外贸型炊具制造企业供配电系统的规划设计

胡斯振

（江门市安诺特炊具制造有限公司，广东 江门 529040）

外贸型炊具制造企业具有设备特殊、工艺变化大、外商验厂频繁和大多数为民营企业的特点，在满足国家相关规程、规范的基础上，如何规划和设计企业的供配电系统成了不少电气工程技术人员的难题。

1 外贸型炊具制造企业的设备特点及供配电设计

1.1 炊具制造企业的设备特点

炊具制造企业主要有如下几大类设备：拉深机、锻压设备、点焊机、高中频感应加热设备、抛光设备、大功率整流机等等，如果对它们没有充分认识，则很难得出正确的计算负荷，也无法正确地选择供配电线路和装置。

1）拉深机

炊具的拉深工艺一般由四柱液压机完成，该设备的一个工作循环含有4个工步：①主缸快速下行；②靠模后主缸慢行拉深，下压边缸被动下行；③拉深到下限位后主缸快速上行到上限位；④下压边缸上行复位。测试结果表明：除②工步可能满载外，其余工步负荷电流均很小；每个工作循环的间隔时间内，由于液压回路通过电控溢流阀卸载，整机电流小于额定电流的35%。

2）锻压设备

目前大多数炊具制造企业采用摩擦压力作为复合底工序的生产设备，国产摩擦压力往往用 kN标称设备规格，比如青锻的J54-2500D型摩擦压力机标称打击力为 25000kN，允许打击力的上限为1.6×25000kN。该设备配用132kW和110kW交流电动机各一台，设备空载电流较小，但加力打击和提升滑块时的电流达到额定值的110%，对电网有较大的冲击。

3）点焊机

点焊机属于电阻焊机的一种，用于把手柄、盖钮牢固地焊接在锅身和锅盖上，实现不锈钢与不锈钢、不锈钢与铝合金、铝合金与铝合金的焊接。目前在炊具企业应用的点焊机主要类型有工频点焊机、储能式点焊机和中频点焊机，点焊机的标称容量单位为kVA。

相同容量的储能点焊机焊接能力是工频点焊机机4倍左右，比如焊接两块3mm的碳钢板，可选择10kVA储能式点焊机或40kVA的工频点焊机。工频点焊机的缺点是对电网冲击大和焊接表面质量差，所以在要求较高的场合，比如装配车间一般采用储能式点焊机，但储能式点焊机价格是相同焊接能力工频点焊机价格的数倍。中频点焊机具有电流大、控制精确的特点，一般用于铝合金之间焊接，由于价格昂贵，目前应用并不广泛。

4）感应加热设备

主要包括钎焊机及加热机。通常用kVA来标称此类设备的容量，比如200kVA加热机、80kVA钎焊机等。钎焊工序对复合温度的要求较高，应该加装工业级大功率稳压器，解决电源电压波动时钎焊机加热温度不稳定的问题。

5）抛光设备

抛光设备分成手动、半自动和自动三类，手动抛光设备一般采用数十台进行组线，各个抛光工动作不可能同时进行，但是在加工较大尺寸产品时手抛机基本上处在过载状态，计算负荷时手抛线的需要系数不应小于0.9。半自动和全自动抛光设备采用的是间歇生产方式，此类设备配置的电动机较大，选择0.5左右需要系数较为合适。

抛光线通风系统的作用是将含尘废气排出室外，废气需经水过滤后再排放才能符合环保要求，使得通风机功率变得越来越大。因为操作者一般都会把通风机电机的运行频率和阀门开度调至最大，所以配置变频器及调节阀门是多余之举。

6）氧化线大功率整流机

大功率整流机有可控硅、高频开关等几种形式，一般用输出直流电压、电流来表示整流机的规格，而选择拱电线路、开关时需知道它的交流侧输入电流Ii，其值可按式（1）或式（2）进行计算：

上两式中，Kjz为校正系数，可控硅整流机1.2～1.3，高频开关整流机选 1.1；K1为交流功率换算成电流的系数，三相380V为1.52；Kjx为整流机接线系数，取值见表 1；Pr为输出直流功率，即输出直流电压与电流的乘积，单位为kW；η为整流机效率，若无制造厂家提供的数据，可控硅式可选0.8，高频开关式选 0.9；cosφ为功率因数，可控硅整流机选0.8，高频开关整流机可取0.92。

表1 三相输入大功率整流机的接线系数

用式（1）或式（2）计算出来的是交流侧输入电流，三相整流机的输入功率 Pi可由式（3）进行计算：

考虑如下两个因素，确定整流机的计算负荷时，需要系数 Kd选 0.75为宜：①铝阳极氧化工艺要求的软起动时间长达5～10m in，整流机输出电压、电流有一个缓升的过程，且每个工作循环之间存在间隙；②整流机工作时的输出直流电流一般只有其额定值的85%左右。

