馬俊超

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計研究院,太原 030001)

1　煤礦機(jī)修廠供配電系統(tǒng)設(shè)計

1.1　煤礦機(jī)修廠供電等級確定

根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范[1-3],確定本煤礦機(jī)修廠消防設(shè)備、弱電機(jī)房、應(yīng)急疏散照明供電等級為二級,其它用電負(fù)荷供電等級為三級。

1.2　煤礦機(jī)修廠負(fù)荷的計算

在進(jìn)行煤礦機(jī)修廠供配電設(shè)計時,由于各車間功能不同、電壓不同、試驗設(shè)備較多且車間變電所的變壓器存在功率損耗,因此應(yīng)詳細(xì)列出相關(guān)的負(fù)荷計算表,對全廠總變電所高壓側(cè)負(fù)荷、總功率因數(shù)等進(jìn)行計算并對比分析,為后續(xù)供配電系統(tǒng)的具體內(nèi)容設(shè)計提供基礎(chǔ)材料。

1.3　煤礦機(jī)修廠總變電所位置的選擇

本機(jī)修廠具有建筑體功能集中、用電設(shè)備多的特點,并結(jié)合高壓電源進(jìn)線方向等因素,選擇出合理的位置,另外還要綜合各車間工藝特點及車間建筑形式,并考慮煤礦機(jī)修廠將來的擴(kuò)建與備用的需求,因此將總變電所設(shè)置在廠區(qū)東北部。

1.4　煤礦機(jī)修廠總變電所主接線的設(shè)計

總變電所主接線的設(shè)計在保證其安全性和可靠性外,還應(yīng)考慮到未來設(shè)備維修的方便性與可操作性。

根據(jù)負(fù)荷估算分析,參照相關(guān)設(shè)計規(guī)范[4]“礦區(qū)機(jī)電設(shè)備修理設(shè)施變電所宜有兩回電源線路供電”的規(guī)定,經(jīng)與甲方溝通后確定:本次設(shè)計的機(jī)修廠兩回10 kV電源引自上級公司35 kV變電站10 kV不同母線段。

1.5　廠區(qū)高低壓配電設(shè)計

煤礦機(jī)修廠供配電系統(tǒng)設(shè)計最重要的設(shè)計內(nèi)容就是廠區(qū)的高低壓配電設(shè)計。

1.5.1配電電源設(shè)計

根據(jù)廠區(qū)布置及其電力負(fù)荷的分布情況,本著系統(tǒng)合理、節(jié)約投資、便于管理的原則,本次設(shè)計確定兩個廠區(qū)配電方案進(jìn)行對比。

以下就各車間變配電點設(shè)置的兩個方案進(jìn)行比較。

方案一:在兩大功能區(qū)車間的輔助間設(shè)置集中變配電點,由此配電點向各車間設(shè)備供電。

方案二:在各個車間設(shè)置變配電點,分別負(fù)責(zé)各個車間的用電設(shè)備。

從技術(shù)上看,方案一、二供電均可靠,但方案二的配電點設(shè)置較多,要求每個車間均有高低壓供電,增加故障點;從經(jīng)濟(jì)上看,方案二的高低壓柜體明顯多于方案一,投資偏高;從管理上看,方案二由于分散設(shè)置,增加了管理的難度。綜合來看,方案一供電可靠、投資較低且便于管理,故設(shè)計推薦方案一。

綜上所述,最終設(shè)計確定在東區(qū)和西區(qū)的輔助間各設(shè)置1個集中變配電點,在生活區(qū)設(shè)置1座戶外組合站,上述3個集中配電點分別向各自功能區(qū)內(nèi)的車間及公共設(shè)施供電。

1.5.2總變電所配電設(shè)計

總變電所內(nèi)10 kV母線采用單母線分段接線型式,配電裝置為KYN28A-12(Z)型金屬鎧裝抽出式高壓開關(guān)柜,內(nèi)設(shè)真空斷路器、永磁操作機(jī)構(gòu)等。10 kV配電裝置的操作電源為直流操作,選用高頻開關(guān)直流系統(tǒng)(65 Ah)一套。本變電所選用微機(jī)綜合自動化保護(hù)裝置,完成對所內(nèi)主設(shè)備的控制、保護(hù)、測量、信號等功能。

10 kV開閉所各以一回10 kV電源向東區(qū)配電點、西區(qū)配電點、生活區(qū)戶外組合站、礦山電氣修理車間試驗裝置及礦山機(jī)械修理車間試驗裝置送電,另設(shè)一套10±2×2.5%/6.3 kV 2 000 kVA戶內(nèi)站,用于滿足6 kV設(shè)備的用電要求?？傋冸娝╇娤到y(tǒng)如圖1所示。

