厂房配电系统设计

董晓标

（飞马智科信息技术股份有限公司，安徽马鞍山 243000）

引言

厂房是重要的生产场所，其电源供配电影响着生产的正常运行，同时也影响产品的质量、设备的安全、工作人员的安全等等。因此，供配电方案的合理可靠是非常重要的，合理可靠的方案将能够帮助工厂实现节省建设投资、节省运行费用、保证产品质量、提高企业的运行效率、提升企业的经济效益。为此工程技术人员在厂房的供配电设计上做了很多的研究和实践［1-3］，做出了很多设计上的贡献。

本项目的厂房主要进行数据中心机柜、电力配电柜的柜体生产。厂房内有数控折弯机、数控剪板机、数控机床、普通机床、自动上料系统、数控折弯机、激光切割机、焊接机器人、发泡机、空压机、落地砂轮机、冲床冷水机、电动液压升降机、行车等设备，这些生产设备需要保证供电可靠性。同时，工作人员的办公室设在厂房内，办公室的照明、空调也需要进行供电。

厂房供配电设计的时候，还需要考虑要满足生产工艺需求，保证用电安全，满足用电质量，尽量节省资金，降低运行维护费用，为后续生产的扩充留有余地。

图1是厂房的生产设备及办公室的布置图。

在图1 中，厂房可以分成生产区域、办公区域。生产区域生产设备主要有：数控冲床、数控折弯机、激光切割机、焊接机器人工作站、数控剪板机、数控车床及机床的附属设施。办公区域主要集中了厂方的管理机构和设计部门以及生活设施。为生产的顺利进行提供保障。

图1 厂房布局图

1 理论计算及选型

1.1 负荷计算［4-5］

为了进行设备和电力线缆的选型，先要进行负荷的计算。负荷计算主要方法有需要系数计算法、单位指标计算法、利用系数法，其中单位指标计算法又分成负荷密度指标法、综合单位指标法、单位产品耗电法［6］。本项目因是按订单进行加工生产，连续性不是很强，订单波动也比较大，故采用逐级统计的需要系数法。

1.1.1 长期工作制设备的计算负荷

长期运行工作制的设备的容量Pe=PN，即等于设备铭牌上的容量。厂房中的车床、折弯机、空压机、发泡机、照明灯具等属于这样一类长期运行工作制设备。其P30，Q30，S30计算公式如下：

式中：P30——有功功率计算负荷；

Kd——需要系数；

Pe——设备实际容量。

式中：Q30——无功功率计算负荷。

式中：S30——视在功率计算负荷。

1.1.2 短期反复工作制设备负荷

短期反复工作制的设备需要先转换成等效的容量。厂房中的行车、电焊机都是短期反复工作制。此类设备的首先要进行设备变换。

式中：PN——设备铭牌容量；

ε——暂载率；

SN——视在功率；

cosϕ——功率因数。

行车等效容量：

行车的铭牌额定容量，实际暂载率为40%，实际容量：

电焊机暂载率为60%，IN=280 A，UN=28 V，cosϕ=0.6，式中IN为输入电流，UN为输入电压，cosϕ 为功率因数。

表1 是详细的负荷计算列表，根据各个设备的额定容量，列出了负荷的有功功率、无功功率及视在功率计算结果。

表1 负荷计算表

1.2 无功功率补偿

电力系统中规定有功功率与和无功功率必须保持协调，从而维持系统的电压，同时实现系统的稳定，降低电能损耗，如果功率因数太低，就需要进行必要的无功补偿。无功补偿后，能够降低计算负荷的中无功功率数值，降低电能损耗，减少元件的规格，节省费用。无功补偿应按照全面规划、合理布局、分层分区补偿、就地平衡等原则进行。本项目的设备选择在合理使用，采用了尽可能的措施后，功率因数无法再提高了，所以要采用人工补偿的措施。

根据前面的计算，P30=253.497 kW，Q30=200.715 kVar，S30=323.34 kVA，得出相应的功率因数cosϕ=0.78，低于供电部门要求的cosϕ＞0.9 的要求。为此需要利用电容器进行无功功率的补偿，拟定补偿后的cosϕ=0.95，为今后厂房的扩展提供比较大的余地。

由cosϕ=0.95，得tanϕ=0.33。

补偿后的Q30=P30tanϕ=83.65 kVar

需要补偿的无功容量为：

QC=200.715-83.65=117.1 kVar

采用BW0.4-12-1型电容器，所需电容器个数：

N=117.4/12=9.78个，取整为9个

实际补偿后无功功率为

补偿后视在功率为：

1.3 变压器损耗

有功功率损耗：ΔP=0.01S′30=2.69 kW

无功功率损耗：ΔQ=0.05S′30=13.45 kVar

最终：P30=256.187 kW，Q30=106.165 kVar，S30=277.31 kVA，cosϕ=0.92＞0.9符合供电部门要求。

2 变压器的选型

取变压器负荷系数0.85

变压器总容量：

根据变压器规格：选择400 kVar（S11-400 kVA-10 kV/0.4 kV油浸式变压器）。

补偿后的计算电流为：

总断路器电流选择：I=1.3 ×I30=547.74 A

根据断路器规格：选择630 A（施耐德框架断路器-MVS06N电流630 A）

3 供配电设计

3.1 负荷类型及供电方式确定

根据生产的需要，结合管理的需要，我们对生产负荷及供电方案进行的确定。

在网络机柜生产工艺流程中，激光切割和上、下料系统是工件平面切割，机器人焊接是框架构成精度的保证，数控机床、数控剪板机、数控折弯机、折弯机、空压机是工件成型重要设备，都是重要生产环节，所以这类设备是一级负荷，而落地砂轮机、冲床冷水机、电动液压升降机是这些设备的附属设备，也是这些设备运行的保障，所以同属一级负荷设备。发泡机的作用是预防网络机柜与框架碰撞及兼顾密封，属于二级负荷。一级负荷由邻近车间及总电源两路供电，二级负荷由本车间电源分两路供电，三级负荷由本车间电源单回路供电。

表2列出了主要的电气设备及负荷类型及供电方式。

表2 主要电气设备及负荷类型、供电方式表

3.2 供配电方案设计［1］

在图2 中，变压器与配电室安装在进入厂区的位置。电缆均采用电缆桥架架空敷设，办公负荷选择WDZ-YJY-4×25+1×16 电缆供电，办公区空调选择WDZ-YJY-5×16电缆供电。

图2 办公区供电图

图3中，主要设备均采用设备配电箱进行配电，配电柜到设备配电箱电缆采用电缆桥架架空敷设，配电箱到设备电缆穿管敷设。其中激光切割机配电箱选择WDZ-YJY-4×70+1×35 电缆供电，折弯机配电箱选择WDZ-YJY-4×25+1×16电缆供电。机器人焊接区配电箱选择WDZ-YJY-4×35+1×16 供电，数控冲床配电箱选择WDZ-YJY-4×70+1×35电缆供电，行车配电箱选择WDZ-YJY-4×35+1×16 电缆供电等。

图3 生产区供电图

4 结论

设计方案已经投入运行1 年多，目前完成生产2 000 台电气柜、网络机柜及服务器机柜，产值600 W。整体运行平稳，没有产生过负荷、因为意外停电导致生产停止的情况，有效保障了生产的安全可靠运行。