選礦廠大跨度主廠房中的低壓配電設計

韓 亮(中國恩菲工程技術有限公司,北京100038)

1 前言

在實際工程設計中,受自然環境條件(如工業場地地形、所在地區氣候特點)等外部因素制約,工藝設計將全部或大部分工藝流程布置在一個單體廠房內,這類廠房空間跨度大、用電設備多、分布廣、低壓用電設備為主,而且為了使工藝流程更合理、布置更緊湊,基本沒有太多可供選擇的位置用于設置變電所。原本按照變電所設置的基本原則[1],廠房內需要建幾座變電所、變電所設置在何處均應根據車間負荷及其在車間內的分布、相對位置等因素確定,但對于上述大跨度廠房,實際情況卻是無法從供配電合理性的角度選擇變電所位置,而是直接由工藝專業指定變電所位置,這些位置往往不在負荷中心甚至遠離負荷中心。此時低壓供配電系統設計若采用典型的低壓配電方式,既增加了電纜等材料消耗,又造成了線路損耗的增加,如何進行這類廠房的低壓供配電系統設計值得探討。

本文以某選礦廠主廠房的低壓配電設計為例,詳細說明大跨度主廠房中的低壓配電設計。該選礦廠由于廠區地形的原因,該選礦廠全部工藝流程布置在一座主廠房內,該廠房長200 m、寬170 m,且該廠房內工藝流程連續、工藝設備布置緊湊,廠房內負荷中心區域沒有用于布置變電所的空間,僅可在廠房內北側和南側設置變電所。在這種情況下,按常規的典型配電方式設計既安全可靠又經濟合理的低壓配電系統難度較大,需要結合廠房內用電設備的特點、所處工藝流程位置、對供電可靠性的具體要求等實際情況,再按照供配電設計的基本原則,靈活選擇不同的配電方式、不同方式的組合等非典型的配電方式。

2 低壓配電設計基本原則

一般工業廠房大多數用電設備為低壓設備,低壓配電系統擔負著直接向設備配電的任務,其配電方式直接影響著各個設備的供電可靠性和用電質量,低壓配電設計過程中應遵循的基本原則有以下幾點:

(1)變電所的位置宜接近負荷中心。

(2)低壓配電系統應根據工程性質、規模、負荷容量等因素綜合考慮,既滿足供電可靠性和電能質量的要求又力求接線簡單、經濟合理[2]。

(3)低壓配電系統應滿足用電設備對供電可靠性和電能質量的要求,同時應注意簡化接線,操作安全方便,并能適應生產和使用上的變化及設備檢修的需要[3]。

(4)自變壓器二次側至用電設備之間的低壓配電級數不宜超過三級。

(5)當大部分設備容量不是很大、又無特殊要求時,宜采用樹干式配電[4]。

(6)當設備容量很大、或者負荷性質重要時宜采用放射式配電。

(7)為減小干擾,對沖擊性負荷宜采用放射式單獨配電。

(8)根據工藝生產要求,對于平行的生產流水線上或者互為備用的設備,宜由不同的配電母線或線路配電;對于同一生產線上的用電設備,宜由同一母線或線路配電。

3 常見低壓配電方式及特點

3.1 放射式

放射式配電由配電母線分別為各個用電設備供電,因此配電線路故障時互不影響,供電可靠性較高,但金屬消耗較多、配電設備多、系統靈活性差[5],一般用于對供電可靠性要求高的車間或主要工藝流程上的用電設備等重要場合,比如選礦廠的破碎、篩分、磨浮等主工藝車間。

3.2 樹干式

樹干式配電方式的有色金屬消耗較少、配電設備也較省,系統靈活性好,但干線故障時影響范圍大,一般用于對供電可靠性要求不是很高的車間或者輔助工藝用電設備、檢修設備等,比如選礦廠的藥劑車間、試化驗室等輔助設施[6]。

3.3 鏈式

鏈式配電的特點與樹干式類似,適用于距離供電點遠而彼此相距又很近的不重要的小容量設備,一般不超過三個配電箱或者不超過四臺電動機。可用于同一設備或機組的多臺電機等主工藝流程設備或者非主工藝車間且用電設備及分布特點適合采用鏈式配電的場所,比如選礦廠螺旋分級機驅動與提升電機、帶式輸送機主傳動電機及其電磁抱閘、機修維修車間等。

4 主要用電設備及分布

廠房及用電設備分布如圖1所示,該廠房長200 m、寬170 m,主要工藝用電設備全部布置在該廠房內,圖中以“○”代表單臺用電設備(大小代表功率),根據用電設備功率大小以及分布位置,將這些用電設備大致分為以下幾類。