圖1　10 kV供電系統(tǒng)圖Fig.1　10 kV power supply system

1.5.3東區(qū)配電點和西區(qū)配電點配電設(shè)計

兩配電點內(nèi)0.4 kV母線均采用單母線接線方式。10 kV配電裝置均選用戶內(nèi)成套變電站各1套,含高壓開關(guān)柜1臺,變壓器柜1臺。變壓器選用干式變壓器,東區(qū)配電點選用型號為SCB11-2500/10 10±2×2.5%/0.4 kV 2 500 kVA,負(fù)荷率約為71.9%;西區(qū)配電點選用型號相同,容量為2 000 kVA,負(fù)荷率約為72.2%。兩臺變壓器均安裝在各自的變壓器柜內(nèi)。

兩配電點的低壓配電系統(tǒng)為樹干式和放射式相結(jié)合為主,變配電室內(nèi)低壓配電系統(tǒng)以樹干式為主,車間內(nèi)動力、照明系統(tǒng)樹干式和放射式相結(jié)合為主。兩配電點0.4 kV配電裝置選用GCS型低壓配電柜,低壓無功補(bǔ)償選用TSVG型低壓動態(tài)無功功率自動補(bǔ)償裝置。

東區(qū)配電點各以一回0.4 kV電源向液壓支架修理車間1、液壓支架修理車間2、礦山機(jī)械修理車間、東區(qū)戶外門式起重機(jī)、綜合間、汽車庫、東廠區(qū)照明等處供電。西區(qū)配電點各以一回0.4 kV向液壓支架修理車間、礦山電氣修理車間、綜合輔助修理車間、倉庫及預(yù)留車間、西區(qū)戶外門式起重機(jī)、綜合間消防泵(第二電源)、后期預(yù)留車間、西廠區(qū)照明等處供電。

礦山電氣修理車間及礦山機(jī)械修理車間內(nèi)各設(shè)置一套ZDS-1型多電源試驗裝置。每套試驗裝置包括1臺SCB10-2000 6/3.45/1.2/0.69 kV 2000 kVA試驗變壓器、1臺ZDS-1-3.45 kV配電柜、1臺ZDS-1-1.2 kV配電柜、1臺ZDS-1-0.69 kV配電柜。

1.5.4生活區(qū)配電點配電設(shè)計

在廠辦公樓附近設(shè)10/0.4 kV戶外箱式變電站1座,內(nèi)含高壓開關(guān)柜1臺,變壓器柜1臺,0.4 kV低壓柜3臺。變壓器選用干式變壓器,其型號為SCB11-630/10 10±2×2.5%/0.4 kV 630 kVA。本配電點各以一回0.4 kV電源向廠辦公樓、宿舍樓、職工食堂、熱加壓站、配件庫等處供電。

1.6　廠區(qū)高低壓配電線路敷設(shè)設(shè)計

高壓纜線及廠區(qū)內(nèi)低壓纜線的敷設(shè)采用電纜溝與直埋相結(jié)合的方式敷設(shè)。生產(chǎn)車間內(nèi)380 V動力干線配電線路采用電力電纜配電纜橋架沿柱、墻敷設(shè);380 V動力分支配電線路均采用電纜或電線穿鋼管在地面下、沿墻敷設(shè);生產(chǎn)車間照明配電線路采用BV-0.45/0.75型導(dǎo)線穿鋼管沿屋架敷設(shè)。

生產(chǎn)輔房、行政區(qū)照明配電線路均采用BV-0.45/0.75型導(dǎo)線穿鋼管在墻內(nèi)、頂板敷設(shè);所有應(yīng)急、疏散照明、化學(xué)品庫照明配電線路均采用NH-BV-0.45/0.75型導(dǎo)線穿鋼管在地板內(nèi)、墻內(nèi)及沿墻敷設(shè)。

1.7　廠區(qū)照明系統(tǒng)的設(shè)計

1)按現(xiàn)行國家建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn):生產(chǎn)區(qū)域的機(jī)加工、修理區(qū)、消防控制室、弱電機(jī)房等照度為300 Lx,其照明光源顯色指數(shù)為Ra≥60,色溫k=3 500～4 500,照明功率密度值≤11 W/m2;配電點的照度為200 Lx,其照明光源顯色指數(shù)為Ra≥60,色溫k=3 500～4 500,照明功率密度值≤8 W/m2;加壓機(jī)房、泵房、一般庫房的照度為100 Lx,照明功率密度值≤5 W/m2;樓梯間、洗手間、走廊的照度為50 Lx,照明功率密度值≤3 W/m2;疏散照明照度≥0.5 Lx。

