某鋁及鋁合金鑄軋車間配電方案

董桂華

（昆明有色冶金設計研究院股份公司，昆明 650051）

原鋁和鋁合金鑄軋是現代鋁加工項目中的重要環節。本車間位于已建成的8 萬t/a 鋁合金板帶項目內。由于原鑄軋車間的生產能力不能滿足冷軋車間的需要，在保留原鑄軋車間基礎上，在預留場地內新建規模為3 萬t/a 的本鑄軋車間。由于本項目所需的其它公共輔助設施，可利用已建成項目的原有設施，不足部分再根據需要對原有公共輔助設施進行改或擴建。

本車間主要由鋁熔煉工段和鑄軋工段組成。項目配置有3 條鑄軋生產線，利用電解鋁液和冷料（鋁錠）為原料，在4 臺（3 用1 備）25t 天然氣鋁熔煉爐和3 臺30t 電阻式保溫靜置爐中進行鋁熔煉和精煉，采用兩臺電磁攪拌器和3 套鋁液在線處理設備，對鋁液進行過濾、除氣和晶粒細化等工藝的處理，合格的鋁液最終在3 臺1010×1900 鑄軋機進行鑄軋，產出鋁鑄軋卷。

1 負荷情況

1.1 主要設備

本鑄軋車間的主要生產設備有：25t 矩形天然氣熔鋁爐、30t 保溫靜置爐、鋁熔體在線處理系統和鑄軋機等，主要設備布置由圖1所示。熔鋁爐和保溫靜置爐設在鋁熔煉工段，鋁液在線處理裝置和鋁鑄軋機等設在鑄軋工段。

25t 矩形天然氣熔鋁爐為火焰（燃氣或燃油）熔鋁爐，利用天然氣作為能源，對電力無需求。其中每兩臺熔鋁爐配置1 套電磁攪拌裝置和1 套電動葫蘆系統，電磁攪拌裝置設備功率每套251.5kW；電動葫蘆每套3kW。

30t 保溫靜置爐為電阻式保溫爐，通過電阻絲的分組投入，進行保溫和加熱。熔體溫度：700℃～760℃；熔體溫度控制精度：≤±3℃；設備功率為單臺620kW。

鋁熔體在線處理裝置，處理能力：3t/h；配套設備功率單臺45kW。

鑄軋機為超型鑄軋機，最大帶寬：1760mm；帶材厚度：5～8mm；鑄軋輥最大線速度：1800mm/min。其中每臺鑄軋機的驅動電機功率為2×49kW；卷取機組功率為13kW。

本項目擴建的生產公共輔助系統包括：鑄軋機液壓系統、鑄軋水循環系統、除塵系統和起重設備等部分。

鑄軋機液壓系統中，每臺鑄軋機對應1 套液壓站，液壓站設備功率52kW。

圖1 鑄軋車間平面圖

為完成整個冷卻水系統的循環，整個車間設置一套鑄軋機閉路循環系統，設備功率為6×37kW。整個車間設置一套除塵系統，設備功率為163kW。車間內的起重機設備功率總和為118kW。

1.2 負荷情況

新建的整個鑄軋車間負荷的裝機容量共計3884kW，計算負荷2760kW，所有負荷的用電電壓均為低壓380/220V。在現行的《有色金屬加工廠電力設計規范》（YS 5031—97）表2.1.2 常用重要用電設備的負荷級別中，熔鑄車間保溫靜置爐的負荷等級為二級，其中屬小型加工廠中的該設備負荷等級可列為三級，其余用電設備均為三級負荷。

2 供電方案

由于鋁合金板帶項目已經建成，而新建的鑄軋車間新增的負荷比較大，如果采用在原有供電設施基礎上進行改造的方案上不可行，因此需要單獨考慮本項目的供電電源情況。

根據本車間的負荷容量和供電距離，結合整個鋁板帶項目現有的供配電系統情況，本車間高壓配電采用10kV 電壓等級能滿足要求。由上級變電站的10kV Ⅰ段母線和Ⅱ段母線各引來1 回線路，以滿足本車間二、三級負荷的供電要求。

作為10kV 電源的受電和配電點，在鑄軋車間配置10kV 開關室，采用單母線接線方式，2 進4 出，其進出線全采用高壓電纜方式，4 回出線全部為變壓器回路。2 回進線采用電氣互鎖，保證運行時只有1 回線路供電，防止2 回路電源并列運行。