圖1 廠房及用電設備分布示意圖

(1)A 區:設備功率居中,單臺設備功率15 ～75 kW,左側區域功率較大、分布較分散;右側區域功率較小、分布相對集中。

(2)B 區:設備功率很小,單臺設備功率僅為1.1 kW,設備分布相對集中。

(3)C 區:設備功率較大,單臺設備功率主要為90 kW、160 kW、185 kW,分布位置分散。

5 低壓配電設計

5.1 變電所設置

盡管從電氣設計角度出發應盡量將變電所設置在負荷中心位置,但對于該廠房實際情況是:一方面工藝布置不允許,另一方面是負荷中心并不明顯。圖1中,對于該廠房,1#變電所位置受工藝布置的限制沒有選擇、2#變電所位置只能在廠房北側,但左右位置可選。結合用電設備的位置,變電所最終定位如圖1所示,其中2#變電所位置選擇在廠房北側的中部即體現了變電所設置在負荷中心這一原則。

5.2 A 區配電方式

A 區左側的用電設備,功率中等、位置相對分散,但距離1#變電所相對較近。對于該部分設備采用放射式供電,既兼顧了供電可靠性又控制了電纜的用量。

A 區右側的用電設備,功率偏小、位置相對集中,但距離1#變電所較遠。對于該部分設備采用樹干式和放射式結合的二級配電方式,考慮到該工藝設備的重要程度,在該區域設置若干臺二級配電柜為這些設備以放射式供電,而這些二級配電柜的電源則采用樹干式供電,由1#變電所供出兩回路干線為全部二級配電柜供電,采用兩回路干線是考慮了總體供電的可靠性。

5.3 B 區配電方式

該區域設備從廠房總體看分布集中,但從局部看分布仍然比較分散,定性的分析不易確定配電方式?？梢源_定的是由變電所放射式供電是不合適的,電纜用量太大;考慮到該區域工藝設備的重要程度,樹干式和放射式結合的二級配電方式也不合適,供電干線故障時影響范圍太大,不利于工藝連續生產。

該區域的設備共有480 臺,且設備功率很小,初步分析應采用多級放射式配電,具體配電方式如圖2所示。擬定以下兩種方案:

圖2 廠房B 區配電方式示意圖

方案a:二級放射式配電,假定每臺一級配電柜共有8 回路出線,每臺二級配電柜可供16 臺設備,則需要4 臺一級配電柜,共需要4 回路供電電源,從1#變電所、2#變電所各引2 回路。

方案b:三級放射式配電,假定每臺一級配電柜共有4 回路出線,每臺二級配電柜共有10 回路出線,每臺三級配電箱可供6 臺設備,則需要2 臺一級配電柜,共需要2 回路供電電源,從1#變電所、2#變電所各引1 回路。

對于以上兩種方案都可以滿足工藝設備的供電需求,需要進一步從經濟角度進行比較選擇。兩種方案的電氣設備相差不大,主要差別在于電纜用量,詳細計算如下:

方案a:配電室→一級配電柜:YJV-0.6/1 kV 3 ×120 +2 ×70 mm2;

一級配電柜→二級配電柜:YJV-0.6/1 kV 5 ×10 mm2;

二級配電柜→工藝設備:YJV-0.6/1 kV 4 ×2.5 mm2;

電纜敷設總量467 m +1 280 m+5 040 m=6 787 m

方案b:配電室→一級配電柜:YJV-0.6/1 kV 2(3 ×120 +2 ×70 mm2);

一級配電柜→二級配電柜:YJV-0.6/1 kV 3 ×50 +2 ×25 mm2;

二級配電柜→三級配電箱:YJV-0.6/1 kV 5 ×4 mm2;

三級配電箱→工藝設備:YJV-0.6/1 kV 4 ×2.5 mm2;

電纜敷設總量199 m +450 m+22 800 m=4 392 m

按照某電纜供應商同一時間的報價計算(3 ×120 +2 ×70 mm2260.94 元/m;3 ×50 +2 ×25 mm2110.30 元/m;5 × 10 mm231.26 元/m;5 × 4 mm213.14 元/m;4 ×2.5 mm26.95 元/m),以上兩個方案的電纜估價分別為19.7 萬、18.6 萬。

通過以上計算可以看出,“方案b”的電纜估價較低,而且該方案電纜敷設總量少,因此采用“方案b”的配電方式相對較優。

5.4 C 區配電方式

該區域設備功率較大,分布位置分散,距離2#變電所相對較近,很顯然該區域應采用放射式供電。

6 結論

低壓配電設計不是標準化的、公式化的工作,最終設計方案往往也不是唯一的,這是一個綜合衡量各種因素。本文以實際工程為例,介紹了大跨度主廠房中的低壓配電系統設計,重點是靈活應用各種不同的配電方式、不同方式的組合等非典型配電方式解決實際問題。