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用电负荷分级(化工)

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中小型化工企业的用电负荷分级和供电方案设计的几点体会
李良双 河北英科石化工程有限公司

在进行企业供配电设计中，首先面对的问题是如何选用电源问题，要正确选用电源，就应当对用电单位和用电设备进行负荷分级。负荷分级应根据用电单位（即电能用户）和用电设备的规模、功能、性质及其在人身安全上、经济损失上的重要性进行确定。负荷分级的目的和意义在于根据不同的负荷级别确定用电单位和用电设备的供电要求和供电措施，以保证供电系统的安全性、可靠性、先进性和合理性。国际上普遍的做法是将负荷按应急电源自动切换的允许中断供电时间划分为0s、小于0.15s、0.5s、15s和大于15s五个级别，完全是从安全性和用户需求的角度出发的；而我国则是沿用前苏联的做法，按用电单位或用电设备突然中断供电所导致后果的危险性和严重程度分为 一、二、三级，用《供配电系统设计规范》GB50052-2009的说法就是从安全和经济损失两个方面来确定，带有“计划经济”的影子，如果从市场经济考虑的话，经济的问题应该交由市场解决，那么现在 一、二、三级负荷等级的划分就表现出了一定的局限性，这也是负荷等级划分一直存在很多争议的一个原因吧。
一．负荷等级划分及供电要求
根据《供配电系统设计规范》GB50052-2009的规定，符合下列一种或几种条件者，应划分为一级负荷：1）中断供电将造成人身伤害时。例如医院手术室的照明及电力负荷、婴儿恒温箱、心
脏起搏器等单位或设备。（2）中断供电将在经济上造成重大损失时。例如：中断供电将使生产过程或生产设备处于不安全状态、重大产品报废、连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复的重点企业。（3）中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如大型银行的营业厅照明、一般银行的防盗系统；重要的交通枢纽、重要的通信枢纽，大型体育馆等，由于电源突然中断造成正常秩序严重混乱。其供电要求：应有双重电源供电，当一电源发生故障时，另一电源不应同时受到损坏。
在一级负荷中，当中断供电将造成人员伤亡或重大设备损坏或发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为一级负荷中特别重要负荷。例如事故一旦发生能够及时处理，防止事故扩大保证工作人员的抢救和撤离，而必须保证的用电负荷；在工业生产中，正常电源中断时处理安全停产所必需的应急照明、通信系统、保证安全停产的自动控制装置等。其供电要求：除满足一级负荷要求的双重电源要求外，还需增设应急电源。
符合下例情况之一时，应视为二级负荷：（1）中断供电将在经济上造成较大损失时。使得主要设备设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需要较长时间才能恢复、重点企业大量减产等将在经济上造成较大损失。（2）中断供电将造中断供电将影响较重要用电单位的正常工作。例如中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的公共场所秩序混乱。其供电要求：宜由两回路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回6kV及以上专用架空线路供电。
不属于一级负荷和二级负荷者，属于三级负荷。
二．中小化工企业供电现状及存在的问题
在我们设计的项目中，有大量的是小型化工企业，这些企业处在市郊、县郊或村镇，用电负荷不是太大，500kVA以下的居多。这些企业的供配电系统，是企业的重要组成部分,其设计的质量将直接关系到企业的安全和稳定运行。化工厂生产介质大多属于危险介质,存在易燃、易爆、有毒、高温、高压的特点,一旦出现电力故障或非正常电力中断,如果部分关键设备不能继续供电，轻则造成设备损坏,产品报废,重则造成爆炸、火灾、中毒,引起人身伤亡事故。
