某鋁及鋁合金鑄軋車間配電方案

董桂華

（昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，昆明 650051）

原鋁和鋁合金鑄軋是現(xiàn)代鋁加工項(xiàng)目中的重要環(huán)節(jié)。本車間位于已建成的8 萬t/a 鋁合金板帶項(xiàng)目內(nèi)。由于原鑄軋車間的生產(chǎn)能力不能滿足冷軋車間的需要，在保留原鑄軋車間基礎(chǔ)上，在預(yù)留場地內(nèi)新建規(guī)模為3 萬t/a 的本鑄軋車間。由于本項(xiàng)目所需的其它公共輔助設(shè)施，可利用已建成項(xiàng)目的原有設(shè)施，不足部分再根據(jù)需要對原有公共輔助設(shè)施進(jìn)行改或擴(kuò)建。

本車間主要由鋁熔煉工段和鑄軋工段組成。項(xiàng)目配置有3 條鑄軋生產(chǎn)線，利用電解鋁液和冷料（鋁錠）為原料，在4 臺（3 用1 備）25t 天然氣鋁熔煉爐和3 臺30t 電阻式保溫靜置爐中進(jìn)行鋁熔煉和精煉，采用兩臺電磁攪拌器和3 套鋁液在線處理設(shè)備，對鋁液進(jìn)行過濾、除氣和晶粒細(xì)化等工藝的處理，合格的鋁液最終在3 臺1010×1900 鑄軋機(jī)進(jìn)行鑄軋，產(chǎn)出鋁鑄軋卷。

1 負(fù)荷情況

1.1 主要設(shè)備

本鑄軋車間的主要生產(chǎn)設(shè)備有：25t 矩形天然氣熔鋁爐、30t 保溫靜置爐、鋁熔體在線處理系統(tǒng)和鑄軋機(jī)等，主要設(shè)備布置由圖1所示。熔鋁爐和保溫靜置爐設(shè)在鋁熔煉工段，鋁液在線處理裝置和鋁鑄軋機(jī)等設(shè)在鑄軋工段。

25t 矩形天然氣熔鋁爐為火焰（燃?xì)饣蛉加停┤垆X爐，利用天然氣作為能源，對電力無需求。其中每兩臺熔鋁爐配置1 套電磁攪拌裝置和1 套電動(dòng)葫蘆系統(tǒng)，電磁攪拌裝置設(shè)備功率每套251.5kW；電動(dòng)葫蘆每套3kW。

30t 保溫靜置爐為電阻式保溫爐，通過電阻絲的分組投入，進(jìn)行保溫和加熱。熔體溫度：700℃～760℃；熔體溫度控制精度：≤±3℃；設(shè)備功率為單臺620kW。

鋁熔體在線處理裝置，處理能力：3t/h；配套設(shè)備功率單臺45kW。

鑄軋機(jī)為超型鑄軋機(jī)，最大帶寬：1760mm；帶材厚度：5～8mm；鑄軋輥?zhàn)畲缶€速度：1800mm/min。其中每臺鑄軋機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為2×49kW；卷取機(jī)組功率為13kW。

本項(xiàng)目擴(kuò)建的生產(chǎn)公共輔助系統(tǒng)包括：鑄軋機(jī)液壓系統(tǒng)、鑄軋水循環(huán)系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)和起重設(shè)備等部分。

鑄軋機(jī)液壓系統(tǒng)中，每臺鑄軋機(jī)對應(yīng)1 套液壓站，液壓站設(shè)備功率52kW。

圖1 鑄軋車間平面圖

為完成整個(gè)冷卻水系統(tǒng)的循環(huán)，整個(gè)車間設(shè)置一套鑄軋機(jī)閉路循環(huán)系統(tǒng)，設(shè)備功率為6×37kW。整個(gè)車間設(shè)置一套除塵系統(tǒng)，設(shè)備功率為163kW。車間內(nèi)的起重機(jī)設(shè)備功率總和為118kW。

