機(jī)械類車間的供電設(shè)備選型

山西省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院 高在峰

機(jī)械類車間的供電設(shè)備選型

山西省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院 高在峰

文章介紹了機(jī)械工廠常用的變配電設(shè)備及其使用特點(diǎn)，并根據(jù)其特點(diǎn)列舉了幾套不同的配電方案。

變壓器；開關(guān)柜；電纜橋架；操作電源

0 前言

我國(guó)是一個(gè)機(jī)械生產(chǎn)、使用大國(guó)，面對(duì)眾多電氣生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品，如何能即安全又經(jīng)濟(jì)地選用一個(gè)適合本廠使用的電氣供電方案擺在廣大工廠有關(guān)人員的面前，筆者就機(jī)械類工廠目前常用的電氣設(shè)備及其使用特點(diǎn)做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹，并對(duì)設(shè)計(jì)時(shí)通常容易忽略的一些問(wèn)題加以闡述。

1 變壓器的選型

目前，機(jī)械類車間變電室常用的變壓器主要為油浸式變壓器和干式變壓器。油浸式變壓器是以礦物絕緣油作為絕緣手段，依靠油作冷卻介質(zhì)（自冷、風(fēng)冷、水冷）在變壓器內(nèi)部進(jìn)行循環(huán)，將線圈產(chǎn)生的熱帶到變壓器的散熱器（片）上進(jìn)行散熱，可以從小到大做到電壓等級(jí)、容量不限。干式變壓器則依靠空氣對(duì)流進(jìn)行冷卻，大容量靠風(fēng)機(jī)冷卻，一般適用容量1600KVA以下，電壓在10KV以下。干式變壓器具有安全、難燃、防火、無(wú)污染、免維護(hù)，安裝簡(jiǎn)單，綜合運(yùn)行成本低，防潮性好，可在100%濕度下正常運(yùn)行，停運(yùn)后不經(jīng)預(yù)干燥即可投入運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，能直接與高低壓開關(guān)柜安裝在一起，節(jié)省占地面積，但短時(shí)過(guò)載能力差。而油浸變壓器一次性購(gòu)買價(jià)格低，短時(shí)過(guò)載能力強(qiáng)，但易燃、不防火，需經(jīng)常維護(hù)，對(duì)環(huán)境會(huì)造成一定污染，此外還需單獨(dú)建變壓器室、及儲(chǔ)油池等弊端。

以前由于干式變壓器價(jià)格昂貴、生產(chǎn)廠家較少，通常只用于高層建筑等防火防爆要求高的場(chǎng)所，普通工廠內(nèi)較少采用，如今隨著技術(shù)的進(jìn)步及產(chǎn)品的普及，干式變壓器價(jià)格與油浸式變壓器價(jià)格相差不多，綜合造價(jià)下來(lái)可能比油浸式變壓器還低，況且隨著機(jī)械類單個(gè)車間面積越來(lái)越大，隨著變壓器數(shù)量的增多，采用油浸式變壓器弊端越來(lái)越多，因此對(duì)過(guò)載幾率小的機(jī)械類車間來(lái)說(shuō)，建議首選干式變壓器。

2 變電室操作電源的類型及選用原則

變電室操作電源主要為變電室內(nèi)斷路器的分、合閘回路、繼電保護(hù)裝置、控制回路、信號(hào)回路信以及其他二次回路等提供電源，是當(dāng)代電力系統(tǒng)控制、保護(hù)交流型的基礎(chǔ)。根據(jù)二次回路操作電源可分為交流與直流型。

（1）交流操作電源：電源可直接取自所用變或變壓器220/380V低壓側(cè)，小型變電站也可以取自電壓互感器二次側(cè)，此時(shí)需要設(shè)計(jì)100/220V升壓變壓器。交流操作電源常用于常規(guī)繼電器式繼電保護(hù)或有高壓熔斷器保護(hù)開關(guān)或采用彈簧結(jié)構(gòu)的斷路器的地方。交流操作電源具有接線簡(jiǎn)單、投資低、節(jié)省占地面積等優(yōu)點(diǎn)，但還不能構(gòu)成十分完善的保護(hù)系統(tǒng)，一般只能用于滿足繼電保護(hù)要求、出線回路較少的中小型變電室內(nèi)。