据此，有人认为，这些企业的关键设备，属于一级负荷中特别重要的负荷。这个说法有其合理的部分，但是也是不符合实际的。
因为这些企业往往规模较小，所处地区供电条件困难，这些企业的用电负荷在整个区域中所占份额很小，企业中的关键设备的负荷在企业中所占比例往往也不大。根据《供配电系统设计规范》的要求，“按照用电负荷在生产使用过程中的特性，对一个区域的用电负荷在整体上进行确定，其目的是确定整个区域的供电方案以及作为向外申请用电的依据。在一个生产装置中只有少量的用电设备生产连续性高，不允许中断供电，其负荷为一级负荷，而其他的用电设备可以断电，其性质为三级负荷，则整个生产装置的用电负荷可以确定为三级负荷。”在实际当中，供电部门对这些小型化工企业也多是按三级负荷供电的。这些企业连一级负荷都算不上，何谈一级负荷中特别重要的负荷。
有人认为，这些企业的关键设备一旦断电，有设备损坏,产品报废,甚至造成爆炸、火灾、中毒,引起人身伤亡事故，不能定为三级负荷，应该把它提为二级负荷或一级负荷。这个问题在我们设计中，经常遇到，因为这些企业的设计需要报安监部门，由安监部门组织专家对我们的设计进行论证，在论证会上经常有评审人员给我们提出这个问题，要求我们把供电负荷设成二级负荷。这个说法也是不妥的。
其实，这些小型企业争取到二级负荷或一级负荷的供电往往是不现实的，不仅费用高昂，是一些小型企业无法承受的。而且即使这些化工企业能够争取到按二级负荷或者一级负荷供电，但是“电力部门是从未保证过供电不中断，即便供电中断也不存在罚款。”（注引号内为《供配电系统设计规范》条文解释原话）因此也无法保证化工企业中关键设备持续供电。从安全的角度来说，按二级负荷或者一级负荷供电是不能满足要求的。
这样的话，我们怎样才能实现既符合实际，又能满足这些企业在突然断电时，关键设备持续供电呢？
根据《供配电系统设计规范》3.0.1的条文解释，“由于各个行业的负荷特性不一样，本规范只能对负荷的分级做原则性规定，各个行业可以依据本规范的分级规定，确定用电设备或用户的负荷等级”的指导精神，我们在设计中，可以引用《化工企业供电设计规定》HG/T 20664-1999来解决这个问题。
在我们参加的一些项目评审会上，有的评审人员提出《化工企业供电设计规定》HG/T 20664-1999已经过时。我认为这个说法不能成立，尤其是关于化工企业负荷分级的“负荷分级及供电”这个章节的内容到目前为止还是可以应用的。
《化工企业供电设计规定》HG/T 20664-1999中的“负荷分级及供电”这个章节是基于《供配电系统设计规范》GB50052-95（《供配电系统设计规范》GB50052-2009的前一版）针对化工企业性质编写的。评审人员的的理由是《供配电系统设计规范》已经更新，所以认为《化工企业供电设计规定》HG/T 20664-1999已经过时。我认为，首先《化工企业供电设计规定》HG/T 20664-1999到目前为止上没有新的版本发布，也没有任何部门发布该规范已经作废；其次，我们看看《供配电系统设计规范》GB50052-2009版与《供配电系统设计规范》GB50052-95版相比都是改了什么，根据《供配电系统设计规范》GB50052-2009的前言中提到“修订的主要内容有：1.对原规范的适用范围作了调整；2.增加了‘有设置分布式电源的条件，能源利用效率高、经济合理时’作为设置自备电源的条件之一；‘当有特殊要求，应急电源向正常电源转换需要暂时并列时，应采取安全运行的措施’660V等级的低压配电电压首次列入本规范；3.对保留的各章节所涉及的主要内容也进行了补充完善何必要修改。”“负荷分级及供电要求”一章中主要对一级负荷供电要求，由“双电源”改为“双重电源”；对二级负荷供电要求中，取消了“当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100%的二级负荷。”从中可以看出，《化工企业供电设计规定》HG/T 20664-1999 其中所基于的“负荷分级及供电要求”没有原则性的修改。因此，我们设计时只要相关部门还没有宣布《化工企业供电设计规定》HG/T 20664-1999作废，其中的条文不违背《供配电系统设计规范》GB50052-2009，引用是没有问题的。
