淺談某光纖拉絲及光纜制造工廠供配電設(shè)計

黃雪松

摘要：介紹了光纖拉絲和光纜制造廠的供配電設(shè)計，工廠供電的特點(diǎn)要求。工廠供配電設(shè)計直接影響著現(xiàn)代工廠的生產(chǎn)效率和安全性，因此，本文主要討論了工廠供配電設(shè)計，希望對該領(lǐng)域的供配電設(shè)計有一定啟示。

關(guān)鍵詞：光纖拉絲；光纜制造；供配電

中國信息化建設(shè)如火如荼的開展，“三網(wǎng)融合”、“互聯(lián)網(wǎng)+”、“提速降費(fèi)”這些國家層面戰(zhàn)略的施行，給光纖光纜市場帶來相當(dāng)大的機(jī)會；“一帶一路”策略將為中國的光纖以及光纜企業(yè)國際化帶來全新機(jī)遇；FTTx 部署為主要驅(qū)動，5G 建設(shè)發(fā)力；中國市場引領(lǐng)全球，新興市場有助釋放產(chǎn)能；農(nóng)村市場將成為光纖光纜“藍(lán)海”。

1. 光纖拉絲及光纜制造工藝概述

光纖拉絲工藝有如下特點(diǎn)：

（1）通過嚴(yán)格控制中芯光纖的粘度，降低芯層光纖的應(yīng)力，降低纖芯層中的瑞利散射，減少光纖芯層中的光損失。

（2）通過改進(jìn)爐子溫場，提高光纖不圓度，減少光纖內(nèi)部的雙折射，從而大大降低光纖的偏振模色散。

（3）通過拉絲控制系統(tǒng)，減少爐子內(nèi)部溫度場的波動，減少光纖內(nèi)部的應(yīng)力，降低光纖的衰減損耗。

光纜制造工藝有如下特點(diǎn)：

（1）著色工序使用3頭著色機(jī)，單位速度達(dá)到2500m/min，固化方式由原有的紫外光固化改為LED燈固化，提高了單位面積的產(chǎn)出量、降低了能耗。

（2）套塑工序采用先進(jìn)的溫差法，保證了光纜生產(chǎn)工藝的一致性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了工藝控制的智能化，降低了員工的勞動強(qiáng)度。

（3）護(hù)套工序采用機(jī)械手進(jìn)行排線，降低了人工成本，最主要的是生產(chǎn)安全得到保障。

2.工廠供配電設(shè)計

2.1用電負(fù)荷

本工廠為光纖拉絲及光纜制造工廠，主要用電負(fù)荷有光纖拉絲塔、篩選機(jī)、三頭著色機(jī)、并帶生產(chǎn)線、套塑生產(chǎn)線、大套生產(chǎn)線、成纜生產(chǎn)線、護(hù)套生產(chǎn)線等生產(chǎn)設(shè)備用電，空調(diào)、UV燈送排風(fēng)、工藝?yán)鋮s水（PCW）、冷水機(jī)、冷卻水水泵、冷凍水水泵、冷卻塔、空壓機(jī)、純水設(shè)備、照明等輔助設(shè)備以及消防設(shè)備、通訊及安全設(shè)備用電等。

工藝?yán)鋮s水裝置（PCW）、備用應(yīng)急照明、消防設(shè)備和通信設(shè)備對電源的需求是比較高的，除了正常的城市電源供電之外，還需要來自城市的安全電源作為備用電源。

根據(jù)工藝設(shè)備用電量表及相關(guān)輔助設(shè)備用電量情況，負(fù)荷估算采用需要系數(shù)法，計算主要數(shù)據(jù)如下：

用電設(shè)備總裝設(shè)功率：10270 kW；

其中：工藝設(shè)備裝設(shè)功率：5800 kW；

輔助設(shè)備裝設(shè)功率：4250 kW；

照明設(shè)備裝設(shè)功率：220 kW；

無功補(bǔ)償容量：3000 kVar；

補(bǔ)償后計算有功功率：5848 kW；

補(bǔ)償后計算無功功率：1580 kW；

補(bǔ)償后計算視在功率：6058 kVA；

另外，應(yīng)急設(shè)備裝設(shè)功率：400 kW；消防設(shè)備裝設(shè)功率：320 kW。

2.2供電電源

根據(jù)光纖拉絲及光纜制造工廠工藝設(shè)施以及輔助設(shè)備的負(fù)荷性質(zhì)、負(fù)荷容量及當(dāng)?shù)仉娏η闆r，擬由電力公司引來一路10kV市電電源、一路10kV保安電源供電，采用電纜在廠區(qū)內(nèi)直埋敷設(shè)的方式引至廠房輔助用房的變配電所，不影響廠區(qū)環(huán)境美觀。

10kV的高壓系統(tǒng)考慮單母線的方式接線，高壓電力電纜以放射式配電的方式送到各終端變壓器。單母線連接簡單、清晰、設(shè)備少、占用少，便于后期工廠擴(kuò)建。

2.3 變配電所

在廠房一層輔助用房區(qū)域設(shè)置變配電所1個，變配電所內(nèi)設(shè)高壓開關(guān)柜12面，變壓器5臺，總?cè)萘繛?500kVA，低壓開關(guān)柜若干。

