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        淺談電氣自動(dòng)化在供電系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)

        2013-07-07 11:21:54馮士濤
        機(jī)電信息 2013年6期
        關(guān)鍵詞:開(kāi)關(guān)柜接線電能

        馮士濤

        (安徽省銅陵市有色控股公司冬瓜山銅礦,安徽 銅陵 244000)

        1 加強(qiáng)電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的重要性

        眾所周知,電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力來(lái)源,它可由其他形式的能量轉(zhuǎn)化而來(lái),又易于轉(zhuǎn)化為其他形式的能量以供使用,電能既環(huán)保經(jīng)濟(jì)又便于控制、調(diào)節(jié)和運(yùn)用,有利于實(shí)現(xiàn)生成過(guò)程程序化、自動(dòng)化。因此,電能在我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)及整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中具有舉足輕重的作用。電能在工業(yè)產(chǎn)品中雖然具有重要作用,但事實(shí)上它在產(chǎn)品成本中所占的比例是很小的。使用電氣自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)不但可增加產(chǎn)品產(chǎn)量,而且可提高產(chǎn)品質(zhì)量,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本,減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度,改善工人作業(yè)環(huán)境,有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。電氣自動(dòng)化對(duì)工廠實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化具有十分重要的意義。加強(qiáng)對(duì)工廠電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用,可以最大程度地節(jié)約能源,而節(jié)約能源是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì),因此,實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化在工廠供電系統(tǒng)中的應(yīng)用是必要的。

        2 電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)方案

        2.1 高壓供電線路設(shè)計(jì)

        變電所的主接線,應(yīng)根據(jù)變電所在供電系統(tǒng)中的地位、進(jìn)出線回路數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)及負(fù)荷性質(zhì)等條件進(jìn)行確定,并確保能滿足安全、可靠、靈活和經(jīng)濟(jì)等要求。

        2.1.1 主接線方案

        對(duì)只裝一臺(tái)變壓器的變電所主接線方案,其高壓側(cè)一般采用無(wú)母線的接線,根據(jù)高壓側(cè)采用的開(kāi)關(guān)電器不同,主要有以下3種比較典型的主接線方案:(1)高壓側(cè)采用隔離開(kāi)關(guān)—熔斷器或戶外跌開(kāi)式熔斷器的主接線方案;(2)高壓側(cè)采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)—熔斷器或負(fù)荷型跌開(kāi)式熔斷器的主接線方案;(3)高壓側(cè)采用隔離開(kāi)關(guān)—斷路器的主接線方案。裝有2臺(tái)主變壓器的變電所主接線方案,其典型的主接線方案為:(1)高壓無(wú)母線、低壓?jiǎn)文妇€分段的主接線方案;(2)高壓采用單母線、低壓?jiǎn)文妇€分段的主接線方案;(3)高低壓側(cè)均為單母線分段的主接線方案。

        2.1.2 確定主接線方案

        根據(jù)工廠供電系統(tǒng)中高壓側(cè)電壓確定主接線方案。(1)10kV側(cè)主接線方案。當(dāng)工廠負(fù)荷的高壓側(cè)有一條10kV的公用電源干線時(shí),就要考慮滿足工廠二級(jí)負(fù)荷的要求,或采用與附近單位連接高壓聯(lián)絡(luò)線的方式取得備用電源,因此,變電所高壓側(cè)有2條不同的電源進(jìn)線時(shí),一條工作,另一條備用,同時(shí)為保證供電的可靠性和安全性,10kV側(cè)可采用單母線或單母線分段的方案。(2)380V側(cè)主接線方案。在工廠中一般用電部門較多,為保證供電的可靠性和靈活性,可采用單母線或單母線分段接線的方案,對(duì)電能進(jìn)行匯集,確保每一個(gè)用電部門都可方便地獲得電能,安全使用電能。(3)方案確定。若主變采用一臺(tái)變壓器,總進(jìn)線為2路時(shí),為提高供電系統(tǒng)的可靠性,高壓側(cè)采用單母線分段形式,低壓側(cè)采用單母線形式。若主變采用2臺(tái)變壓器,總進(jìn)線為2路時(shí),為提高供電系統(tǒng)的可靠性,高壓側(cè)采用單母線分段形式,2臺(tái)變壓器在正常情況下分裂運(yùn)行,當(dāng)其中任意一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)另一臺(tái)作為備用,當(dāng)總進(jìn)線中的任一回路出現(xiàn)故障時(shí)2臺(tái)變壓器并列運(yùn)行。低壓側(cè)也采用單母線分段形式。

