外貿(mào)型炊具制造企業(yè)供配電系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)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(mào)型炊具制造企業(yè)具有設(shè)備特殊、工藝變化大、外商驗廠頻繁和大多數(shù)為民營企業(yè)的特點，在滿足國家相關(guān)規(guī)程、規(guī)范的基礎(chǔ)上，如何規(guī)劃和設(shè)計企業(yè)的供配電系統(tǒng)成了不少電氣工程技術(shù)人員的難題。

1 外貿(mào)型炊具制造企業(yè)的設(shè)備特點及供配電設(shè)計

1.1 炊具制造企業(yè)的設(shè)備特點

炊具制造企業(yè)主要有如下幾大類設(shè)備：拉深機、鍛壓設(shè)備、點焊機、高中頻感應(yīng)加熱設(shè)備、拋光設(shè)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(shè)備的一個工作循環(huán)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(jié)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(huán)的間隔時間內(nèi)，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(shè)備

目前大多數(shù)炊具制造企業(yè)采用摩擦壓力作為復合底工序的生產(chǎn)設(shè)備，國產(chǎn)摩擦壓力往往用 kN標稱設(shè)備規(guī)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(shè)備配用132kW和110kW交流電動機各一臺，設(shè)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(wǎng)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(xiàn)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(yè)應(yīng)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(wǎng)沖擊大和焊接表面質(zhì)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(shù)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(yīng)用并不廣泛。

4）感應(yīng)加熱設(shè)備

主要包括釬焊機及加熱機。通常用kVA來標稱此類設(shè)備的容量，比如200kVA加熱機、80kVA釬焊機等。釬焊工序?qū)秃蠝囟鹊囊筝^高，應(yīng)該加裝工業(yè)級大功率穩(wěn)壓器，解決電源電壓波動時釬焊機加熱溫度不穩(wěn)定的問題。

5）拋光設(shè)備

拋光設(shè)備分成手動、半自動和自動三類，手動拋光設(shè)備一般采用數(shù)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(chǎn)品時手拋機基本上處在過載狀態(tài)，計算負荷時手拋線的需要系數(shù)不應(yīng)小于0.9。半自動和全自動拋光設(shè)備采用的是間歇生產(chǎn)方式，此類設(shè)備配置的電動機較大，選擇0.5左右需要系數(shù)較為合適。

拋光線通風系統(tǒng)的作用是將含塵廢氣排出室外，廢氣需經(jīng)水過濾后再排放才能符合環(huán)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(diào)至最大，所以配置變頻器及調(diào)節(jié)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(guān)等幾種形式，一般用輸出直流電壓、電流來表示整流機的規(guī)格，而選擇拱電線路、開關(guān)時需知道它的交流側(cè)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(shù)，可控硅整流機1.2～1.3，高頻開關(guān)整流機選 1.1；K1為交流功率換算成電流的系數(shù)，三相380V為1.52；Kjx為整流機接線系數(shù)，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(shù)據(jù)，可控硅式可選0.8，高頻開關(guān)式選 0.9；cosφ為功率因數(shù)，可控硅整流機選0.8，高頻開關(guān)整流機可取0.92。

表1 三相輸入大功率整流機的接線系數(shù)

用式（1）或式（2）計算出來的是交流側(cè)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(shù) 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(huán)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(wǎng)特別是自動控制系統(tǒng)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(yè)負荷的計算

根據(jù)炊具制造企業(yè)的設(shè)備特點，采用估算法及需要系數(shù)法來確定企業(yè)的計算負荷。

1）估算法

對于炊具制造企業(yè)來說，我們可以通過目標產(chǎn)量來估算其負荷。按目前炊具制造行業(yè)的工藝技術(shù)水平，以及通過對同類企業(yè)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(zhì)氧化炊具電耗約為3.5kW·h/只。假設(shè)某炊具制造企業(yè)年產(chǎn)量設(shè)定為 10,000,000只，其中 40%為鋁陽極硬質(zhì)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(shù)為1.1代入式（4）進行計算：，采用“四舍五入法”取千位數(shù)的整數(shù)，我們可以粗略估算出該企業(yè)應(yīng)配置總?cè)萘繛?000kVA的變壓器。

2017年以來，安順地區(qū)電煤供應(yīng)持續(xù)偏緊，政府為了保證電煤供應(yīng)采取了多種措施，其中對粉煤進行封關(guān)是一項重要措施。遇到春節(jié)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(shù)法

根據(jù)實際應(yīng)用經(jīng)驗，結(jié)合相關(guān)資料，外貿(mào)型炊具制造企業(yè)的各類設(shè)備的需要系數(shù)Kd如表2所示。用“估算法”及“需要系數(shù)”得出的數(shù)據(jù)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(yè)常用設(shè)備的需求系數(shù)經(jīng)驗值

1.3 供配電規(guī)劃的前瞻性考慮

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

1）低壓配電柜的設(shè)計

為了應(yīng)對設(shè)備的搬遷，生產(chǎn)線低壓配電柜設(shè)計容量需有20%的富余，同時預留多幾個自動空氣開關(guān)。

2）電纜通道的設(shè)計

在炊具制造企業(yè)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(shè)電纜。企業(yè)里的車邊、車底、拋光、噴砂、清洗、氧化、噴涂等工序會產(chǎn)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(chǎn)生安全穩(wěn)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(shè)備時可以快速地進行電纜敷設(shè)。

3）企業(yè)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(shè)高低壓開關(guān)柜和變壓器等。

2 外商驗廠

外貿(mào)型炊具制造企業(yè)需面對眾多外國公司的驗廠，其中對涉及勞動安全的設(shè)備安全部分有特殊要求。比如，某外商對設(shè)備安全的要求是這樣描述的：“供應(yīng)商應(yīng)確保所有的生產(chǎn)過程中所使用的機器或其他設(shè)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(shè)備可認為是符合衛(wèi)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(tǒng)（特別是車間低壓配電系統(tǒng)）主要有如下幾點要求，需在規(guī)劃時注意：①采用雙層門低壓配電柜，開關(guān)的操作手柄外露內(nèi)層門外，其余部分如電纜、接線端子、銅排等等內(nèi)門隔離，打開外層門后可以安全地操作開頭手柄；②開關(guān)標識清晰準確且容易更新；③開關(guān)柜前后左右保持足夠的間隔；④所有設(shè)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(guān)設(shè)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(yīng)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(shè)在偏離負荷中心較遠的地方，這樣做會產(chǎn)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(shè)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(shè)，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(yīng)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(yīng)增大，使得投資額進一步上升。

2）運行時電能消耗大、電源質(zhì)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(cè)電壓波動隨之加大，若調(diào)高變壓器輸出電壓來保證設(shè)備正常運行，在夜間負荷變小的時間段，很容易產(chǎn)生超壓現(xiàn)象，危害電氣設(shè)備的安全。

3.2 配合室選址方案的比對

其實配電室設(shè)置在絕對的負荷中心是很難做到的，我們可根據(jù)配合室選址不同，出幾套設(shè)計方案，并做出相應(yīng)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(jié)論

在充分掌握工廠供配電設(shè)計理論知識的基礎(chǔ)上，對設(shè)計工程師而言，還有如下幾項要求：①熟悉炊具行業(yè)的設(shè)備特點及對應(yīng)的生產(chǎn)工藝；②考慮工藝變化大等因素而采用前瞻性設(shè)計；③了解外商驗廠對供配電系統(tǒng)的要求；④用經(jīng)濟數(shù)據(jù)說服高層決策者，盡量把配電室放置在企業(yè)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(yè)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(yè)出版社,2008.

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