廠房配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

董曉標(biāo)

（飛馬智科信息技術(shù)股份有限公司，安徽馬鞍山 243000）

引言

廠房是重要的生產(chǎn)場(chǎng)所，其電源供配電影響著生產(chǎn)的正常運(yùn)行，同時(shí)也影響產(chǎn)品的質(zhì)量、設(shè)備的安全、工作人員的安全等等。因此，供配電方案的合理可靠是非常重要的，合理可靠的方案將能夠幫助工廠實(shí)現(xiàn)節(jié)省建設(shè)投資、節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用、保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高企業(yè)的運(yùn)行效率、提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。為此工程技術(shù)人員在廠房的供配電設(shè)計(jì)上做了很多的研究和實(shí)踐［1-3］，做出了很多設(shè)計(jì)上的貢獻(xiàn)。

本項(xiàng)目的廠房主要進(jìn)行數(shù)據(jù)中心機(jī)柜、電力配電柜的柜體生產(chǎn)。廠房?jī)?nèi)有數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控機(jī)床、普通機(jī)床、自動(dòng)上料系統(tǒng)、數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、激光切割機(jī)、焊接機(jī)器人、發(fā)泡機(jī)、空壓機(jī)、落地砂輪機(jī)、沖床冷水機(jī)、電動(dòng)液壓升降機(jī)、行車等設(shè)備，這些生產(chǎn)設(shè)備需要保證供電可靠性。同時(shí)，工作人員的辦公室設(shè)在廠房?jī)?nèi)，辦公室的照明、空調(diào)也需要進(jìn)行供電。

廠房供配電設(shè)計(jì)的時(shí)候，還需要考慮要滿足生產(chǎn)工藝需求，保證用電安全，滿足用電質(zhì)量，盡量節(jié)省資金，降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，為后續(xù)生產(chǎn)的擴(kuò)充留有余地。

圖1是廠房的生產(chǎn)設(shè)備及辦公室的布置圖。

在圖1 中，廠房可以分成生產(chǎn)區(qū)域、辦公區(qū)域。生產(chǎn)區(qū)域生產(chǎn)設(shè)備主要有：數(shù)控沖床、數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、激光切割機(jī)、焊接機(jī)器人工作站、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控車床及機(jī)床的附屬設(shè)施。辦公區(qū)域主要集中了廠方的管理機(jī)構(gòu)和設(shè)計(jì)部門以及生活設(shè)施。為生產(chǎn)的順利進(jìn)行提供保障。

圖1 廠房布局圖

1 理論計(jì)算及選型

1.1 負(fù)荷計(jì)算［4-5］

為了進(jìn)行設(shè)備和電力線纜的選型，先要進(jìn)行負(fù)荷的計(jì)算。負(fù)荷計(jì)算主要方法有需要系數(shù)計(jì)算法、單位指標(biāo)計(jì)算法、利用系數(shù)法，其中單位指標(biāo)計(jì)算法又分成負(fù)荷密度指標(biāo)法、綜合單位指標(biāo)法、單位產(chǎn)品耗電法［6］。本項(xiàng)目因是按訂單進(jìn)行加工生產(chǎn)，連續(xù)性不是很強(qiáng)，訂單波動(dòng)也比較大，故采用逐級(jí)統(tǒng)計(jì)的需要系數(shù)法。

1.1.1 長(zhǎng)期工作制設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷

長(zhǎng)期運(yùn)行工作制的設(shè)備的容量Pe=PN，即等于設(shè)備銘牌上的容量。廠房中的車床、折彎?rùn)C(jī)、空壓機(jī)、發(fā)泡機(jī)、照明燈具等屬于這樣一類長(zhǎng)期運(yùn)行工作制設(shè)備。其P30，Q30，S30計(jì)算公式如下：

式中：P30——有功功率計(jì)算負(fù)荷；

Kd——需要系數(shù)；

Pe——設(shè)備實(shí)際容量。

式中：Q30——無功功率計(jì)算負(fù)荷。

式中：S30——視在功率計(jì)算負(fù)荷。

1.1.2 短期反復(fù)工作制設(shè)備負(fù)荷

短期反復(fù)工作制的設(shè)備需要先轉(zhuǎn)換成等效的容量。廠房中的行車、電焊機(jī)都是短期反復(fù)工作制。此類設(shè)備的首先要進(jìn)行設(shè)備變換。

式中：PN——設(shè)備銘牌容量；

ε——暫載率；

SN——視在功率；

cos?——功率因數(shù)。

行車等效容量：

行車的銘牌額定容量，實(shí)際暫載率為40%，實(shí)際容量：

電焊機(jī)暫載率為60%，IN=280 A，UN=28 V，cos?=0.6，式中IN為輸入電流，UN為輸入電壓，cos? 為功率因數(shù)。

表1 是詳細(xì)的負(fù)荷計(jì)算列表，根據(jù)各個(gè)設(shè)備的額定容量，列出了負(fù)荷的有功功率、無功功率及視在功率計(jì)算結(jié)果。

