外貿(mào)型炊具制造企業(yè)供配電系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)

胡斯振

（江門市安諾特炊具制造有限公司，廣東 江門 529040）

外貿(mào)型炊具制造企業(yè)具有設(shè)備特殊、工藝變化大、外商驗(yàn)廠頻繁和大多數(shù)為民營企業(yè)的特點(diǎn)，在滿足國家相關(guān)規(guī)程、規(guī)范的基礎(chǔ)上，如何規(guī)劃和設(shè)計(jì)企業(yè)的供配電系統(tǒng)成了不少電氣工程技術(shù)人員的難題。

1 外貿(mào)型炊具制造企業(yè)的設(shè)備特點(diǎn)及供配電設(shè)計(jì)

1.1 炊具制造企業(yè)的設(shè)備特點(diǎn)

炊具制造企業(yè)主要有如下幾大類設(shè)備：拉深機(jī)、鍛壓設(shè)備、點(diǎn)焊機(jī)、高中頻感應(yīng)加熱設(shè)備、拋光設(shè)備、大功率整流機(jī)等等，如果對它們沒有充分認(rèn)識，則很難得出正確的計(jì)算負(fù)荷，也無法正確地選擇供配電線路和裝置。

1）拉深機(jī)

炊具的拉深工藝一般由四柱液壓機(jī)完成，該設(shè)備的一個(gè)工作循環(huán)含有4個(gè)工步：①主缸快速下行；②靠模后主缸慢行拉深，下壓邊缸被動(dòng)下行；③拉深到下限位后主缸快速上行到上限位；④下壓邊缸上行復(fù)位。測試結(jié)果表明：除②工步可能滿載外，其余工步負(fù)荷電流均很??；每個(gè)工作循環(huán)的間隔時(shí)間內(nèi)，由于液壓回路通過電控溢流閥卸載，整機(jī)電流小于額定電流的35%。

2）鍛壓設(shè)備

目前大多數(shù)炊具制造企業(yè)采用摩擦壓力作為復(fù)合底工序的生產(chǎn)設(shè)備，國產(chǎn)摩擦壓力往往用 kN標(biāo)稱設(shè)備規(guī)格，比如青鍛的J54-2500D型摩擦壓力機(jī)標(biāo)稱打擊力為 25000kN，允許打擊力的上限為1.6×25000kN。該設(shè)備配用132kW和110kW交流電動(dòng)機(jī)各一臺，設(shè)備空載電流較小，但加力打擊和提升滑塊時(shí)的電流達(dá)到額定值的110%，對電網(wǎng)有較大的沖擊。

3）點(diǎn)焊機(jī)

點(diǎn)焊機(jī)屬于電阻焊機(jī)的一種，用于把手柄、蓋鈕牢固地焊接在鍋身和鍋蓋上，實(shí)現(xiàn)不銹鋼與不銹鋼、不銹鋼與鋁合金、鋁合金與鋁合金的焊接。目前在炊具企業(yè)應(yīng)用的點(diǎn)焊機(jī)主要類型有工頻點(diǎn)焊機(jī)、儲能式點(diǎn)焊機(jī)和中頻點(diǎn)焊機(jī)，點(diǎn)焊機(jī)的標(biāo)稱容量單位為kVA。

相同容量的儲能點(diǎn)焊機(jī)焊接能力是工頻點(diǎn)焊機(jī)機(jī)4倍左右，比如焊接兩塊3mm的碳鋼板，可選擇10kVA儲能式點(diǎn)焊機(jī)或40kVA的工頻點(diǎn)焊機(jī)。工頻點(diǎn)焊機(jī)的缺點(diǎn)是對電網(wǎng)沖擊大和焊接表面質(zhì)量差，所以在要求較高的場合，比如裝配車間一般采用儲能式點(diǎn)焊機(jī)，但儲能式點(diǎn)焊機(jī)價(jià)格是相同焊接能力工頻點(diǎn)焊機(jī)價(jià)格的數(shù)倍。中頻點(diǎn)焊機(jī)具有電流大、控制精確的特點(diǎn)，一般用于鋁合金之間焊接，由于價(jià)格昂貴，目前應(yīng)用并不廣泛。

