煤礦機修廠供配電系統設計實例

馬俊超

(煤炭工業太原設計研究院,太原 030001)

1　煤礦機修廠供配電系統設計

1.1　煤礦機修廠供電等級確定

根據相關設計規范[1-3],確定本煤礦機修廠消防設備、弱電機房、應急疏散照明供電等級為二級,其它用電負荷供電等級為三級。

1.2　煤礦機修廠負荷的計算

在進行煤礦機修廠供配電設計時,由于各車間功能不同、電壓不同、試驗設備較多且車間變電所的變壓器存在功率損耗,因此應詳細列出相關的負荷計算表,對全廠總變電所高壓側負荷、總功率因數等進行計算并對比分析,為后續供配電系統的具體內容設計提供基礎材料。

1.3　煤礦機修廠總變電所位置的選擇

本機修廠具有建筑體功能集中、用電設備多的特點,并結合高壓電源進線方向等因素,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,并考慮煤礦機修廠將來的擴建與備用的需求,因此將總變電所設置在廠區東北部。

1.4　煤礦機修廠總變電所主接線的設計

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

根據負荷估算分析,參照相關設計規范[4]“礦區機電設備修理設施變電所宜有兩回電源線路供電”的規定,經與甲方溝通后確定:本次設計的機修廠兩回10 kV電源引自上級公司35 kV變電站10 kV不同母線段。

1.5　廠區高低壓配電設計

煤礦機修廠供配電系統設計最重要的設計內容就是廠區的高低壓配電設計。

1.5.1配電電源設計

根據廠區布置及其電力負荷的分布情況,本著系統合理、節約投資、便于管理的原則,本次設計確定兩個廠區配電方案進行對比。

以下就各車間變配電點設置的兩個方案進行比較。

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

方案二:在各個車間設置變配電點,分別負責各個車間的用電設備。

從技術上看,方案一、二供電均可靠,但方案二的配電點設置較多,要求每個車間均有高低壓供電,增加故障點;從經濟上看,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,故設計推薦方案一。

綜上所述,最終設計確定在東區和西區的輔助間各設置1個集中變配電點,在生活區設置1座戶外組合站,上述3個集中配電點分別向各自功能區內的車間及公共設施供電。

1.5.2總變電所配電設計

總變電所內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柜,內設真空斷路器、永磁操作機構等。10 kV配電裝置的操作電源為直流操作,選用高頻開關直流系統(65 Ah)一套。本變電所選用微機綜合自動化保護裝置,完成對所內主設備的控制、保護、測量、信號等功能。

10 kV開閉所各以一回10 kV電源向東區配電點、西區配電點、生活區戶外組合站、礦山電氣修理車間試驗裝置及礦山機械修理車間試驗裝置送電,另設一套10±2×2.5%/6.3 kV 2 000 kVA戶內站,用于滿足6 kV設備的用電要求。總變電所供電系統如圖1所示。

圖1　10 kV供電系統圖Fig.1　10 kV power supply system

1.5.3東區配電點和西區配電點配電設計

兩配電點內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成套變電站各1套,含高壓開關柜1臺,變壓器柜1臺。變壓器選用干式變壓器,東區配電點選用型號為SCB11-2500/10 10±2×2.5%/0.4 kV 2 500 kVA,負荷率約為71.9%;西區配電點選用型號相同,容量為2 000 kVA,負荷率約為72.2%。兩臺變壓器均安裝在各自的變壓器柜內。

兩配電點的低壓配電系統為樹干式和放射式相結合為主,變配電室內低壓配電系統以樹干式為主,車間內動力、照明系統樹干式和放射式相結合為主。兩配電點0.4 kV配電裝置選用GCS型低壓配電柜,低壓無功補償選用TSVG型低壓動態無功功率自動補償裝置。

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

礦山電氣修理車間及礦山機械修理車間內各設置一套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生活區配電點配電設計

在廠辦公樓附近設10/0.4 kV戶外箱式變電站1座,內含高壓開關柜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　廠區高低壓配電線路敷設設計

高壓纜線及廠區內低壓纜線的敷設采用電纜溝與直埋相結合的方式敷設。生產車間內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;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;生產車間照明配電線路采用BV-0.45/0.75型導線穿鋼管沿屋架敷設。

生產輔房、行政區照明配電線路均采用BV-0.45/0.75型導線穿鋼管在墻內、頂板敷設;所有應急、疏散照明、化學品庫照明配電線路均采用NH-BV-0.45/0.75型導線穿鋼管在地板內、墻內及沿墻敷設。

1.7　廠區照明系統的設計

1)按現行國家建筑照明設計標準:生產區域的機加工、修理區、消防控制室、弱電機房等照度為300 Lx,其照明光源顯色指數為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為Ra≥60,色溫k=3 500～4 500,照明功率密度值≤8 W/m2;加壓機房、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：生產區域采用高光效、高功率因數金屬鹵化物燈;生產輔房、行政區采用高光效、高功率因數T5熒光燈;配電房、泵房等應急采用自帶蓄電池式高光效、高功率因數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,采用室外型照明節能控制器控制。

此外,還應對煤礦機修廠廠區防雷系統和電氣安全系統進行設計,設計時按照相關現行規范進行標準化設計,此處不再贅述。

2　節電技術在供配電設計中的應用

2.1　優化供電電氣的選型和設計

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位于整個煤礦機修廠的負荷中心,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的工程量,節約工程投資。

2)采用無功功率補償措施。煤礦機修廠要對礦用大型機械設備進行檢修和試驗,配有大量的焊機和試驗設備,很多設備是間斷性工作,這些負荷在工作時會向供電線路輸送大量的波動性無功功率,造成電路電壓不穩定、功率因數較低的問題,降低了供電的電能質量,嚴重時還會影響帶載設備的安全運行,降低煤礦的生產效率。

因此,參考國家電網公司的《電力系統無功補償配置技術原則》第二十五條“配電網的無功補償以配電變壓器低壓側集中補償為主”的原則,設計在本機修廠的東區、西區兩個配電點的低壓側均設置一套TSVG型低壓動態無功功率自動補償裝置,補償后功率因數達到90%以上。采用動態無功功率自動補償裝置,實現了無功補償雙向連續調節,消除了傳統無功功率補償裝置固有的斷續補償問題,避免出現補償不足或過補的現象。

3)在設計過程中,合理地選擇電纜敷設的方式和路徑,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)選用節能型照明設施。煤礦機修廠部分車間內設備是對零件進行精加工的,其對照明要求較高,具有照明時間長、照度高的特點,因此照明設施選用高效節能的金屬鹵化物燈具,不僅能夠獲得較強的照度又可節省電能。

2.2　自動控制系統的優化

煤礦機修廠各車間內設備采用高效、節能的高自動化高精度數控設備,能夠提高產品質量,減少廢品和返修品,大大提高了勞動生產率,達到節能節材的目的。

根據煤礦機修廠工藝要求、廠房設施的分布以及工作管理等需求,自動控制系統設計為集散式的控制系統,各個級別之間可以通過相關的控制網絡進行溝通,及時進行信息的傳遞溝通與分享。要求各自動控制系統具有拓展性能,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,力求保持系統的開放性,以此滿足煤礦機修廠的各種生產工作要求。

3　結束語

煤礦機修廠涉及的機電設備繁多,各車間具有自身的工藝特點,因此對其進行合理的供配電設計及電能節能優化措施可以有效地提高煤礦機修廠的電能使用效率。