丁类厂房；宿舍2，地上1层，面积1 731.92 m2，高8.1 m，单层丁类厂房；门房1，地上1层，面积34.96 m2，高3.8 m，公共建筑；门岗1，地上1层，面积34.96 m2，高度3.8 m，单层丁类厂房。

3 供配电系统的设计

3.1 负荷等级的确定

1）根据相关国家技术规范、标准及生产工艺的要求确定用电负荷等级。

2）根据室外消防用水量（35 L/s），本项目厂区及生活区的消防负荷均为二级负荷。

3）根据生产工艺要求，石墨化车间的石墨化炉中断供电时间较长，会影响生产，因此，石墨化炉为二级负荷。

4）根据水处理工艺要求，水处理车间1、水处理车间2及综合设备间内工艺设备需要连续工作，生产过程中如突然间断电会造成污水处理过程中断、微生物死亡、设备堵塞等生产絮乱现象，对城市也会造成污染及经济损失，因此，该车间按二级负荷。

5）配套生活楼内设置1个规模为192人的餐厅，属于中型饮食建筑，中型饮食建筑用餐区域、公共区域的备用照明用电为二级负荷。

6）根据有关规范，本厂区监控系统、总弱电机房的用电为二级负荷。

7）其他动力、照明负荷均为三级负荷。

3.2 负荷统计

厂区部分动力和照明分开供电计量，根据生产工艺设备要求及各单体建筑规模确定各单体的用电负荷。一期地块厂区负荷统计见表1，一期地块生活区负荷统计见表2。

表1 一期地块厂区负荷统计表

表2 一期地块生活区负荷统计表kW

3.3 厂区总配变电站位置的确认

1）接近负荷中心，设置在用电负荷较大的车间附近。

2）进出线方便，以便敷设电缆。

3）接近电源侧，即设置在高压进线方便的位置。

4）设备运输方便。

5）不应设在剧烈振动或高温场所。

6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧[1]。

按厂区车间、库房总面积布置，综合考虑以上因素，在一期地块内设置厂区总配变电站，总配变电站需兼顾一期、二期地块。

3.4 变配电室的划分

变配电室的划分如图1所示。

图1 一期厂区总图

1）车间、库房用电负荷大小，用电负荷较大的车间单独设置车间变配电室；负荷较小的车间、库房可集中设置车间变配电室。

2）从经济合理、安全可靠、供电线路的线路损耗、电压降等方面确定本工程低压380 V电缆供电距离控制在200 m以内。

根据以上因素，本工程设置多个车间变配电室，生活区设置室外箱变，分配如下：

1）石墨化车间设置车间变配电室，石墨化炉为35 kV高压供电设备（单组石墨化炉5 000 kV·A）每个石墨化车间内共4组石墨化炉。石墨化车间内其他动力、照明均由厂区总配变电站供给。

2）根据厂区各车间及库房用电负荷统计，厂区内10 kV变配电室分配如下：（1）在各碳化车间分设置车间变配电室内设2 000 k V·A变压器1台，供本车间动力负荷使用，车间照明用电由厂区总配变电站供给；（2）在各制球车间分设置车间变配电室内设2 500 kV·A变压器1台，供本车间动力负荷使用，车间照明用电由厂区总配变电站供给；（3）综合设备间旁设置车间变配电室内设置2台1 600 kV·A变压器供纯化车间、烘干筛分车间、化学品库、磅房、门房2、原料库、成品库、综合设备间、水处理车间1、水处理车间2使用；（4）在总变配电站内设置2台1 250 kV·A变压器供一期地块内。

空压机房、门房3、消防水池及泵房的动力、照明及碳化车间、制球车间、石墨化车间、厂区室外照明使用。

3）一期地块总用电负荷见表3。本项目一期地块总用电负荷59 934.3 kV·A二级负荷容量40 968.75 kV·A。一期地块变压器初装容量60 200 kV·A。

表3 一期地块总用电负荷表

4）按照工艺要求二期地块预留10 000 kV·A用电负荷。

3.5 提出高压供电方案

1）依据可研报告及现场勘查，项目周边距本厂区南侧电网可提供容量为45 000 kV·A，西南方向电网可提供容量50 000 kV·A。项目周边市政可引入35 kV、10 kV高压线路。10 kV电网输送容量为8 000kV·A，35 kV电网输送容量为25 000 kV·A。

2）本项目最高负荷等级为二级负荷，要求市政高压引入要来自不同的高压母线段。

3）根据以上资料，结合项目情况制定了2种高压供电方案如下。

方案一：厂区内建设35 kV配电站、10 kV开闭站及10 kV变配电室。此方案市政需引来2路35 kV及多路10 kV高压线路。35 kV配电站直接出35 kV高压电缆供石墨化炉使用；10 kV开闭站分多路10 kV出线至各车间变配电室及生活区室外箱变。

方案二：厂区内建设35 kV配变电站，此方案仅需引入4路35 kV高压线路。

3.6 高压供电方案比较

1）10 kV市政高压线路比35 kV市政高压线路损耗大。

2）设备造价方面：引入35 kV及10 kV比引入35 kV高压线路费用低。

3）市政配套费用：引入35 kV及10 kV比引入35 kV高压线路高。

4）电费计量：引入35 kV及10 kV需要35kV计费10 kV计费，仅引入35 kV只需35 kV计费；据当地供电局提供资料35 kV计费低于10 kV计费。

3.7 高压供电方案确定

高压供电方案的确定必须符合国家有关政策，地方电网规划要求，对客户负荷增长的预测和供电能力增长预测要准确；对其他客户的影响必须最低；线路与设备的运行维护要安全，方便，功率因数须达到规定标准。上述2种方案均能满足厂区的生产生活要求，具体实施方案还需后续跟进。

4 结语

厂区供配电系统的设计合理性、可靠性对工业生产有非常重要的作用，甚至关系着生产安全。因此，做好工业厂区的供配电设计对实现工业现代化具有十分重要的意义。