1.2 負(fù)荷情況

新建的整個(gè)鑄軋車間負(fù)荷的裝機(jī)容量共計(jì)3884kW，計(jì)算負(fù)荷2760kW，所有負(fù)荷的用電電壓均為低壓380/220V。在現(xiàn)行的《有色金屬加工廠電力設(shè)計(jì)規(guī)范》（YS 5031—97）表2.1.2 常用重要用電設(shè)備的負(fù)荷級別中，熔鑄車間保溫靜置爐的負(fù)荷等級為二級，其中屬小型加工廠中的該設(shè)備負(fù)荷等級可列為三級，其余用電設(shè)備均為三級負(fù)荷。

2 供電方案

由于鋁合金板帶項(xiàng)目已經(jīng)建成，而新建的鑄軋車間新增的負(fù)荷比較大，如果采用在原有供電設(shè)施基礎(chǔ)上進(jìn)行改造的方案上不可行，因此需要單獨(dú)考慮本項(xiàng)目的供電電源情況。

根據(jù)本車間的負(fù)荷容量和供電距離，結(jié)合整個(gè)鋁板帶項(xiàng)目現(xiàn)有的供配電系統(tǒng)情況，本車間高壓配電采用10kV 電壓等級能滿足要求。由上級變電站的10kV Ⅰ段母線和Ⅱ段母線各引來1 回線路，以滿足本車間二、三級負(fù)荷的供電要求。

作為10kV 電源的受電和配電點(diǎn)，在鑄軋車間配置10kV 開關(guān)室，采用單母線接線方式，2 進(jìn)4 出，其進(jìn)出線全采用高壓電纜方式，4 回出線全部為變壓器回路。2 回進(jìn)線采用電氣互鎖，保證運(yùn)行時(shí)只有1 回線路供電，防止2 回路電源并列運(yùn)行。

3 配電方案

3.1 既有條件

鑄軋車間為單層廠房，建筑規(guī)模為長84m，寬60m，跨度較大。由于鑄軋生產(chǎn)工藝的特殊要求，廠房的地坪面標(biāo)高有3 個(gè)，鋁熔煉工段在+2.100 平面，鑄軋工段有+1.100 平面和±0.000 平面。

根據(jù)平面布置，在鑄軋車間偏跨一側(cè)新建10kV開關(guān)室1 座。在偏跨兩側(cè)各自設(shè)置1 座10kV 變配電所，其中10kV 開關(guān)室和同側(cè)的10kV 變配電所合建。其相應(yīng)位置如圖1所示。10kV 變配電所內(nèi)設(shè)10/0.4kV 變壓器、低壓配電屏和設(shè)備控制屏等。

3.2 主要方案

由于用電負(fù)荷縱橫向分布較分散；從生產(chǎn)工序上分為2 個(gè)工序，而從流程上又分為3 條鑄軋生產(chǎn)線，且鑄軋生產(chǎn)線跨越了該2 個(gè)工序。車間內(nèi)存在特殊負(fù)荷：電阻式保溫靜置爐，設(shè)備功率較大，為620kW，此外電磁攪拌裝置的設(shè)備功率也相對較大。

根據(jù)以上特點(diǎn)，為縮短低壓負(fù)荷的供電半徑，減少線纜材料，保證電能質(zhì)量和達(dá)到節(jié)能的效果，在如何在上述2 個(gè)變配電所中合理設(shè)置變壓器的臺數(shù)、容量，以及各臺變壓器的所帶負(fù)荷的劃分上，列出了以下兩個(gè)主要方案進(jìn)行分析比選，見表1和表2。

