煤礦機修廠供配電系統(tǒng)設計實例

馬俊超

(煤炭工業(yè)太原設計研究院,太原 030001)

1　煤礦機修廠供配電系統(tǒng)設計

1.1　煤礦機修廠供電等級確定

根據(jù)相關設計規(guī)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(cè)負荷、總功率因數(shù)等進行計算并對比分析,為后續(xù)供配電系統(tǒng)的具體內(nèi)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(jié)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(qū)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(jù)負荷估算分析,參照相關設計規(guī)范[4]“礦區(qū)機電設備修理設施變電所宜有兩回電源線路供電”的規(guī)定,經(jīng)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(qū)高低壓配電設計

煤礦機修廠供配電系統(tǒng)設計最重要的設計內(nèi)容就是廠區(qū)的高低壓配電設計。

1.5.1配電電源設計

根據(jù)廠區(qū)布置及其電力負荷的分布情況,本著系統(tǒng)合理、節(jié)約投資、便于管理的原則,本次設計確定兩個廠區(qū)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(qū)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(jīng)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(qū)和西區(qū)的輔助間各設置1個集中變配電點,在生活區(qū)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(qū)內(nèi)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(nèi)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(nèi)設真空斷路器、永磁操作機構(gòu)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(tǒng)(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(nèi)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(qū)配電點、西區(qū)配電點、生活區(qū)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(nèi)站,用于滿足6 kV設備的用電要求。總變電所供電系統(tǒng)如圖1所示。

圖1　10 kV供電系統(tǒng)圖Fig.1　10 kV power supply system

1.5.3東區(qū)配電點和西區(qū)配電點配電設計

兩配電點內(nèi)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(nèi)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(qū)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(qū)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(nèi)。

兩配電點的低壓配電系統(tǒng)為樹干式和放射式相結(jié)合為主,變配電室內(nèi)低壓配電系統(tǒng)以樹干式為主,車間內(nèi)動力、照明系統(tǒng)樹干式和放射式相結(jié)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(tài)無功功率自動補償裝置。

東區(qū)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(qū)戶外門式起重機、綜合間、汽車庫、東廠區(qū)照明等處供電。西區(qū)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(qū)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(qū)照明等處供電。

礦山電氣修理車間及礦山機械修理車間內(nèi)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(qū)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(nèi)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(qū)高低壓配電線路敷設設計

高壓纜線及廠區(qū)內(nèi)低壓纜線的敷設采用電纜溝與直埋相結(jié)合的方式敷設。生產(chǎn)車間內(nèi)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(chǎn)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(chǎn)輔房、行政區(qū)照明配電線路均采用BV-0.45/0.75型導線穿鋼管在墻內(nèi)、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(nèi)、墻內(nèi)及沿墻敷設。

1.7　廠區(qū)照明系統(tǒng)的設計

1)按現(xiàn)行國家建筑照明設計標準:生產(chǎn)區(qū)域的機加工、修理區(qū)、消防控制室、弱電機房等照度為300 Lx,其照明光源顯色指數(shù)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(shù)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(chǎn)區(qū)域采用高光效、高功率因數(shù)金屬鹵化物燈;生產(chǎn)輔房、行政區(qū)采用高光效、高功率因數(shù)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(shù)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(jié)能控制器控制。

此外,還應對煤礦機修廠廠區(qū)防雷系統(tǒng)和電氣安全系統(tǒng)進行設計,設計時按照相關現(xiàn)行規(guī)范進行標準化設計,此處不再贅述。

2　節(jié)電技術在供配電設計中的應用

2.1　優(yōu)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(jié)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(wěn)定、功率因數(shù)較低的問題,降低了供電的電能質(zhì)量,嚴重時還會影響帶載設備的安全運行,降低煤礦的生產(chǎn)效率。

因此,參考國家電網(wǎng)公司的《電力系統(tǒng)無功補償配置技術原則》第二十五條“配電網(wǎng)的無功補償以配電變壓器低壓側(cè)集中補償為主”的原則,設計在本機修廠的東區(qū)、西區(qū)兩個配電點的低壓側(cè)均設置一套TSVG型低壓動態(tài)無功功率自動補償裝置,補償后功率因數(shù)達到90%以上。采用動態(tài)無功功率自動補償裝置,實現(xiàn)了無功補償雙向連續(xù)調(diào)節(jié),消除了傳統(tǒng)無功功率補償裝置固有的斷續(xù)補償問題,避免出現(xiàn)補償不足或過補的現(xiàn)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(jié)能型照明設施。煤礦機修廠部分車間內(nèi)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(jié)能的金屬鹵化物燈具,不僅能夠獲得較強的照度又可節(jié)省電能。

2.2　自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化

煤礦機修廠各車間內(nèi)設備采用高效、節(jié)能的高自動化高精度數(shù)控設備,能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量,減少廢品和返修品,大大提高了勞動生產(chǎn)率,達到節(jié)能節(jié)材的目的。

根據(jù)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(tǒng)設計為集散式的控制系統(tǒng),各個級別之間可以通過相關的控制網(wǎng)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(tǒng)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(tǒng)的開放性,以此滿足煤礦機修廠的各種生產(chǎn)工作要求。

3　結(jié)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(jié)能優(yōu)化措施可以有效地提高煤礦機修廠的電能使用效率。