（2）直流操作電源：直流操作電源可分為兩種，一種是由鉛酸蓄電池或鎘鎳蓄電池組組成，其特點(diǎn)是可靠性高、一次性投資大，用于對(duì)操作電源要求可靠性高的工程中。另一種是由硅整流裝置和電容補(bǔ)償裝置構(gòu)成，其特點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、投資省、便于維護(hù)，但可靠性不如蓄電池直流系統(tǒng)。只能用于中小型變配電系統(tǒng)。

（3）小結(jié)：在變配電系統(tǒng)中，操作電源的選擇可根據(jù)車間規(guī)模、重要性以及斷路器選型對(duì)操作電源的要求、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、變電室的面積等綜合考慮確定，對(duì)于機(jī)械工廠變電室來(lái)說(shuō)，交流操作電源由于具有接線簡(jiǎn)單，投資低，節(jié)省占地面積、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，采用交流操作電源為首選，對(duì)供電可靠性有特別要求的工程或規(guī)模特別大的系統(tǒng)中才考慮用直流操作系統(tǒng)。

3 變電室開關(guān)柜

3.1 高壓開關(guān)柜的類型及特點(diǎn)

高壓開關(guān)柜是用于電力系統(tǒng)的電氣柜設(shè)備。高壓開關(guān)柜的作用是在電力系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電、輸電、配電和電能轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，進(jìn)行開合、控制和保護(hù)的裝置。高壓開關(guān)柜內(nèi)的部件主要有高壓斷路器、高壓隔離開關(guān)、高壓負(fù)荷開關(guān)、高壓操作機(jī)構(gòu)等。

高壓開關(guān)柜按結(jié)構(gòu)形式可分為固定式、移開式。移開式高壓開關(guān)柜也被稱為手車式高壓開關(guān)柜，它的特點(diǎn)是將斷路器等主要元器件安裝在可以抽出的手車上，其優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性較高，安全性好，斷路器更換方便，占地面積小。現(xiàn)常用移開式開關(guān)柜主要有JYN和KYN系列。

固定式高壓開關(guān)柜，顧名思義是將斷路器等全部電氣元件都固定安裝在開關(guān)柜內(nèi)，改開關(guān)柜的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性好，一次性投資較少，缺點(diǎn)是更換高壓開關(guān)不便。固定式開關(guān)柜中現(xiàn)常用的主要型號(hào)有KGN和XGN、HXGN系列，舊型號(hào)GG-1A型基本淘汰。其特點(diǎn)為占地面積最小，價(jià)格便宜，但安全性較低，斷路器更換不便。這里重點(diǎn)介紹一下XGN、HXGN型高壓環(huán)網(wǎng)柜，該環(huán)網(wǎng)柜供電的方案一般采用一路環(huán)進(jìn)，一路環(huán)出，即供電干線形成一個(gè)閉合的環(huán)形，供電電源向這個(gè)環(huán)形干線供電，從干線上再一路一路地通過(guò)高壓開關(guān)向外配電。這樣的好處是，每一個(gè)配電支路既可以同它的左側(cè)干線取電源，又可以由它右側(cè)干線取電源。當(dāng)左側(cè)干線出了故障，它就從右側(cè)干線繼續(xù)得到供電，而當(dāng)右側(cè)干線出了故障，它就從左側(cè)干線繼續(xù)得到供電，這樣以來(lái)，盡管總電源是單路供電的，但從每一個(gè)配電支路來(lái)說(shuō)卻得到類似于雙路供電的實(shí)惠，從而提高了供電的可靠性。這些環(huán)網(wǎng)柜的都不大，因而環(huán)網(wǎng)柜的高壓開關(guān)一般不采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的斷路器而采取結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的帶高壓熔斷器的高壓負(fù)荷開關(guān)。也就是說(shuō)，環(huán)網(wǎng)柜中的高壓開關(guān)一般是負(fù)荷開關(guān)，環(huán)網(wǎng)柜用負(fù)荷開關(guān)操作正常電流，用熔斷器切除短路電流，這兩者結(jié)合起來(lái)取代了斷路器，從而節(jié)省了大量的投資。現(xiàn)對(duì)于供電容量在1600KV以下的非特別重要負(fù)荷，大量被用于工廠、企業(yè)、住宅小區(qū)等分變電站里。

