某挖掘機(jī)工廠的電氣設(shè)計(jì)方案介紹

1、某挖掘機(jī)工廠的電氣設(shè)計(jì)介紹2006-11-15某挖掘機(jī)工廠的電氣設(shè)計(jì)介紹郭清機(jī)械工業(yè)第一設(shè)計(jì)研究院地址：安徽省蚌埠市 郵編： 233017 ）摘要： 本文從某挖掘機(jī)工廠的供配電方案、照明的分類及控制 、防雷及接地的作法進(jìn) 行介紹。關(guān)鍵詞：正常照明 應(yīng)急照明 電壓降 配電干線 無功功率補(bǔ)償 節(jié)能降耗接閃器 年預(yù)計(jì)雷 擊次數(shù)隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，我國的機(jī)器制造業(yè)也突飛猛進(jìn)，迅速崛起，向國際市場邁進(jìn)。本 人近幾年參加了一些挖掘機(jī)、裝載機(jī)工廠的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，對此類工廠的供電、配電、照明及防雷接地等 方面的設(shè)計(jì)，有一定的認(rèn)識和體會；現(xiàn)將本人設(shè)計(jì)的某挖掘機(jī)工廠的電氣設(shè)計(jì)情況進(jìn)行總結(jié)，與同行交 流，以提高

2、設(shè)計(jì)水平。一、工廠簡況該廠占地約五百余畝，廠區(qū)內(nèi)除建一個 35kV 降壓站外，還建有以下幾個聯(lián)合廠房和車間： 一） 1#號聯(lián)合廠房包括板材預(yù)處理工部；大型挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)車間和小型挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)車間。大型挖掘機(jī)涂裝車間和小型 挖掘機(jī)涂裝車間。該聯(lián)合廠房為單層鋼結(jié)構(gòu)廠房，長為327M,寬168M,計(jì)建筑面積約54936平方M二） 2#號聯(lián)合廠房包括: 局部二層辦公用房；大型挖掘機(jī)裝配車間和小型挖掘機(jī)裝配車間。該聯(lián)合廠房為局部二層鋼結(jié)構(gòu)廠房，長為205M,寬65M,計(jì)建筑面積約14600平方M三） 3#號聯(lián)合廠房 3#號聯(lián)合廠房為單層鋼結(jié)構(gòu)廠房，作為精飾車間使用。四）外協(xié)件車間 五）研發(fā)及中試車間六）壓縮空

3、氣站七）食堂二、廠區(qū)供電根據(jù)負(fù)荷計(jì)算及對二、三期負(fù)荷的預(yù)測，全廠的變壓器安裝容量約8000kVA 左右；鑒于附近電力部門的 10kV 系統(tǒng)已經(jīng)沒有容量及備用的回路，且當(dāng)?shù)氐氖姓€路以 35kV 為主；故經(jīng)甲方與供電局協(xié) 商，在廠區(qū)內(nèi)建一個 35kV 降壓站，內(nèi)設(shè)兩臺容量為 4500KVA/35kV/10kV 的主變壓器。該部分由供電局設(shè) 計(jì)。最初設(shè)計(jì)時，供電部門要求采用低壓集中供電的方式，既選擇主變壓器為 35kV/0.38kV, 以YJV22-1kV3x240+1x120 ）的電力電纜向各車間及聯(lián)合廠房供電的方案；但我對供電部門的方案沒有盲 從，因?yàn)椋汗┡潆娫O(shè)計(jì)規(guī)范 GB50052-95 第

4、 4.0.4 條明確規(guī)定：正常情況下，用電設(shè)備端子處電壓偏差允許值以額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示）宜符合下列要求：一、電動機(jī)為 5；二、照明：在一般工作場所為 5 ,對于遠(yuǎn)離變電所的小面積一般工作場所 , 難以滿足上述要 求時，可為 +5， -10 ；應(yīng)急照明、道路照明和警衛(wèi)照明等為 +5， -10 ；三、其它用電設(shè)備當(dāng)無特殊規(guī)定時為 5；10kV 及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50053-94 第 2.0.1 條明確規(guī)定： 變電所位置的選擇，應(yīng)根據(jù)下列要求經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較確定：一、接近負(fù)荷中心；二、進(jìn)出線方便； 本人經(jīng)過計(jì)算，向甲方闡述了我方觀點(diǎn)，否決了該方案。下面以 1#聯(lián)合廠房大型挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)車間的二