        2.1.3 配電柜選擇

        配電柜是電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中重要的組成部分,選擇配電柜要滿足下列要求:(1)對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)選擇時(shí),應(yīng)保證工作人員的安全,高壓開(kāi)關(guān)柜便于運(yùn)行、維護(hù)、檢查、檢修和試驗(yàn)。(2)高壓開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度,以保證在操作一次設(shè)備時(shí),二次設(shè)備不會(huì)產(chǎn)生永久性變形和影響性能的彈性變形。(3)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)必須留有工作位置、試驗(yàn)位置,以保證手車處于以上位置時(shí),不能隨意移動(dòng)。(4)確保開(kāi)關(guān)柜內(nèi)手車的推進(jìn)與拉出靈活方便,不產(chǎn)生沖擊力,相同規(guī)格的手車應(yīng)具有互換性。(5)沿所有開(kāi)關(guān)柜整個(gè)長(zhǎng)度延伸方向應(yīng)設(shè)有專用的接地導(dǎo)體,保證開(kāi)關(guān)柜的安全使用。(6)二次回路導(dǎo)線應(yīng)有足夠的截面,以免影響互感器準(zhǔn)確度,應(yīng)使用銅導(dǎo)線,其截面電流回路不小于2.5 mm2、電壓回路不小于1.5 mm2。(7)開(kāi)關(guān)柜電纜室門要求帶絞鏈,并與斷路器聯(lián)鎖,滿足“五防”功能的要求。(8)電流互感器的安裝要便于拆裝和做試驗(yàn)。(9)高壓開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)必須是中置式開(kāi)關(guān)柜,斷路器室下部必須是一個(gè)獨(dú)立小室,中間加隔板完全分開(kāi)。

        原有的配電柜系統(tǒng)通常采用固定式開(kāi)關(guān)柜,而柜內(nèi)繼電保護(hù)主要是電磁式繼電器,其操作復(fù)雜,穩(wěn)定性較差,而且制約生產(chǎn)因素多,防護(hù)等級(jí)也達(dá)不到現(xiàn)有要求,根本不適應(yīng)現(xiàn)代化企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的要求。綜合比較現(xiàn)有的多種配電柜,研究其各自特點(diǎn),最終確定采用KYN系列開(kāi)關(guān)柜,主要是因?yàn)榇斯癫捎昧酥兄檬浇Y(jié)構(gòu),節(jié)約了斷路器室約50%的空間,更有利于電纜的安裝,且技術(shù)含量高,容量大,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理,牢固,外型美觀,安全可靠,防護(hù)等級(jí)高,維修量小,還可以與微機(jī)接口,實(shí)現(xiàn)配電站的自動(dòng)化。

        2.2 無(wú)功補(bǔ)償

        在工廠供電系統(tǒng)中,功率因數(shù)的高低是評(píng)價(jià)電能質(zhì)量的重要指標(biāo),假如功率因數(shù)偏低,說(shuō)明供電系統(tǒng)中無(wú)功電源不足,就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)電壓降低而造成電能損耗增加,用電效率降低,限制了供電線路的送電能力。在實(shí)際工作生產(chǎn)中,一般供電部門要求工廠的月平均功率因素達(dá)到0.9以上,當(dāng)企業(yè)的自然總平均功率因數(shù)較低,僅提高用電設(shè)備的自然功率達(dá)不到要求時(shí),就要采用必要的無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)一步提高工廠的功率因數(shù)。

        2.2.1 高壓集中補(bǔ)償

        高壓集中補(bǔ)償主要是將并聯(lián)電容器集中裝設(shè)在高壓配電所的高壓母線上,采用這種補(bǔ)償方式只能補(bǔ)償高壓母線前邊所有線路上的無(wú)功功率,而高壓母線后面的無(wú)功功率卻得不到補(bǔ)償,這種補(bǔ)償方式只適合于大中型企業(yè)。