3.2 低壓開關(guān)柜的類型及特點(diǎn)

低壓開關(guān)柜從結(jié)構(gòu)形式上分固定式和抽屜式。固定式主要為GGD等系列，其開關(guān)、測(cè)控等電器元件均安裝在一個(gè)用鋼或絕緣材料的封閉外殼內(nèi)。通常門與主開關(guān)操作有機(jī)械連鎖。具有維護(hù)方便，價(jià)格低，容量大，分?jǐn)嗄芰?qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但也存在回路單元少，占地面積大，不能與計(jì)算機(jī)聯(lián)絡(luò)等缺點(diǎn)，一般適用于受投資條件限制且生產(chǎn)年限較短的中小型工礦企業(yè)。抽屜式主要為GCS、MNS等系列，開關(guān)柜采用鋼板制成的封閉外殼，內(nèi)部尺寸模數(shù)化，進(jìn)出回路的電器元器件都安裝在可抽出的抽屜中，構(gòu)成完成某一類供電任務(wù)的功能單元。其特點(diǎn)是有較高的可靠性、安全性和互換性，如果出現(xiàn)單個(gè)回路故障時(shí)可以在不影響其它回路工作的情況下維修，停電影響不大。但價(jià)格比GGD要貴出好多。適用于要求供電可靠性較高的工礦企業(yè)、高層建筑、集中控制的配電中心。

3.3 內(nèi)部電器元器件防護(hù)等級(jí)的選擇

在設(shè)備訂貨時(shí)要根據(jù)線路的進(jìn)出方式來(lái)選擇柜體出線方式，如下進(jìn)下出方式，主要適用于進(jìn)出線都為電纜溝；上進(jìn)上出方式適用于架空進(jìn)線，電纜橋架、密集型母線出線方式；下進(jìn)下出方式多適用于出線既有電纜橋架、密集型母線，又有電纜溝出線。

柜體的防護(hù)等級(jí)的選擇應(yīng)與放置環(huán)境相適應(yīng)，因?yàn)榉雷o(hù)等級(jí)越高，散熱就越差，致使運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量無(wú)法散出去，柜內(nèi)溫度升高，電器絕緣性能下降，對(duì)于設(shè)備安全運(yùn)行構(gòu)成威脅，反過(guò)來(lái)為保障設(shè)備安全運(yùn)行，可能需提高開關(guān)設(shè)備性能，從而導(dǎo)致增加購(gòu)買成本，因此在選擇柜體時(shí)，不能一味追求高防護(hù)等級(jí)，一般在配電室內(nèi)選用防護(hù)等級(jí)IP30，室外防護(hù)等級(jí)一般選用IP50就足夠了。另外選用內(nèi)部電器元器件時(shí)一般性多塵環(huán)境宜選用防塵型（IP50級(jí)）電器，對(duì)于多塵或存在導(dǎo)電性灰塵的一般多塵環(huán)境宜采用塵密型（IP60級(jí)）電器，對(duì)導(dǎo)電纖維（如碳素纖維）環(huán)境應(yīng)采用IP65級(jí)電器。