4）感應(yīng)加熱設(shè)備

主要包括釬焊機(jī)及加熱機(jī)。通常用kVA來標(biāo)稱此類設(shè)備的容量，比如200kVA加熱機(jī)、80kVA釬焊機(jī)等。釬焊工序?qū)?fù)合溫度的要求較高，應(yīng)該加裝工業(yè)級大功率穩(wěn)壓器，解決電源電壓波動(dòng)時(shí)釬焊機(jī)加熱溫度不穩(wěn)定的問題。

5）拋光設(shè)備

拋光設(shè)備分成手動(dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)三類，手動(dòng)拋光設(shè)備一般采用數(shù)十臺進(jìn)行組線，各個(gè)拋光工動(dòng)作不可能同時(shí)進(jìn)行，但是在加工較大尺寸產(chǎn)品時(shí)手拋機(jī)基本上處在過載狀態(tài)，計(jì)算負(fù)荷時(shí)手拋線的需要系數(shù)不應(yīng)小于0.9。半自動(dòng)和全自動(dòng)拋光設(shè)備采用的是間歇生產(chǎn)方式，此類設(shè)備配置的電動(dòng)機(jī)較大，選擇0.5左右需要系數(shù)較為合適。

拋光線通風(fēng)系統(tǒng)的作用是將含塵廢氣排出室外，廢氣需經(jīng)水過濾后再排放才能符合環(huán)保要求，使得通風(fēng)機(jī)功率變得越來越大。因?yàn)椴僮髡咭话愣紩淹L(fēng)機(jī)電機(jī)的運(yùn)行頻率和閥門開度調(diào)至最大，所以配置變頻器及調(diào)節(jié)閥門是多余之舉。

6）氧化線大功率整流機(jī)

大功率整流機(jī)有可控硅、高頻開關(guān)等幾種形式，一般用輸出直流電壓、電流來表示整流機(jī)的規(guī)格，而選擇拱電線路、開關(guān)時(shí)需知道它的交流側(cè)輸入電流Ii，其值可按式（1）或式（2）進(jìn)行計(jì)算：

上兩式中，Kjz為校正系數(shù)，可控硅整流機(jī)1.2～1.3，高頻開關(guān)整流機(jī)選 1.1；K1為交流功率換算成電流的系數(shù)，三相380V為1.52；Kjx為整流機(jī)接線系數(shù)，取值見表 1；Pr為輸出直流功率，即輸出直流電壓與電流的乘積，單位為kW；η為整流機(jī)效率，若無制造廠家提供的數(shù)據(jù)，可控硅式可選0.8，高頻開關(guān)式選 0.9；cosφ為功率因數(shù)，可控硅整流機(jī)選0.8，高頻開關(guān)整流機(jī)可取0.92。

表1 三相輸入大功率整流機(jī)的接線系數(shù)

用式（1）或式（2）計(jì)算出來的是交流側(cè)輸入電流，三相整流機(jī)的輸入功率 Pi可由式（3）進(jìn)行計(jì)算：

考慮如下兩個(gè)因素，確定整流機(jī)的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，需要系數(shù) Kd選 0.75為宜：①鋁陽極氧化工藝要求的軟起動(dòng)時(shí)間長達(dá)5～10m in，整流機(jī)輸出電壓、電流有一個(gè)緩升的過程，且每個(gè)工作循環(huán)之間存在間隙；②整流機(jī)工作時(shí)的輸出直流電流一般只有其額定值的85%左右。

此外，大功率整流器存在諧波，如果其諧波量超過國家標(biāo)準(zhǔn)，會對電網(wǎng)特別是自動(dòng)控制系統(tǒng)造成較大的干擾，可使用諧波濾波器消除這些諧波。

