韓 亮(中國恩菲工程技術(shù)有限公司,北京100038)

1 前言

有色礦山企業(yè)的低壓配電電壓通常采用380 V,然而對于一些特定的車間,單臺設備功率大且數(shù)量較多、低壓用電負荷相對較大,使用660 V 電壓更具優(yōu)勢。國內(nèi)煤炭行業(yè)自20 世紀80年代開始便逐步推廣使用660 V 系統(tǒng),目前新設計的選煤廠也多采用660 V 配電系統(tǒng)[1],因此在有色礦山推廣使用660 V 作為低壓配電電壓必要且可行。

某有色金屬選礦廠磨浮車間安裝低壓用電設備68 臺,總功率約5 000 kW,其中75 kW 及以上用電設備34 臺,總功率約4 000 kW。盡管采用380 V 供電具有工藝用電設備配套方便、符合常規(guī)設計習慣、便于運營單位統(tǒng)一管理的優(yōu)點,但對于該車間部分設備采用660 V 供電則可增加供電距離、降低配電系統(tǒng)損耗、減少電纜消耗,尤其是該廠房大功率用電設備相對較多、總功率規(guī)模較大,采用660 V 的優(yōu)勢更加明顯?？紤]到部分成套用電設備只能采用380 V供電、照明電壓也需要單相220 V 供電,因此設計采用380 V 和660 V 兩個電壓等級對車間低壓用電設備供電。

2 有關低壓配電電壓的規(guī)范要求

關于低壓配電電壓選擇的有關國家標準規(guī)范如下:

(1)GB/T 156—2017《標準電壓》規(guī)定的低壓交流系統(tǒng)標稱線電壓有380 V、660 V[2]。

(2)GB 50070—2020《礦山電力設計標準》規(guī)定選礦廠低壓配電電壓宜采用660 V,中小型選礦廠可選用380 V[3]。

(3)GB 50359—2016《煤炭洗選工程設計規(guī)范》規(guī)定低壓宜采用660 V、380 V,中型及以上新建選煤廠宜采用660 V[4]。

3 采用660 V 的優(yōu)勢分析

該磨浮車間安裝低壓用電設備總功率約5 000 kW,其中75 kW 及以上用電設總功率約4 000 kW,若采用660 V 供電,同380 V 相比額定電流降為0.577 倍,可明顯降低電纜截面,同時降低了線路損耗。

3.1 降低電纜截面

以某臺200 kW 攪拌槽為例,采用380 V 時的額定電流約為362 A,采用660 V 時額定電流約為209 A,即使不考慮線路壓降和起動校驗,僅按電纜載流量選擇,二者電纜分別為YJV-0.6/1 kV 3 ×185 +1 ×95 mm2、YJV-0.6/1 kV 3 ×95 +1 ×50 mm2,其報價分別為355 元/m、184 元/m,660 V 供電時的電纜費用約為380 V 的52%。另外,對于同一電動機采用380 V 供電比660 V 更不利于起動且線路壓降更大,380 V 可能需要額外增加電纜截面,因此,相比于380 V,使用660 V 可以明顯減少電纜費用。

3.2 降低線路損耗

上述200 kW 攪拌槽電機電纜長度約93 m,按100 m 估算攪拌槽電機在額定電流下的電纜線路損耗(380 V 使用185 mm2銅芯電纜,每千米電阻為0.095 Ω;660 V 使用95 mm2銅芯電纜,每千米電阻0.185 Ω)[5]:

380 V:ΔP=3I2R=3(362A)2×(0.095 Ω/km×0.1 km)=3.735 kW

660 V:ΔP=3I2R=3(209A)2×(0.185 Ω/km×0.1 km)=2.424 kW

計算可得,660 V 供電時的線路損耗約為380 V的65%。

通過以上分析可以看出,采用660 V 供電在減少電纜費用和降低線路損耗方面具有明顯優(yōu)勢。

4 用于660 V 系統(tǒng)的電氣設備及電纜

采用660 V 供電后,380 V 系統(tǒng)常用電氣設備及電纜是否能夠繼續(xù)使用,電氣設備成本變化如何,分析如下。

4.1 電纜

380 V 系統(tǒng)的動力電纜一般采用YJV-0.6/1 kV 系列交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜,絕緣水平0.6/1 kV。根據(jù)GB 50217—2018《電力工程電纜設計標準》的規(guī)定,用于660 V 系統(tǒng)時,對于中性點直接接地或經(jīng)低電阻接地系統(tǒng),接地保護動作不超過1 min切除故障時,不應低于100%的使用回路工作相電壓,即絕緣水平不低于380/660 V;對于單相接地故障可能超過1 min 的供電系統(tǒng),不宜低于133%的使用回路工作相電壓,即絕緣水平不低于506/660 V;對于在單相接地故障可能持續(xù)8 h 以上,或發(fā)電機回路等安全性要求較高時,宜采用173%的使用回路工作相電壓,即絕緣水平不低于660/660 V。

