外貿型炊具制造企業供配電系統的規劃設計

胡斯振

（江門市安諾特炊具制造有限公司，廣東 江門 529040）

外貿型炊具制造企業具有設備特殊、工藝變化大、外商驗廠頻繁和大多數為民營企業的特點，在滿足國家相關規程、規范的基礎上，如何規劃和設計企業的供配電系統成了不少電氣工程技術人員的難題。

1 外貿型炊具制造企業的設備特點及供配電設計

1.1 炊具制造企業的設備特點

炊具制造企業主要有如下幾大類設備：拉深機、鍛壓設備、點焊機、高中頻感應加熱設備、拋光設備、大功率整流機等等，如果對它們沒有充分認識，則很難得出正確的計算負荷，也無法正確地選擇供配電線路和裝置。

1）拉深機

炊具的拉深工藝一般由四柱液壓機完成，該設備的一個工作循環含有4個工步：①主缸快速下行；②靠模后主缸慢行拉深，下壓邊缸被動下行；③拉深到下限位后主缸快速上行到上限位；④下壓邊缸上行復位。測試結果表明：除②工步可能滿載外，其余工步負荷電流均很小；每個工作循環的間隔時間內，由于液壓回路通過電控溢流閥卸載，整機電流小于額定電流的35%。

2）鍛壓設備

目前大多數炊具制造企業采用摩擦壓力作為復合底工序的生產設備，國產摩擦壓力往往用 kN標稱設備規格，比如青鍛的J54-2500D型摩擦壓力機標稱打擊力為 25000kN，允許打擊力的上限為1.6×25000kN。該設備配用132kW和110kW交流電動機各一臺，設備空載電流較小，但加力打擊和提升滑塊時的電流達到額定值的110%，對電網有較大的沖擊。

3）點焊機

點焊機屬于電阻焊機的一種，用于把手柄、蓋鈕牢固地焊接在鍋身和鍋蓋上，實現不銹鋼與不銹鋼、不銹鋼與鋁合金、鋁合金與鋁合金的焊接。目前在炊具企業應用的點焊機主要類型有工頻點焊機、儲能式點焊機和中頻點焊機，點焊機的標稱容量單位為kVA。

相同容量的儲能點焊機焊接能力是工頻點焊機機4倍左右，比如焊接兩塊3mm的碳鋼板，可選擇10kVA儲能式點焊機或40kVA的工頻點焊機。工頻點焊機的缺點是對電網沖擊大和焊接表面質量差，所以在要求較高的場合，比如裝配車間一般采用儲能式點焊機，但儲能式點焊機價格是相同焊接能力工頻點焊機價格的數倍。中頻點焊機具有電流大、控制精確的特點，一般用于鋁合金之間焊接，由于價格昂貴，目前應用并不廣泛。

4）感應加熱設備

主要包括釬焊機及加熱機。通常用kVA來標稱此類設備的容量，比如200kVA加熱機、80kVA釬焊機等。釬焊工序對復合溫度的要求較高，應該加裝工業級大功率穩壓器，解決電源電壓波動時釬焊機加熱溫度不穩定的問題。

5）拋光設備

拋光設備分成手動、半自動和自動三類，手動拋光設備一般采用數十臺進行組線，各個拋光工動作不可能同時進行，但是在加工較大尺寸產品時手拋機基本上處在過載狀態，計算負荷時手拋線的需要系數不應小于0.9。半自動和全自動拋光設備采用的是間歇生產方式，此類設備配置的電動機較大，選擇0.5左右需要系數較為合適。

拋光線通風系統的作用是將含塵廢氣排出室外，廢氣需經水過濾后再排放才能符合環保要求，使得通風機功率變得越來越大。因為操作者一般都會把通風機電機的運行頻率和閥門開度調至最大，所以配置變頻器及調節閥門是多余之舉。