5、期工程負(fù)荷計(jì)算為例，分別從技術(shù)上和節(jié)能方面 及經(jīng)濟(jì)上說明我方否決該方案的理由。該車間二期工程用電設(shè)備的電力安裝容量為2808.24kW+1765kVA，計(jì)算有功功率為1049kW,無功功率為1610kVAR,補(bǔ)償1132kVAR無功功率后，功率因數(shù)為0.91,視在功率為1153kVA,計(jì)算電流為1752A。 一）首先，從技術(shù)上比較：假設(shè)采用0.38kV的電壓向該車間供電，則上級低壓斷路器的整定值為2000A，需要YJV22-1kV電壓降為：5 u1 % = 5 ua% xIxL=0.053 % x1752/7x0.43=5.7 %車間內(nèi)低壓配電室至車間配電干線 : 車間內(nèi)配電干線為插接式母線。

6、該段母線的電力安裝容量為 730kW+384KVA, 計(jì)算有功功率為 204.14kW, 無功功率為468.14kVAR,在母干線始端補(bǔ)償240kVAR無功功率后，計(jì)算電流為 465A。所以，選擇該母線為 800A,其 5 ua% =0.038 % L=0.26Km該段母線電壓降為 :5 u2%=5 ua%xIxL=0.038 %x465x0.26=4.6 %所以, 由總降壓站至車間內(nèi)配電干線終端10%若采用 10kV 供電，則壓降僅為配電干線部分的壓降，既：5 u%=4.6%且供電電纜僅為一根 YJV22-10kV（3x120,可見:1 、采用低壓供電不能滿足規(guī)范及設(shè)備對電壓的要求；2 、由

7、于采用低壓供電，使得總降壓站的出線回路相當(dāng)多；給整個廠區(qū)的電纜及管道的敷設(shè)帶 來很大的困難；進(jìn)出線及其不方便。（ 二其次，從節(jié)能降耗方面比較：若采用低壓供電，則供電線路 總降壓站至車間內(nèi)低壓配電室）的電能損耗計(jì)算如下： 每根電纜有功功率損耗PL=3I c2Rx10-3kW=3（1752/7x3 1/2 2rL其中：r=0.091 Q /kmPL=2.45kW7 根電纜有功功率損耗為7xAP L=7x2.45kW=17.15kW所以，該段供電線路年有功電能損耗AWl為：Wl=AP lT其中T為最大負(fù)荷年損耗小時數(shù)，查工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊第三版）第20頁圖1-6得T=3200hWl=AP lT

8、=17.15X3200=54880（kWh若采用10kV供電，則該段供電線路年有功電能損耗僅為一根YJV22-10kV（3x120電纜的損耗查手冊 第三版）第 18頁圖 1-4 得YJV22-10kV（3x120電纜的每千 M有功功率損耗：PL=0.1kWWl=AP 丄T =0.1X0.43X3200=137.6（kWh可見:采用低壓供電的年有功電能損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于采用10kV供電的損耗。特別強(qiáng)調(diào)的是：這僅僅是一個回路的線損，全廠有許多回路，總和起來是不小的數(shù)字；運(yùn)行成本相當(dāng)高， 不能滿足能源政策關(guān)于節(jié)能降耗的要求；在世界上能源越來越珍貴的現(xiàn)在及將來，這是一個完全不可取的 方案。（ 三 再次，從投

9、資方面比較：若采用低壓供電：在35kV降壓站內(nèi)將電壓直接降為 0.38kV ;在車間內(nèi)需設(shè)低壓配電室。則電纜線路的投資（S1為：S1=7x0.43xP 1=7x0.43x757720=2280737.2（ 元R=757720 元/kmP1為電纜YJV22-1kV3x240+1x120）的市場信息價格，參見北京工程造價信息2006年第10期。車間內(nèi)低壓配電室的投資（S2為：假設(shè)低壓柜為6臺S 2=6xP2=6x50000=300000（元 P2=50000 元/臺P2為低壓柜估算平均價格。低壓供電線路及車間內(nèi)低壓配電室的總投資（S為：S=S1+S2=2280737.2+300000=258073