因此除了單相接地故障可能持續(xù)8 h 以上,或發(fā)電機回路等安全性要求較高時,660 V 系統(tǒng)均可以使用絕緣水平為0.6/1 kV 的電纜。

4.2 電動機

根據(jù)國內(nèi)某廠家提供的信息,以110 kW 四極電動機為例,用于額定電壓380 V 和660 V 時電機的效率等基本技術(shù)參數(shù)均相同、市場價格也相同。

4.3 低壓斷路器

以國內(nèi)某知名品牌斷路器為例,其主流框架斷路器全系列均可用于380 V 和660 V 低壓系統(tǒng),額定絕緣電壓、額定沖擊耐受電壓、工頻耐壓等參數(shù)均相同,分別為1 000 V、12 kV、3 500 V,但部分參數(shù)略有差異,比如1 600 A 產(chǎn)品,額定短路分斷能力分別為55 kA、42 kA,電氣壽命分別為6 500 次、3 000 次。

該品牌主流塑殼斷路器全系列均可用于380 V和660 V 低壓系統(tǒng),額定絕緣電壓、額定沖擊耐受電壓等參數(shù)均相同,分別為800 V、8 kV,但分斷能力差別較大,其125 A 產(chǎn)品共有四種不同分斷能力級別,380 V 和660 V 時的額定運行短路分斷能力最高分別為150 kA、25 kA,最低分別為50 kA、10 kA。

4.4 低壓配電柜

國內(nèi)多家低壓成套廠均可以生產(chǎn)380 V 和660 V通用的低壓配電柜,具體參數(shù)為額定絕緣電壓為1 000 V、額定工作電壓為690 V、額定沖擊耐受電壓為8 kV。但也有部廠商聲稱其額定絕緣電壓標注為690 V 的產(chǎn)品也可用在660 V 低壓系統(tǒng)。

4.5 變壓器

國產(chǎn)660 V 變壓器產(chǎn)品十分成熟,以SCB 系列干式變壓器為例,10 kV/0.69 kV 和10 kV/0.4 kV兩種產(chǎn)品盡管低壓側(cè)電壓不同,但其絕緣水平均相同,廠家報價也相同,采用660 V 不會增加變壓器投資,而且電壓提高到660 V 后,單臺變壓器容量增大了,同380 V 相比反而減少了變壓器臺數(shù),進而減少了高壓設備的投資。

5 磨浮車間低壓配電電壓選擇

根據(jù)以上分析計算,低壓配電電壓采用660 V可以明顯減少電纜用量、降低系統(tǒng)損耗,而且主要電氣設備和電纜均與380 V 通用,采用660 V 供電基本不會增加設備方面的投資,所以應該優(yōu)先采用660 V。

鑒于這一結(jié)論,該磨浮車間最終采用了380 V和660 V 兩種低壓配電電壓。兩種電壓的選擇主要根據(jù)設備功率、設備類型等確定,基本原則是除了照明類、檢修類、部分成套電控類等必須采用380 V 的設備以外,其他設備均采用660 V。

6 結(jié)論

低壓配電電壓采用660 V,可以降低供電電流,節(jié)省電纜投資,降低配電系統(tǒng)的損耗,而且660 V 電氣設備大多可與380 V 通用,并不會增加太多設備投資。采用660 V 既可以降低工程初期投資,又能節(jié)省工程投產(chǎn)后的運行費用,符合綠色節(jié)能礦山的設計理念,而且660 V 在煤炭系統(tǒng)已應用多年,所以十分有必要在有色礦山企業(yè)中積極推廣應用。本文介紹了工程設計階段磨浮車間低壓配電電壓的選擇過程,并指出在設備較多、功率較大的車間適合采用660 V 供電,但這一結(jié)論是以特定工程為例,是否適合其他類似工程還有更多需要考慮的因素,比如某工程建設單位就明確要求低壓配電電壓只能采用380 V。