6）氧化線大功率整流機

大功率整流機有可控硅、高頻開關等幾種形式，一般用輸出直流電壓、電流來表示整流機的規格，而選擇拱電線路、開關時需知道它的交流側輸入電流Ii，其值可按式（1）或式（2）進行計算：

上兩式中，Kjz為校正系數，可控硅整流機1.2～1.3，高頻開關整流機選 1.1；K1為交流功率換算成電流的系數，三相380V為1.52；Kjx為整流機接線系數，取值見表 1；Pr為輸出直流功率，即輸出直流電壓與電流的乘積，單位為kW；η為整流機效率，若無制造廠家提供的數據，可控硅式可選0.8，高頻開關式選 0.9；cosφ為功率因數，可控硅整流機選0.8，高頻開關整流機可取0.92。

表1 三相輸入大功率整流機的接線系數

用式（1）或式（2）計算出來的是交流側輸入電流，三相整流機的輸入功率 Pi可由式（3）進行計算：

考慮如下兩個因素，確定整流機的計算負荷時，需要系數 Kd選 0.75為宜：①鋁陽極氧化工藝要求的軟起動時間長達5～10m in，整流機輸出電壓、電流有一個緩升的過程，且每個工作循環之間存在間隙；②整流機工作時的輸出直流電流一般只有其額定值的85%左右。

此外，大功率整流器存在諧波，如果其諧波量超過國家標準，會對電網特別是自動控制系統造成較大的干擾，可使用諧波濾波器消除這些諧波。

1.2 企業負荷的計算

根據炊具制造企業的設備特點，采用估算法及需要系數法來確定企業的計算負荷。

1）估算法

對于炊具制造企業來說，我們可以通過目標產量來估算其負荷。按目前炊具制造行業的工藝技術水平，以及通過對同類企業的長期跟蹤，我們認為普通炊具電耗為1.5kW·h/只左右，而鋁陽極硬質氧化炊具電耗約為3.5kW·h/只。假設某炊具制造企業年產量設定為 10,000,000只，其中 40%為鋁陽極硬質氧化炊具，那么其年電耗≈6,000,000×1.5+4,000,000×3.5=23,000,000kW·h。配置的變壓器容量用式（4）進行計算：

每年按折合滿載工作天 250天、每天工作 20小時、預留系數為1.1代入式（4）進行計算：，采用“四舍五入法”取千位數的整數，我們可以粗略估算出該企業應配置總容量為6000kVA的變壓器。

2017年以來，安順地區電煤供應持續偏緊，政府為了保證電煤供應采取了多種措施，其中對粉煤進行封關是一項重要措施。遇到春節或兩會等時期，政府甚至會要求安順煤礦所有粉煤全部供電廠。電煤價格普遍偏低，安順煤礦要保證盈利，就必須要從小粒度塊煤篩分中想辦法。

2）需要系數法

根據實際應用經驗，結合相關資料，外貿型炊具制造企業的各類設備的需要系數Kd如表2所示。用“估算法”及“需要系數”得出的數據進行比對后，我們就可以得出相對準確、合理的計算負荷。

表2 炊具制造企業常用設備的需求系數經驗值

1.3 供配電規劃的前瞻性考慮

外貿型企業多數采用OEM或ODM模式，應對不同的訂單采用的是不同的工藝路線，除了大中型設備（如大型壓力機、高頻加熱機等）外，其他設備根據訂單的工藝要求經常需要移動，車間低壓配電系統必需能適應這種變化。如果現有設備不能滿足訂單的工藝要求，可能還需緊急采購設備，所以供配電系統還需有一定余量。此外，還需根據企業的發展愿景，確定未來增容的預案。

1）低壓配電柜的設計

為了應對設備的搬遷，生產線低壓配電柜設計容量需有20%的富余，同時預留多幾個自動空氣開關。

2）電纜通道的設計

在炊具制造企業里，建議采用金屬橋架作為電纜通道，盡量避免通過電纜溝敷設電纜。企業里的車邊、車底、拋光、噴砂、清洗、氧化、噴涂等工序會產生較多的金屬細屑、粉塵、污水等等，電纜溝處地平面以下，上述垃圾較容易進入且很難清潔，從而產生安全穩患。各車間每條軸線架空安裝電纜橋架，車間之間預埋線管，當增加工藝設備時可以快速地進行電纜敷設。