4 車間干線布線方式

目前機(jī)械工廠車間內(nèi)部干線布線方式主要為電纜和密集型母線，其中電纜干線根據(jù)敷設(shè)方式又可分為電纜溝和橋架敷設(shè)。電纜溝敷設(shè)與橋架敷設(shè)相比安裝簡(jiǎn)單，造價(jià)低，但只適用于無(wú)易燃、易爆、腐蝕性物質(zhì)和環(huán)境干燥的場(chǎng)所里，且在線路檢修、更換時(shí)較為麻煩。電纜橋架與電纜溝相比具有節(jié)省空間，無(wú)環(huán)境限制要求，免與其它管道交叉，通風(fēng)散熱好，檢修更換方便等優(yōu)點(diǎn)，但造價(jià)稍高。

密集式母線與電纜敷設(shè)相比主要有以下優(yōu)點(diǎn)：車間配電室配電柜出路少；單路載流能力大（規(guī)格從400A～5000A）；通用性較強(qiáng)，當(dāng)調(diào)整或新增用電設(shè)備時(shí)，無(wú)需變動(dòng)供電系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置插口，即可對(duì)新增設(shè)備供電；另外母線槽單位體積較小，安裝后比較美觀；遇火時(shí)無(wú)有毒氣體散發(fā)。但與前兩者相比也有不足之處：造價(jià)高；對(duì)安裝人員技術(shù)要求較高；因載流量大，供電范圍廣，因此如遇分路主開關(guān)檢修時(shí)影響范圍較廣。

綜上所述，電纜布線和密集母線布線各有所長(zhǎng)，車間供電選用何種方式應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況加以分析，筆者根據(jù)多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，如用電設(shè)備數(shù)量多、非重要負(fù)荷、設(shè)備間負(fù)荷差別小，且布置分散設(shè)備如機(jī)加車間、鉚焊車間等宜選用密集式母線布線方式；如設(shè)備數(shù)量較少或設(shè)備負(fù)荷差別大的車間如鍛造車間、熱處理車間等宜采用電纜敷設(shè)方式，至于說(shuō)選用橋架方式還是電纜溝敷設(shè)方式應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及預(yù)算狀況綜合考慮，就從安全及以后檢修、更換方便角度而言建議采用橋架方式為好。

5 選擇電纜橋架應(yīng)注意的問(wèn)題

在選用電纜橋架方式敷設(shè)時(shí)應(yīng)注意橋架對(duì)電纜載流量的影響，因?yàn)殡娎|橋架按結(jié)構(gòu)形式分為電纜梯架、無(wú)孔電纜托盤、有孔電纜托盤和電纜槽盒，電纜槽盒又分為普通電纜槽盒和耐火電纜槽盒。電纜橋架結(jié)構(gòu)形式不同，散熱效果非常大，對(duì)敷設(shè)其中的電線電纜允許載流量的影響自然不同。例如，電纜槽盒為封閉結(jié)構(gòu)，價(jià)格較高，散熱不良。多個(gè)配電回路在電纜槽盒內(nèi)敷設(shè)時(shí)，電線電纜的允許載流量降低很多，校正系數(shù)最低只有0.38。為滿足允許載流量不小于其保護(hù)裝置的長(zhǎng)延時(shí)整定電流和該線路計(jì)算負(fù)荷電流的要求，只得加大電線電纜的導(dǎo)體截面，無(wú)疑會(huì)增加投資，造成浪費(fèi)。因此，普通配電線路采用電纜橋架敷設(shè)方式時(shí)，最好選用價(jià)格較低且對(duì)允許載流量影響較小的電纜梯架。若鼠害嚴(yán)重，可采用鎧裝電纜或防鼠電纜在電纜梯架中敷設(shè)。

6 小結(jié)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，企業(yè)對(duì)供電的可靠性和安全性越來(lái)越重視，對(duì)供配電設(shè)備的要求也在不斷的提高，如何提供一個(gè)優(yōu)秀的適合企業(yè)的供電方案也成為每一個(gè)設(shè)計(jì)人員所面臨的難題。

[1]工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．中國(guó)電力出版社．

[2]工廠供電[M]．機(jī)械工業(yè)出版社．