2)燈具：生產(chǎn)區(qū)域采用高光效、高功率因數(shù)金屬鹵化物燈;生產(chǎn)輔房、行政區(qū)采用高光效、高功率因數(shù)T5熒光燈;配電房、泵房等應(yīng)急采用自帶蓄電池式高光效、高功率因數(shù)T5熒光燈；疏散照明采用自帶蓄電池式低功率高亮度LED；乙炔、油漆等易燃易爆物品儲藏間設(shè)防爆照明。

3)道路照明：道路照明選用LED路燈,燈桿高8.0 m,功率250 W，道路照明燈具距路邊0.5 m布置,燈具間距≤30 m,采用室外型照明節(jié)能控制器控制。

此外,還應(yīng)對煤礦機(jī)修廠廠區(qū)防雷系統(tǒng)和電氣安全系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計,設(shè)計時按照相關(guān)現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計,此處不再贅述。

2　節(jié)電技術(shù)在供配電設(shè)計中的應(yīng)用

2.1　優(yōu)化供電電氣的選型和設(shè)計

1)合理選擇總變電所位置。在電力傳輸過程中,由于供電線路導(dǎo)線本身存在電阻,會造成大量的電能損耗,因此總變電所的位置應(yīng)位于整個煤礦機(jī)修廠的負(fù)荷中心,這樣能夠較大幅度減少供電線路損耗,而且在向外供電時可最大程度地降低纜線敷設(shè)的工程量,節(jié)約工程投資。

2)采用無功功率補(bǔ)償措施。煤礦機(jī)修廠要對礦用大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢修和試驗,配有大量的焊機(jī)和試驗設(shè)備,很多設(shè)備是間斷性工作,這些負(fù)荷在工作時會向供電線路輸送大量的波動性無功功率,造成電路電壓不穩(wěn)定、功率因數(shù)較低的問題,降低了供電的電能質(zhì)量,嚴(yán)重時還會影響帶載設(shè)備的安全運(yùn)行,降低煤礦的生產(chǎn)效率。

因此,參考國家電網(wǎng)公司的《電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償配置技術(shù)原則》第二十五條“配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償以配電變壓器低壓側(cè)集中補(bǔ)償為主”的原則,設(shè)計在本機(jī)修廠的東區(qū)、西區(qū)兩個配電點的低壓側(cè)均設(shè)置一套TSVG型低壓動態(tài)無功功率自動補(bǔ)償裝置,補(bǔ)償后功率因數(shù)達(dá)到90%以上。采用動態(tài)無功功率自動補(bǔ)償裝置,實現(xiàn)了無功補(bǔ)償雙向連續(xù)調(diào)節(jié),消除了傳統(tǒng)無功功率補(bǔ)償裝置固有的斷續(xù)補(bǔ)償問題,避免出現(xiàn)補(bǔ)償不足或過補(bǔ)的現(xiàn)象。

3)在設(shè)計過程中,合理地選擇電纜敷設(shè)的方式和路徑,不僅能夠減小電纜截面,而且降低了線路損耗,有效地提高了供電的可靠性和安全性。

4)選用節(jié)能型照明設(shè)施。煤礦機(jī)修廠部分車間內(nèi)設(shè)備是對零件進(jìn)行精加工的,其對照明要求較高,具有照明時間長、照度高的特點,因此照明設(shè)施選用高效節(jié)能的金屬鹵化物燈具,不僅能夠獲得較強(qiáng)的照度又可節(jié)省電能。

2.2　自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化

煤礦機(jī)修廠各車間內(nèi)設(shè)備采用高效、節(jié)能的高自動化高精度數(shù)控設(shè)備,能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量,減少廢品和返修品,大大提高了勞動生產(chǎn)率,達(dá)到節(jié)能節(jié)材的目的。

根據(jù)煤礦機(jī)修廠工藝要求、廠房設(shè)施的分布以及工作管理等需求,自動控制系統(tǒng)設(shè)計為集散式的控制系統(tǒng),各個級別之間可以通過相關(guān)的控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行溝通,及時進(jìn)行信息的傳遞溝通與分享。要求各自動控制系統(tǒng)具有拓展性能,擁有一定的兼容性,且各個軟硬件組成部分具有較好的通用性,力求保持系統(tǒng)的開放性,以此滿足煤礦機(jī)修廠的各種生產(chǎn)工作要求。

3　結(jié)束語

煤礦機(jī)修廠涉及的機(jī)電設(shè)備繁多,各車間具有自身的工藝特點,因此對其進(jìn)行合理的供配電設(shè)計及電能節(jié)能優(yōu)化措施可以有效地提高煤礦機(jī)修廠的電能使用效率。