3）企業高壓供電容量的預留

考慮未來增容的需要，高壓進線截面積預有余量、配電室預留足夠的空間用于增設高低壓開關柜和變壓器等。

2 外商驗廠

外貿型炊具制造企業需面對眾多外國公司的驗廠，其中對涉及勞動安全的設備安全部分有特殊要求。比如，某外商對設備安全的要求是這樣描述的：“供應商應確保所有的生產過程中所使用的機器或其他設備裝備有必要的或要求的（注釋 1）安全裝置（注釋2），以避免人員傷害事故”。

注釋1：標有無涂改的CE標簽的機器其他設備可認為是符合衛生安全要求的。

注釋 2：例如，用來避免粉碎、擠壓、切割等帶來的傷害而裝備的緊急停止按鈕、大門和安全升降機。

在具體操作中，驗廠員對配電系統（特別是車間低壓配電系統）主要有如下幾點要求，需在規劃時注意：①采用雙層門低壓配電柜，開關的操作手柄外露內層門外，其余部分如電纜、接線端子、銅排等等內門隔離，打開外層門后可以安全地操作開頭手柄；②開關標識清晰準確且容易更新；③開關柜前后左右保持足夠的間隔；④所有設備電箱、動力柜要求配置門鎖，維修時必須上鎖以確保安全；⑤相關設備需安裝緊停按鈕，如清洗線、噴涂線固化爐等等。

3 與高層決策者的溝通方法

3.1 配電室的選址

配電室選址應盡可能靠近工廠的負荷中心，但在實際中往往受到其它因素的影響，而使配電室建設在偏離負荷中心較遠的地方，這樣做會產生如下問題：

1）投資額增加

為了說明增加的幅度，可用圖1來進行說明。

圖1 配電室偏離負荷中心分析圖

如圖1a所示，假設負荷A、B、C容量相同且呈等邊三角形分布，那么其負荷中心就是這個等邊三角形的幾何中心，如果電纜沿直線敷設，則電纜總長為300m。而圖1b所示的是配電室偏離了負荷中心 100m的情況，電纜總長變成了400m。 配電室偏離負荷中心造成電線電纜的總長度及的投資額相應增加33%。此外，由于長度增加，為保證線路壓降符合要求，電纜截面積還需相應增大，使得投資額進一步上升。

2）運行時電能消耗大、電源質量下降

配電室偏離負荷中心造成電纜長度增加，電纜的銅損等于I2R，R與電纜長度成正比，所以銅損與電纜長度成正比。電纜阻抗增加，用電側電壓波動隨之加大，若調高變壓器輸出電壓來保證設備正常運行，在夜間負荷變小的時間段，很容易產生超壓現象，危害電氣設備的安全。

3.2 配合室選址方案的比對

其實配電室設置在絕對的負荷中心是很難做到的，我們可根據配合室選址不同，出幾套設計方案，并做出相應的預算，相信投資額的差異定能說服高層決策者，從而讓他們改變初衷。

4 結論

在充分掌握工廠供配電設計理論知識的基礎上，對設計工程師而言，還有如下幾項要求：①熟悉炊具行業的設備特點及對應的生產工藝；②考慮工藝變化大等因素而采用前瞻性設計；③了解外商驗廠對供配電系統的要求；④用經濟數據說服高層決策者，盡量把配電室放置在企業和車間的負荷中心。

[1]中國機械工程學會塑性工程學會.鍛壓手冊[M].北京:機械工業出版社,2008.

[2]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊[M].北京:機械工業出版社,2008.

[3]任元會,等.工業與民用配電設計手冊[M].北京:中國電力出版社,2005.