1.2 企業(yè)負(fù)荷的計(jì)算

根據(jù)炊具制造企業(yè)的設(shè)備特點(diǎn)，采用估算法及需要系數(shù)法來確定企業(yè)的計(jì)算負(fù)荷。

1）估算法

對于炊具制造企業(yè)來說，我們可以通過目標(biāo)產(chǎn)量來估算其負(fù)荷。按目前炊具制造行業(yè)的工藝技術(shù)水平，以及通過對同類企業(yè)的長期跟蹤，我們認(rèn)為普通炊具電耗為1.5kW·h/只左右，而鋁陽極硬質(zhì)氧化炊具電耗約為3.5kW·h/只。假設(shè)某炊具制造企業(yè)年產(chǎn)量設(shè)定為 10,000,000只，其中 40%為鋁陽極硬質(zhì)氧化炊具，那么其年電耗≈6,000,000×1.5+4,000,000×3.5=23,000,000kW·h。配置的變壓器容量用式（4）進(jìn)行計(jì)算：

每年按折合滿載工作天 250天、每天工作 20小時(shí)、預(yù)留系數(shù)為1.1代入式（4）進(jìn)行計(jì)算：，采用“四舍五入法”取千位數(shù)的整數(shù)，我們可以粗略估算出該企業(yè)應(yīng)配置總?cè)萘繛?000kVA的變壓器。

2017年以來，安順地區(qū)電煤供應(yīng)持續(xù)偏緊，政府為了保證電煤供應(yīng)采取了多種措施，其中對粉煤進(jìn)行封關(guān)是一項(xiàng)重要措施。遇到春節(jié)或兩會等時(shí)期，政府甚至?xí)蟀岔樏旱V所有粉煤全部供電廠。電煤價(jià)格普遍偏低，安順煤礦要保證盈利，就必須要從小粒度塊煤篩分中想辦法。

2）需要系數(shù)法

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合相關(guān)資料，外貿(mào)型炊具制造企業(yè)的各類設(shè)備的需要系數(shù)Kd如表2所示。用“估算法”及“需要系數(shù)”得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對后，我們就可以得出相對準(zhǔn)確、合理的計(jì)算負(fù)荷。

表2 炊具制造企業(yè)常用設(shè)備的需求系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值

1.3 供配電規(guī)劃的前瞻性考慮

外貿(mào)型企業(yè)多數(shù)采用OEM或ODM模式，應(yīng)對不同的訂單采用的是不同的工藝路線，除了大中型設(shè)備（如大型壓力機(jī)、高頻加熱機(jī)等）外，其他設(shè)備根據(jù)訂單的工藝要求經(jīng)常需要移動(dòng)，車間低壓配電系統(tǒng)必需能適應(yīng)這種變化。如果現(xiàn)有設(shè)備不能滿足訂單的工藝要求，可能還需緊急采購設(shè)備，所以供配電系統(tǒng)還需有一定余量。此外，還需根據(jù)企業(yè)的發(fā)展愿景，確定未來增容的預(yù)案。

1）低壓配電柜的設(shè)計(jì)

為了應(yīng)對設(shè)備的搬遷，生產(chǎn)線低壓配電柜設(shè)計(jì)容量需有20%的富余，同時(shí)預(yù)留多幾個(gè)自動(dòng)空氣開關(guān)。

2）電纜通道的設(shè)計(jì)

在炊具制造企業(yè)里，建議采用金屬橋架作為電纜通道，盡量避免通過電纜溝敷設(shè)電纜。企業(yè)里的車邊、車底、拋光、噴砂、清洗、氧化、噴涂等工序會產(chǎn)生較多的金屬細(xì)屑、粉塵、污水等等，電纜溝處地平面以下，上述垃圾較容易進(jìn)入且很難清潔，從而產(chǎn)生安全穩(wěn)患。各車間每條軸線架空安裝電纜橋架，車間之間預(yù)埋線管，當(dāng)增加工藝設(shè)備時(shí)可以快速地進(jìn)行電纜敷設(shè)。

3）企業(yè)高壓供電容量的預(yù)留

考慮未來增容的需要，高壓進(jìn)線截面積預(yù)有余量、配電室預(yù)留足夠的空間用于增設(shè)高低壓開關(guān)柜和變壓器等。

2 外商驗(yàn)廠

外貿(mào)型炊具制造企業(yè)需面對眾多外國公司的驗(yàn)廠，其中對涉及勞動(dòng)安全的設(shè)備安全部分有特殊要求。比如，某外商對設(shè)備安全的要求是這樣描述的：“供應(yīng)商應(yīng)確保所有的生產(chǎn)過程中所使用的機(jī)器或其他設(shè)備裝備有必要的或要求的（注釋 1）安全裝置（注釋2），以避免人員傷害事故”。