3 配電方案

3.1 既有條件

鑄軋車間為單層廠房，建筑規模為長84m，寬60m，跨度較大。由于鑄軋生產工藝的特殊要求，廠房的地坪面標高有3 個，鋁熔煉工段在+2.100 平面，鑄軋工段有+1.100 平面和±0.000 平面。

根據平面布置，在鑄軋車間偏跨一側新建10kV開關室1 座。在偏跨兩側各自設置1 座10kV 變配電所，其中10kV 開關室和同側的10kV 變配電所合建。其相應位置如圖1所示。10kV 變配電所內設10/0.4kV 變壓器、低壓配電屏和設備控制屏等。

3.2 主要方案

由于用電負荷縱橫向分布較分散；從生產工序上分為2 個工序，而從流程上又分為3 條鑄軋生產線，且鑄軋生產線跨越了該2 個工序。車間內存在特殊負荷：電阻式保溫靜置爐，設備功率較大，為620kW，此外電磁攪拌裝置的設備功率也相對較大。

根據以上特點，為縮短低壓負荷的供電半徑，減少線纜材料，保證電能質量和達到節能的效果，在如何在上述2 個變配電所中合理設置變壓器的臺數、容量，以及各臺變壓器的所帶負荷的劃分上，列出了以下兩個主要方案進行分析比選，見表1和表2。

表1 變配電所設置方案1

表2 變配電所設置方案2

方案一按照設備平面布置，以及設備性質來分配負荷。針對保溫靜置爐負荷的特殊性，設置3 臺靜置爐變壓器（T1.1～1.3）對應3 臺靜置爐；其余設備功率相對較小且較為分散，設置2 臺鑄軋動力變壓器（T2.1～T2.2），對應于其余負荷。鑄軋1#變電所（S1）設1#靜置爐變壓器（T1.1）和1#鑄軋動力變壓器（T1.2）；鑄軋2#變電所（S2）設2#靜置爐變壓器（T2.1）、3#靜置爐變壓器（T2.2）以及2#鑄軋動力變壓器（T2.3）。

方案二以照顧生產線流程為原則來設置變壓器和分配負荷。通過設置3 臺鑄軋變壓器（T1.1～1.3）對應于3 條鑄軋生產線流程設備，鑄軋流程設備有保溫靜置爐，鋁熔體在線處理裝置、鑄軋機及對應的液壓系統；設置1 臺公共輔助變壓器（T1.2），對應于鑄軋生產線以外的其余負荷。每臺鑄軋變壓器所帶負荷中，保溫靜置爐所占容量最大。鑄軋1#變電所（S1）設鑄軋1#線變壓器（T1.1）和公共輔助系統變壓器（T1.2）；鑄軋2#變電所（S2）設鑄軋2#線變壓器（T2.1）和鑄軋3#線變壓器（T2.2）。

方案二通過按照生產流程設置變壓器臺數和分配低壓負荷，使整改變配電系統與生產系統適應度高，整體型式較為清晰，便于今后的生產管理和設備檢修。對于保溫靜置爐這一特殊負荷，從工藝上確定安保時間和安保負荷之后，通過優化配電及控制方式能夠進行解決。方案一主要從保溫靜置爐這一特殊負荷角度，設置變壓器臺數和分配低壓負荷，由于保溫靜置爐的臺數較多，這種方案會使10kV出線回路和變壓器臺數較多，相應的高壓設備及線纜等投資較大。

通過以上分析，配電方案最終選用方案二。

4 繼電保護

本車間10kV 開關室的繼電保護采用微機綜合保護裝置，主要保護對象為電力變壓器，根據國家標準《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》及相關配電設計手冊的相關規定，變壓器保護裝置裝設電流速斷保護、過電流保護、瓦斯保護、溫度保護和單相接地保護。微機保護系裝置分散安裝在各10kV 開關柜上，設置后臺機，控制室監控。

5 結論

在本項目中，從主要設備的負荷性質，設備平面布置和既有的約束條件等方面入手，重點分析了在較大規模的廠房內，不同方式下的車間變壓器設置及其配電范圍，得出了最終結論。為建設及今后投入運營等方面提供了有意義的參考。

[1] 中國航空工業規劃設計研究院組.工業與民用配電設計手冊[M].3 版.北京: 中國電力出版社,2005.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉建設部,中華人民共和 國國家質量技術監督檢驗檢疫總局,GB 50052—2009.供配電系統設計規范[S].2010.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉建設部,中華人民共和國國家質量技術監督檢驗檢疫總局,GB/T 50062—2008.電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范[S].2009.

[4] 中國有色金屬工業總公司.YS 5031—97 有色金屬加工廠電力設計規范[S].北京: 中國計劃出版社,1998.