在車間的變電所里面裝設(shè)4臺容量為2000kVA，高壓為10kV，低壓為0.4kV的三相環(huán)氧樹脂澆注類型的干式電力變壓器作為全廠負(fù)荷的供電變壓器，4臺變壓器中每2臺變壓器一組在低壓側(cè)設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，正常時，兩臺變壓器是分開來運(yùn)行的，只有當(dāng)一臺變壓器檢修或故障，可通過閉合聯(lián)絡(luò)開關(guān)來提高配電的可靠性及靈活性。為滿足工藝?yán)鋮s水（PCW）、應(yīng)急備用照明以及消防設(shè)備、通訊設(shè)備的應(yīng)急電源需求，另設(shè)置1臺500kVA，10kV/0.4kV三相環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器，每臺變壓器的負(fù)荷率均控制在80%以內(nèi)。

為了確保變電所的正常供電，務(wù)必使得電壓保持在正常的工作范圍之內(nèi)，這個可以通過變壓器的分接開關(guān)來改變高壓側(cè)繞組的匝數(shù)，改變其變比，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓到正常范圍的目的。有2種改變分接頭的方式：無勵磁調(diào)壓，調(diào)整范圍通常在±2X2.5%以內(nèi)，另一種為有載調(diào)壓的調(diào)整范圍可達(dá)30%，不過由于其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，價格比較昂貴，我們考慮選擇采用無勵磁調(diào)壓的方式。

變壓器高壓側(cè)采用“D”連接，低壓側(cè)采用“yn”連接，為限制三次諧波，我們選用“Dyn11”接線組別的變壓器。

2.4 短路電流計算

短路造成的故障會對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成非常大的影響，造成的后果也是相當(dāng)?shù)膰?yán)重，所以需要考慮防止短路故障的發(fā)生。考慮到現(xiàn)代電力系統(tǒng)的實(shí)際情況，要進(jìn)行準(zhǔn)確的短路計算是相當(dāng)復(fù)雜的，同時對解決大部分實(shí)際問題是不要求非常精準(zhǔn)的計算結(jié)果。一般在選擇電氣設(shè)備時，我們只需要近似計算通過該設(shè)備的最大可能的三相短路電流值。

10kV高壓系統(tǒng)短路電流數(shù)據(jù)由供電部門掌握，這里不做估算。

0.4kV低壓系統(tǒng)的短路計算假定有以下條件：

（1）變壓器的容量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的比系統(tǒng)的容量來的小，短路電流的計算會被認(rèn)為離發(fā)電機(jī)端非常的遠(yuǎn)，也就是說按照無限大的電源來考慮的。

（2）計入短路電路元件的有效電阻，不考慮電弧電阻、接觸電阻。

（3）不考慮短路電流直流分量。

上述2000kVA干式變壓器，Dyn11連接，Uk%=6、 =12.6kW，假設(shè)變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)短路容量 。

高壓側(cè)的電阻和電抗（計算到400V側(cè)）為 RS=0，XS=0。

變壓器的電阻和電抗為 。

低壓母線上的三相短路電流（不包括母線長度）： 。

電氣設(shè)備可靠工作除了根據(jù)正常的工況選擇外，還要根據(jù)短路情況檢查其熱穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性。并依據(jù)實(shí)際情況，在安全可靠前提下，積極穩(wěn)妥的采用新技術(shù)，注意節(jié)約投資，選擇適合的電氣設(shè)備。

2.5 補(bǔ)償裝置

在2000kVA變壓器的低壓側(cè)集中設(shè)置一套SVG低壓靜止無功發(fā)生器以及一套智能電容裝置；在500kVA變壓器的低壓側(cè)則集中設(shè)置一套SVG低壓靜止無功發(fā)生器。

SVG采用IGBT絕緣柵雙極型晶體管組件，PWM脈沖寬度調(diào)制電流控制技術(shù)，輸出電流和波形可控，DSP數(shù)字信號微處理器用于高速檢測和運(yùn)算，確保無功檢測和補(bǔ)償控制精準(zhǔn)有效，可兼顧諧波補(bǔ)償功能。

智能電容裝置里面集成了現(xiàn)代的測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化控制技術(shù)和電力電容技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，具有補(bǔ)償效果好、體積小、功耗低、維護(hù)方便、使用壽命長、可靠性高的特點(diǎn)。

補(bǔ)償后各變壓器高壓側(cè)平均功率因數(shù)達(dá)0.95以上。

2.6 繼電保護(hù)

本工程供配電系統(tǒng)的繼電保護(hù)均采用數(shù)字式綜合保護(hù)裝置，保護(hù)設(shè)置如下：

10kV干式變壓器：

·定/反時限過流保護(hù)（50/51）

·零序電流接地保護(hù)（50N/51N）

·溫度保護(hù)

另外，各低壓饋電線路均按規(guī)定設(shè)置短路保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)。

3.結(jié)束語

工廠供配電系統(tǒng)是工廠現(xiàn)代功能的重要組成部分，在工廠供配電設(shè)計中應(yīng)當(dāng)充分考慮生產(chǎn)工藝，根據(jù)工藝負(fù)荷及輔助設(shè)施的性質(zhì)、負(fù)荷容量及當(dāng)?shù)仉娏η闆r考慮供電電源、電壓、供配電系統(tǒng)，考慮變配電所、短路電流、補(bǔ)償裝置、繼電保護(hù)裝置等功能性、安全性、經(jīng)濟(jì)性的要求。不斷完善現(xiàn)代制造廠的供電保障措施。

參考文獻(xiàn)

[1]任元會.工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊.第三版.北京：中國電力出版社，2005.

（作者單位：信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計研究院

科技工程股份有限公司上海分公司）