        2.2.2 低壓集中補(bǔ)償

        低壓集中補(bǔ)償主要將并聯(lián)電容器裝設(shè)在變電所的低壓母線上,一般適用于負(fù)荷較集中的小型企業(yè),此補(bǔ)償方式的優(yōu)點(diǎn)是比較經(jīng)濟(jì)。

        并聯(lián)電容器量Qcc的確定如下:

        式中,Pmax為總平均最大功率(kW);cosφ1為最大使用時(shí)的平均功率因數(shù);cosφ2、cosφ3為目標(biāo)功率因數(shù),取 0.97~0.98。

        2.2.3 低壓分散補(bǔ)償

        低壓分散補(bǔ)償主要是將并聯(lián)電容器分散裝設(shè)在各用電負(fù)荷附近。采用這種方式其補(bǔ)償范圍大,能減少高壓線路上的無(wú)功功率,同時(shí)也能減少低壓線路中的無(wú)功功率,減小電氣設(shè)備的容量和各導(dǎo)線的截面,降低電能的損耗。這種方式用在負(fù)荷比較分散、補(bǔ)償容量小的企業(yè)比較適宜。

        補(bǔ)償容量Qcc計(jì)算公式如下:

        根據(jù)工廠供電系統(tǒng)實(shí)際情況,最后確定采用最優(yōu)補(bǔ)償方式進(jìn)行補(bǔ)償。例如工廠配備的用電設(shè)備大多屬于電動(dòng)機(jī),那么需要補(bǔ)償?shù)娜萘烤捅容^小,可采用電容器自動(dòng)投補(bǔ)的方式進(jìn)行補(bǔ)償。

        2.3 設(shè)備的選擇與校驗(yàn)

        工廠供電系統(tǒng)中的導(dǎo)線及電氣設(shè)備主要包括電力變壓器、高低壓開(kāi)關(guān)電器、互感器等,而這些組成部分需要依據(jù)正常工作條件、環(huán)境條件及安裝條件進(jìn)行選擇,部分設(shè)備還需要依據(jù)故障情況進(jìn)行短路電流的動(dòng)穩(wěn)定度、熱穩(wěn)定度校驗(yàn),在保障供電系統(tǒng)安全可靠的前提下,力爭(zhēng)做到運(yùn)行維護(hù)方便,技術(shù)先進(jìn)可靠,經(jīng)濟(jì)方面合理。供配電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備選擇通常在正常工作條件下進(jìn)行,主要是考慮電氣設(shè)備裝設(shè)的環(huán)境條件和電氣要求,例如環(huán)境條件主要考慮電氣設(shè)備所處的位置(戶內(nèi)或戶外)、環(huán)境溫度、海拔高度以及有無(wú)防塵、防腐、防火、防爆等要求;電氣要求主要考慮電氣設(shè)備對(duì)電壓、電流、頻率等方面的要求;對(duì)開(kāi)關(guān)電器及保護(hù)用設(shè)備,如開(kāi)關(guān)、熔斷器等,還應(yīng)考慮其斷流能力。電氣設(shè)備短路情況的校驗(yàn),按最大可能的短路故障(通常為三相短路故障)時(shí)的動(dòng)、熱穩(wěn)定度進(jìn)行校驗(yàn)。而對(duì)于熔斷器和有熔斷保護(hù)的電器和導(dǎo)體(如電壓互感器等)以及架空線路等,一般不必考慮動(dòng)、熱穩(wěn)定度的校驗(yàn),對(duì)電纜也不必進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定度的校驗(yàn)。

        3 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)對(duì)工廠供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì),電氣自動(dòng)化彌補(bǔ)了原有系統(tǒng)的不足,調(diào)整了負(fù)荷的分配,明確了補(bǔ)償?shù)姆绞?,使工廠的供電系統(tǒng)得到優(yōu)化,保證了供電安全可靠運(yùn)行,減少了改造成本,提高了工廠供電系統(tǒng)綜合利用電氣自動(dòng)化的可靠性。

        [1]雍靜.供配電系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003

        [2]王合貞.高壓并聯(lián)電容器無(wú)功補(bǔ)償實(shí)用技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2006

        [3]呂繼光.工業(yè)廠房供配電模式的選擇[J].現(xiàn)代物業(yè),2007(1)

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