注釋1：標(biāo)有無涂改的CE標(biāo)簽的機(jī)器其他設(shè)備可認(rèn)為是符合衛(wèi)生安全要求的。

注釋 2：例如，用來避免粉碎、擠壓、切割等帶來的傷害而裝備的緊急停止按鈕、大門和安全升降機(jī)。

在具體操作中，驗(yàn)廠員對配電系統(tǒng)（特別是車間低壓配電系統(tǒng)）主要有如下幾點(diǎn)要求，需在規(guī)劃時(shí)注意：①采用雙層門低壓配電柜，開關(guān)的操作手柄外露內(nèi)層門外，其余部分如電纜、接線端子、銅排等等內(nèi)門隔離，打開外層門后可以安全地操作開頭手柄；②開關(guān)標(biāo)識清晰準(zhǔn)確且容易更新；③開關(guān)柜前后左右保持足夠的間隔；④所有設(shè)備電箱、動(dòng)力柜要求配置門鎖，維修時(shí)必須上鎖以確保安全；⑤相關(guān)設(shè)備需安裝緊停按鈕，如清洗線、噴涂線固化爐等等。

3 與高層決策者的溝通方法

3.1 配電室的選址

配電室選址應(yīng)盡可能靠近工廠的負(fù)荷中心，但在實(shí)際中往往受到其它因素的影響，而使配電室建設(shè)在偏離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)的地方，這樣做會產(chǎn)生如下問題：

1）投資額增加

為了說明增加的幅度，可用圖1來進(jìn)行說明。

圖1 配電室偏離負(fù)荷中心分析圖

如圖1a所示，假設(shè)負(fù)荷A、B、C容量相同且呈等邊三角形分布，那么其負(fù)荷中心就是這個(gè)等邊三角形的幾何中心，如果電纜沿直線敷設(shè)，則電纜總長為300m。而圖1b所示的是配電室偏離了負(fù)荷中心 100m的情況，電纜總長變成了400m。 配電室偏離負(fù)荷中心造成電線電纜的總長度及的投資額相應(yīng)增加33%。此外，由于長度增加，為保證線路壓降符合要求，電纜截面積還需相應(yīng)增大，使得投資額進(jìn)一步上升。

2）運(yùn)行時(shí)電能消耗大、電源質(zhì)量下降

配電室偏離負(fù)荷中心造成電纜長度增加，電纜的銅損等于I2R，R與電纜長度成正比，所以銅損與電纜長度成正比。電纜阻抗增加，用電側(cè)電壓波動(dòng)隨之加大，若調(diào)高變壓器輸出電壓來保證設(shè)備正常運(yùn)行，在夜間負(fù)荷變小的時(shí)間段，很容易產(chǎn)生超壓現(xiàn)象，危害電氣設(shè)備的安全。

3.2 配合室選址方案的比對

其實(shí)配電室設(shè)置在絕對的負(fù)荷中心是很難做到的，我們可根據(jù)配合室選址不同，出幾套設(shè)計(jì)方案，并做出相應(yīng)的預(yù)算，相信投資額的差異定能說服高層決策者，從而讓他們改變初衷。

4 結(jié)論

在充分掌握工廠供配電設(shè)計(jì)理論知識的基礎(chǔ)上，對設(shè)計(jì)工程師而言，還有如下幾項(xiàng)要求：①熟悉炊具行業(yè)的設(shè)備特點(diǎn)及對應(yīng)的生產(chǎn)工藝；②考慮工藝變化大等因素而采用前瞻性設(shè)計(jì)；③了解外商驗(yàn)廠對供配電系統(tǒng)的要求；④用經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)說服高層決策者，盡量把配電室放置在企業(yè)和車間的負(fù)荷中心。

[1]中國機(jī)械工程學(xué)會塑性工程學(xué)會.鍛壓手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[2]中國機(jī)械工程學(xué)會焊接學(xué)會.焊接手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[3]任元會,等.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊[M].北京:中國電力出版社,2005.