表1 負(fù)荷計(jì)算表

1.2 無功功率補(bǔ)償

電力系統(tǒng)中規(guī)定有功功率與和無功功率必須保持協(xié)調(diào)，從而維持系統(tǒng)的電壓，同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定，降低電能損耗，如果功率因數(shù)太低，就需要進(jìn)行必要的無功補(bǔ)償。無功補(bǔ)償后，能夠降低計(jì)算負(fù)荷的中無功功率數(shù)值，降低電能損耗，減少元件的規(guī)格，節(jié)省費(fèi)用。無功補(bǔ)償應(yīng)按照全面規(guī)劃、合理布局、分層分區(qū)補(bǔ)償、就地平衡等原則進(jìn)行。本項(xiàng)目的設(shè)備選擇在合理使用，采用了盡可能的措施后，功率因數(shù)無法再提高了，所以要采用人工補(bǔ)償?shù)拇胧?/p>

根據(jù)前面的計(jì)算，P30=253.497 kW，Q30=200.715 kVar，S30=323.34 kVA，得出相應(yīng)的功率因數(shù)cos?=0.78，低于供電部門要求的cos?＞0.9 的要求。為此需要利用電容器進(jìn)行無功功率的補(bǔ)償，擬定補(bǔ)償后的cos?=0.95，為今后廠房的擴(kuò)展提供比較大的余地。

由cos?=0.95，得tan?=0.33。

補(bǔ)償后的Q30=P30tan?=83.65 kVar

需要補(bǔ)償?shù)臒o功容量為：

QC=200.715-83.65=117.1 kVar

采用BW0.4-12-1型電容器，所需電容器個(gè)數(shù)：

N=117.4/12=9.78個(gè)，取整為9個(gè)

實(shí)際補(bǔ)償后無功功率為

補(bǔ)償后視在功率為：

1.3 變壓器損耗

有功功率損耗：ΔP=0.01S′30=2.69 kW

無功功率損耗：ΔQ=0.05S′30=13.45 kVar

最終：P30=256.187 kW，Q30=106.165 kVar，S30=277.31 kVA，cos?=0.92＞0.9符合供電部門要求。

2 變壓器的選型

取變壓器負(fù)荷系數(shù)0.85

變壓器總?cè)萘浚?/p>

根據(jù)變壓器規(guī)格：選擇400 kVar（S11-400 kVA-10 kV/0.4 kV油浸式變壓器）。

補(bǔ)償后的計(jì)算電流為：

總斷路器電流選擇：I=1.3 ×I30=547.74 A

根據(jù)斷路器規(guī)格：選擇630 A（施耐德框架斷路器-MVS06N電流630 A）

3 供配電設(shè)計(jì)

3.1 負(fù)荷類型及供電方式確定

根據(jù)生產(chǎn)的需要，結(jié)合管理的需要，我們對(duì)生產(chǎn)負(fù)荷及供電方案進(jìn)行的確定。

在網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜生產(chǎn)工藝流程中，激光切割和上、下料系統(tǒng)是工件平面切割，機(jī)器人焊接是框架構(gòu)成精度的保證，數(shù)控機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、折彎?rùn)C(jī)、空壓機(jī)是工件成型重要設(shè)備，都是重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，所以這類設(shè)備是一級(jí)負(fù)荷，而落地砂輪機(jī)、沖床冷水機(jī)、電動(dòng)液壓升降機(jī)是這些設(shè)備的附屬設(shè)備，也是這些設(shè)備運(yùn)行的保障，所以同屬一級(jí)負(fù)荷設(shè)備。發(fā)泡機(jī)的作用是預(yù)防網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜與框架碰撞及兼顧密封，屬于二級(jí)負(fù)荷。一級(jí)負(fù)荷由鄰近車間及總電源兩路供電，二級(jí)負(fù)荷由本車間電源分兩路供電，三級(jí)負(fù)荷由本車間電源單回路供電。

表2列出了主要的電氣設(shè)備及負(fù)荷類型及供電方式。

表2 主要電氣設(shè)備及負(fù)荷類型、供電方式表

3.2 供配電方案設(shè)計(jì)［1］

在圖2 中，變壓器與配電室安裝在進(jìn)入廠區(qū)的位置。電纜均采用電纜橋架架空敷設(shè)，辦公負(fù)荷選擇WDZ-YJY-4×25+1×16 電纜供電，辦公區(qū)空調(diào)選擇WDZ-YJY-5×16電纜供電。

圖2 辦公區(qū)供電圖

圖3中，主要設(shè)備均采用設(shè)備配電箱進(jìn)行配電，配電柜到設(shè)備配電箱電纜采用電纜橋架架空敷設(shè)，配電箱到設(shè)備電纜穿管敷設(shè)。其中激光切割機(jī)配電箱選擇WDZ-YJY-4×70+1×35 電纜供電，折彎?rùn)C(jī)配電箱選擇WDZ-YJY-4×25+1×16電纜供電。機(jī)器人焊接區(qū)配電箱選擇WDZ-YJY-4×35+1×16 供電，數(shù)控沖床配電箱選擇WDZ-YJY-4×70+1×35電纜供電，行車配電箱選擇WDZ-YJY-4×35+1×16 電纜供電等。

圖3 生產(chǎn)區(qū)供電圖

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)方案已經(jīng)投入運(yùn)行1 年多，目前完成生產(chǎn)2 000 臺(tái)電氣柜、網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜及服務(wù)器機(jī)柜，產(chǎn)值600 W。整體運(yùn)行平穩(wěn)，沒有產(chǎn)生過負(fù)荷、因?yàn)橐馔馔ｋ妼?dǎo)致生產(chǎn)停止的情況，有效保障了生產(chǎn)的安全可靠運(yùn)行。