10、7.2 （ 元 約 258 萬元。采用10kV供電,車間內(nèi)需設(shè)一個變電所，內(nèi)配置高壓開關(guān)柜一臺僅供就地操作用），容量為 1600kVA的帶保護(hù)外殼的干式變壓器一臺；同樣假設(shè)低壓柜為 6臺則電纜線路的投資（S3為：S3=0.43xP3=0.43x404110=173767.3（ 元P 3=404110 元/kmP3為電纜YJV22-10kV（3x120的市場信息價格，參見北京工程造價信息2006年第10期。車間變電所的投資（S4為：S 4=P4+P5+S2=80000+400000+300000=780000（元 P4=80000 元/臺P5=400000 元/臺P4為高壓柜估算價格；P5為變壓

11、器估算價格；10kV供電線路及車間變電所的總投資 （S5為：S5= S 3+ S 4=173767.3+780000=953767.3（ 元約 95.4 萬元?？梢?:采用低壓供電方案的投資費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于采用10kV供電的費(fèi)用。特別強(qiáng)調(diào)的是：還沒有計(jì)算低壓供電方案中35降壓站內(nèi)的變壓器及低壓配電柜的費(fèi)用；同時，這僅僅是一個回路的投資分析，全廠所有回路總和起來進(jìn)行投資分析,其差額是很大的。總之，無論從技術(shù)方面，從節(jié)能降耗及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面 , 還是從投資方面比較 , 采用我院的設(shè)計(jì)方案，即采用 10kV 高壓供電方案 , 才是最能滿足供電要求，最節(jié)能且最節(jié)省投資，及運(yùn)行費(fèi)用最低的方案。三、車間照明及配

12、電一）車間照明分類及供電方式機(jī)械工廠電力設(shè)計(jì)規(guī)范 JBJ6-96 第 12.1.2 規(guī)定,車間照明分為一般正常照明和應(yīng)急照明。第12.6.4規(guī)定：正常照明可與其它電力負(fù)荷共用變壓器供電。第12.1.2.4 規(guī)定：值班照明宜利用正常照明中能單獨(dú)控制的一部分或利用應(yīng)急照明全部。第12.6.7規(guī)定：應(yīng)急照明電源應(yīng)區(qū)別于正常照明電源。鑒于以上許多的規(guī)定，我門在進(jìn)行車間的照明設(shè)計(jì)時，一般采用以下幾種供電方式： 1當(dāng)廠房內(nèi)只設(shè)一臺變壓器且采用變壓器干線式配電系統(tǒng)而又無低壓聯(lián)絡(luò)線時，照明電源宜接自低壓 側(cè)總開關(guān)進(jìn)線端；當(dāng)有聯(lián)絡(luò)線時，照明電源宜接自低壓側(cè)總開關(guān)出線端。應(yīng)急照明電源應(yīng)與正常照明的供 電干線自變電

13、所低壓屏 （或母線上 。2. 當(dāng)車間變電所低壓側(cè)采用放射式 （或放射式與干線式相結(jié)合的方式，即較常用的配電方式 時， 車間的照明電源宜接自低壓配電屏的照明回路上；應(yīng)急照明 （值班照明 電源宜接自低壓配電屏的應(yīng)急照明 回路上。3. 當(dāng)廠房內(nèi)無變壓器，電源從附近引來時，動力配電回路宜與照明回路分開。在建筑物電源進(jìn)線處， 應(yīng)急照明電源與正常照明回路分開 , 且接在正常照明回路總開關(guān)上口。二）車間照明的控制及電能計(jì)量機(jī)械工廠電力設(shè)計(jì)規(guī)范JBJ6-96第12.6.14規(guī)定：照明回路分組應(yīng)滿足工藝流程及線路敷設(shè)的要求，并宜使三相線路的各相負(fù)荷應(yīng)盡可能平衡。第12.6.15規(guī)定：單層廠房內(nèi)一般照明的控制，宜

14、按生產(chǎn)工段、流水線等分區(qū)、分組集中于配電箱處控制。 另有原機(jī)械工業(yè)部發(fā)布的機(jī)械企業(yè)能源計(jì)量器具配備和管理細(xì)則試行） 3）中規(guī)定，企業(yè)能源計(jì)量器具應(yīng)按廠、車間 包括動力站房）、班組或機(jī)臺三級進(jìn)行配備；4）能源計(jì)量器具的配備必須把生產(chǎn)和生活、廠內(nèi)、廠外、全民和集體、外銷和自用分開，分別計(jì)量，分別核算。我們在進(jìn)行高大的工廠車間照明設(shè)計(jì)時，應(yīng)嚴(yán)格慣徹執(zhí)行建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB50034-2004）規(guī)定, 進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)。除設(shè)計(jì)選擇光效高，符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能型燈具外,還應(yīng)按規(guī)范及工藝的要求 ,對燈具進(jìn)行控制 , 按工段等進(jìn)行計(jì)量 , 以達(dá)節(jié)約降低消耗的目的。所以,我們在對該工廠進(jìn)行車間內(nèi)照明設(shè)計(jì)時, 首