表1 變配電所設(shè)置方案1

表2 變配電所設(shè)置方案2

方案一按照設(shè)備平面布置，以及設(shè)備性質(zhì)來分配負(fù)荷。針對保溫靜置爐負(fù)荷的特殊性，設(shè)置3 臺靜置爐變壓器（T1.1～1.3）對應(yīng)3 臺靜置爐；其余設(shè)備功率相對較小且較為分散，設(shè)置2 臺鑄軋動(dòng)力變壓器（T2.1～T2.2），對應(yīng)于其余負(fù)荷。鑄軋1#變電所（S1）設(shè)1#靜置爐變壓器（T1.1）和1#鑄軋動(dòng)力變壓器（T1.2）；鑄軋2#變電所（S2）設(shè)2#靜置爐變壓器（T2.1）、3#靜置爐變壓器（T2.2）以及2#鑄軋動(dòng)力變壓器（T2.3）。

方案二以照顧生產(chǎn)線流程為原則來設(shè)置變壓器和分配負(fù)荷。通過設(shè)置3 臺鑄軋變壓器（T1.1～1.3）對應(yīng)于3 條鑄軋生產(chǎn)線流程設(shè)備，鑄軋流程設(shè)備有保溫靜置爐，鋁熔體在線處理裝置、鑄軋機(jī)及對應(yīng)的液壓系統(tǒng)；設(shè)置1 臺公共輔助變壓器（T1.2），對應(yīng)于鑄軋生產(chǎn)線以外的其余負(fù)荷。每臺鑄軋變壓器所帶負(fù)荷中，保溫靜置爐所占容量最大。鑄軋1#變電所（S1）設(shè)鑄軋1#線變壓器（T1.1）和公共輔助系統(tǒng)變壓器（T1.2）；鑄軋2#變電所（S2）設(shè)鑄軋2#線變壓器（T2.1）和鑄軋3#線變壓器（T2.2）。

方案二通過按照生產(chǎn)流程設(shè)置變壓器臺數(shù)和分配低壓負(fù)荷，使整改變配電系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)適應(yīng)度高，整體型式較為清晰，便于今后的生產(chǎn)管理和設(shè)備檢修。對于保溫靜置爐這一特殊負(fù)荷，從工藝上確定安保時(shí)間和安保負(fù)荷之后，通過優(yōu)化配電及控制方式能夠進(jìn)行解決。方案一主要從保溫靜置爐這一特殊負(fù)荷角度，設(shè)置變壓器臺數(shù)和分配低壓負(fù)荷，由于保溫靜置爐的臺數(shù)較多，這種方案會(huì)使10kV出線回路和變壓器臺數(shù)較多，相應(yīng)的高壓設(shè)備及線纜等投資較大。

通過以上分析，配電方案最終選用方案二。

4 繼電保護(hù)

本車間10kV 開關(guān)室的繼電保護(hù)采用微機(jī)綜合保護(hù)裝置，主要保護(hù)對象為電力變壓器，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》及相關(guān)配電設(shè)計(jì)手冊的相關(guān)規(guī)定，變壓器保護(hù)裝置裝設(shè)電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)、瓦斯保護(hù)、溫度保護(hù)和單相接地保護(hù)。微機(jī)保護(hù)系裝置分散安裝在各10kV 開關(guān)柜上，設(shè)置后臺機(jī)，控制室監(jiān)控。

5 結(jié)論

在本項(xiàng)目中，從主要設(shè)備的負(fù)荷性質(zhì)，設(shè)備平面布置和既有的約束條件等方面入手，重點(diǎn)分析了在較大規(guī)模的廠房內(nèi)，不同方式下的車間變壓器設(shè)置及其配電范圍，得出了最終結(jié)論。為建設(shè)及今后投入運(yùn)營等方面提供了有意義的參考。

[1] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院組.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊[M].3 版.北京: 中國電力出版社,2005.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部,中華人民共和 國國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,GB 50052—2009.供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2010.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部,中華人民共和國國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,GB/T 50062—2008.電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2009.

[4] 中國有色金屬工業(yè)總公司.YS 5031—97 有色金屬加工廠電力設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京: 中國計(jì)劃出版社,1998.