在各个大的行业中，对于负荷分级及供电要求都有自己的标准或规范，比如最大的行业标准《民用建筑电气设计规范》JGJ/T 16-92从92年一直用到2008年，期间《供配电系统设计规范》在1995年就改版了一次。从2008年改版的《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008，其中的负荷分级及供电要求的章节也是基于《供配电系统设计规范》GB50052-95版，到目前为止仍然使用。其他诸如机械、钢铁等行业，在负荷分级及供电也都有自己行业标准，也是在《供配电系统设计规范》GB50052-2009发布前制定的，也都在使用。所以在化工行业做设计引用《化工企业供电设计规定》也是可以的。
三．化工企业的负荷等级划分
在《化工企业供电设计规定》HG/T 20664-1999中对负荷等级是这样规定的：根据用电负荷在化工连续生产过程中，并按其对供电可靠性及连续性的要求，将化工用电负荷分为一级负荷、二级负荷和三级负荷。在化工中还存在一部分“有特殊供电要求的负荷”（1）一级负荷：当企业正常工作电源突然中断时，企业的连续生产被打乱，使重大设备损坏，恢复供电后需长时间才能恢复生产，使重大产品报废，重要原料生产的产品大量报废，而使重点企业造成重大经济损失的负荷。（2）二级负荷：当企业正常工作电源突然中断时，企业的连续生产被打乱，使主要设备损坏，恢复供电后需较长时间才能恢复生产，产品大量报废、大量减产，使重点企业造成较大经济损失的负荷。通常大中型化工企业就是这种二级负荷的重点企业。（3）三级负荷：所有不属于一、二级负荷（包括有特殊供电要求的负荷），应为三级负荷。
在《化工企业供电设计规定》HG/T 20664-1999中针对化工企业的负荷特性，提出了“有特殊供电要求的负荷”，根据其条文解释，有特殊供电要求的负荷实际上是参照《供配电系统设计规范》中的“特别重要负荷”结合化工企业实际，将“特别重要负荷”从一级负荷中分离出来，且定义为“有特殊供电要求的负荷”， “有特殊供电要求的负荷”不固定划入某一负荷等级，设计中将其负荷量并入装置或企业的最高负荷等级内。“有特殊供电要求的负荷”概念的提出，为我们解决中小化工企业的供配电设计，提供了依据。
化工企业中有特殊供电要求的负荷，通常有以下几种类型：（1）中断供电时，将发生爆炸及有毒物质泄漏的相关负荷如：（a）安全停车自动程序控制装置（仪表、继电器、程控器等）及其执行机构（某些进料阀、排料阀、排空阀等），以及配套的处理设施；（b）设备内不能排放的爆炸危险物料，若其会发生局部聚合大量放热反应时，为避免危险后果所需的搅拌设施和中止剂投放设施或冷却水专用供应设备；（c）爆炸危险物料使用的大型压缩机组的安全轴封及正压通风系统等的电气设备。(2) 中断供电时，现场处理事故、抢救及撤离人员所必需的事故照明、通信系统、火灾报警设备、消防系统用电负荷等3）化工工艺控制的DCS、电气微机保护、监控、管理系统的用电负荷。（4）有特殊供电要求的负荷量、应划入装置或企业的最高负荷等级内。
四．中小化工企业的供电设计
对化工企业中正常负荷的供电，与其他行业基本相似，这里不再讨论。这里仅讨论“有特殊供电要求的负荷”的供电设计。根据《化工企业供电设计规定》HG/T 20664-1999，有特殊供电要求的负荷必须由应急电源系统供电，应急电源的要求应参照《供配电系统设计规范》的相关要求，常用的应急电源有以下几种：直流蓄电池不中断电源装置；静止型交流不中断电源装置（UPS）;快速起动的柴油发电机组（或其他类型的发电机组）。不过在化工工艺流程中，凡是需要采取应急措施者，均应首先在工艺和设备设计中采取非电气应急措施，仅当这些措施不能满足要求时，由主导专业提条件列为有特殊供电要求的负荷。其负荷量应严格控制到最低限度。在正常工作电源中断供电时，应急电源必须在工艺允许停电的时间内迅速向有特殊供电要求的负荷供电。
这样，在一些中小化工企业的供电设计中，只要针对“有特殊供电要求的负荷”采用了合适的应急电源，安全方面问题就解决了，申请外部供电电源时，可以根据实际情况，主要从经济的方面考虑就可以解决了。
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