15、先按跨及工段進(jìn)行分區(qū)供電 ,在變電所低壓出線屏內(nèi)裝設(shè)電度表 , 對每路照明及應(yīng)急照明進(jìn)行計(jì)量。其次,在車間內(nèi)便于操作的距離范圍內(nèi) , 安裝照明及應(yīng)急照明配電箱 ,出線采用一燈一控方案。這樣 , 看起來 雖然配電箱多一些 , 配電箱中的開關(guān)也多一些 ,但從長遠(yuǎn)來看 , 可以節(jié)約大量的電能。同時 , 每個配電箱控 制的范圍不大 , 便于操作。三）車間配電方式 前文說過，在機(jī)械工廠內(nèi)的低壓配電方式多為放射式與干線式相結(jié)合的方式, 即對某些電力安裝容量較大的設(shè)備或?qū)╇娪刑厥庖蟮脑O(shè)備,采用由車間變電所直接放射式的方式，對數(shù)量較多，但單機(jī)容量不大，且對供電無特殊要求的設(shè)備,采用干線式配電；對某些容量較

16、大的設(shè)備還應(yīng)設(shè)就地補(bǔ)償無功功率；對大型的結(jié)構(gòu)件車間，有大量的電焊機(jī)，對無功功率需求量較大，除在變電所內(nèi)對無功功率補(bǔ)償 外，還應(yīng)該在車間內(nèi)對配電干線補(bǔ)償無功功率，以提高功率因數(shù)，減小干線截面，降低投資。本人設(shè)計(jì)的 1#號聯(lián)合廠房大型挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)車間二期工程。電力安裝容量為2808.24kW+1765kVA，計(jì)算有功功率為 1049kW,無功功率為1610kVAR,補(bǔ)償1132kVAR無功功率后，功率因數(shù) 為0.91,視在功率為1153kVA,選擇變壓器1600kVA,負(fù)荷率為0.72。在車間內(nèi)，配電干線按跨分為若干分支干線，通過計(jì)算對每條分干線進(jìn)行無功功率的補(bǔ)償；同時，考慮分 工段電能計(jì)量及檢修和

17、管理的方便，在每條分干線首端設(shè)置了無功功率補(bǔ)償柜和分段開關(guān)柜。局部系統(tǒng)如 下圖所示。四、防雷與接地一）、防雷部分計(jì)算及防雷措施 以 1#號聯(lián)合廠房大型挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)車間二期工程為例，說明防雷部分計(jì)算對建筑物防雷分類及 其采用相應(yīng)的防雷措施的重要性。已知該車間長 L=327M,寬 W=168M高H=13M 當(dāng)?shù)豑d=22.4根據(jù)工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊xH（200-H1/2+n xH（200-Hx10 -6=1.1 x10 -1=0.11年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N=0.024kTd1.3 Ae=0.150.06 （k=1對于 N0.06 的一般性工業(yè)建筑物，可定為第三類防雷建筑物。建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范 作為防雷接閃器 ,并通過檁條與鋼梁及鋼柱 可靠聯(lián)結(jié)；利用鋼柱作為防雷引下線；利用柱子基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋作為接地體；防雷接閃器、引下線、接地極 應(yīng)聯(lián)成電氣通路；因車間變電所的配電裝置與防雷裝置共用接地裝置 ,所以現(xiàn)場實(shí)測接地電阻不大于 4Q。若車間內(nèi)有特殊設(shè)備需要接地電阻較小時，可局部增加人工接地體。二） 、接地故障保護(hù) 本廠房內(nèi)低壓配電接地型式采用TN-S 系統(tǒng)；在車間變電所內(nèi)設(shè)有總等電位端子箱。要求所有進(jìn)出建筑物的金屬管道必需與接地裝置聯(lián)結(jié)；吊車的鋼軌