此外，大功率整流器存在谐波，如果其谐波量超过国家标准，会对电网特别是自动控制系统造成较大的干扰，可使用谐波滤波器消除这些谐波。

1.2 企业负荷的计算

根据炊具制造企业的设备特点，采用估算法及需要系数法来确定企业的计算负荷。

1）估算法

对于炊具制造企业来说，我们可以通过目标产量来估算其负荷。按目前炊具制造行业的工艺技术水平，以及通过对同类企业的长期跟踪，我们认为普通炊具电耗为1.5kW·h/只左右，而铝阳极硬质氧化炊具电耗约为3.5kW·h/只。假设某炊具制造企业年产量设定为 10,000,000只，其中 40%为铝阳极硬质氧化炊具，那么其年电耗≈6,000,000×1.5+4,000,000×3.5=23,000,000kW·h。配置的变压器容量用式（4）进行计算：

每年按折合满载工作天 250天、每天工作 20小时、预留系数为1.1代入式（4）进行计算：，采用“四舍五入法”取千位数的整数，我们可以粗略估算出该企业应配置总容量为6000kVA的变压器。

2017年以来，安顺地区电煤供应持续偏紧，政府为了保证电煤供应采取了多种措施，其中对粉煤进行封关是一项重要措施。遇到春节或两会等时期，政府甚至会要求安顺煤矿所有粉煤全部供电厂。电煤价格普遍偏低，安顺煤矿要保证盈利，就必须要从小粒度块煤筛分中想办法。

2）需要系数法

根据实际应用经验，结合相关资料，外贸型炊具制造企业的各类设备的需要系数Kd如表2所示。用“估算法”及“需要系数”得出的数据进行比对后，我们就可以得出相对准确、合理的计算负荷。

表2 炊具制造企业常用设备的需求系数经验值

1.3 供配电规划的前瞻性考虑

外贸型企业多数采用OEM或ODM模式，应对不同的订单采用的是不同的工艺路线，除了大中型设备（如大型压力机、高频加热机等）外，其他设备根据订单的工艺要求经常需要移动，车间低压配电系统必需能适应这种变化。如果现有设备不能满足订单的工艺要求，可能还需紧急采购设备，所以供配电系统还需有一定余量。此外，还需根据企业的发展愿景，确定未来增容的预案。

1）低压配电柜的设计

为了应对设备的搬迁，生产线低压配电柜设计容量需有20%的富余，同时预留多几个自动空气开关。

2）电缆通道的设计

在炊具制造企业里，建议采用金属桥架作为电缆通道，尽量避免通过电缆沟敷设电缆。企业里的车边、车底、抛光、喷砂、清洗、氧化、喷涂等工序会产生较多的金属细屑、粉尘、污水等等，电缆沟处地平面以下，上述垃圾较容易进入且很难清洁，从而产生安全稳患。各车间每条轴线架空安装电缆桥架，车间之间预埋线管，当增加工艺设备时可以快速地进行电缆敷设。

3）企业高压供电容量的预留

考虑未来增容的需要，高压进线截面积预有余量、配电室预留足够的空间用于增设高低压开关柜和变压器等。

2 外商验厂

外贸型炊具制造企业需面对众多外国公司的验厂，其中对涉及劳动安全的设备安全部分有特殊要求。比如，某外商对设备安全的要求是这样描述的：“供应商应确保所有的生产过程中所使用的机器或其他设备装备有必要的或要求的（注释 1）安全装置（注释2），以避免人员伤害事故”。

注释1：标有无涂改的CE标签的机器其他设备可认为是符合卫生安全要求的。

注释 2：例如，用来避免粉碎、挤压、切割等带来的伤害而装备的紧急停止按钮、大门和安全升降机。

在具体操作中，验厂员对配电系统（特别是车间低压配电系统）主要有如下几点要求，需在规划时注意：①采用双层门低压配电柜，开关的操作手柄外露内层门外，其余部分如电缆、接线端子、铜排等等内门隔离，打开外层门后可以安全地操作开头手柄；②开关标识清晰准确且容易更新；③开关柜前后左右保持足够的间隔；④所有设备电箱、动力柜要求配置门锁，维修时必须上锁以确保安全；⑤相关设备需安装紧停按钮，如清洗线、喷涂线固化炉等等。

3 与高层决策者的沟通方法

3.1 配电室的选址

配电室选址应尽可能靠近工厂的负荷中心，但在实际中往往受到其它因素的影响，而使配电室建设在偏离负荷中心较远的地方，这样做会产生如下问题：

1）投资额增加

为了说明增加的幅度，可用图1来进行说明。

图1 配电室偏离负荷中心分析图

如图1a所示，假设负荷A、B、C容量相同且呈等边三角形分布，那么其负荷中心就是这个等边三角形的几何中心，如果电缆沿直线敷设，则电缆总长为300m。而图1b所示的是配电室偏离了负荷中心 100m的情况，电缆总长变成了400m。 配电室偏离负荷中心造成电线电缆的总长度及的投资额相应增加33%。此外，由于长度增加，为保证线路压降符合要求，电缆截面积还需相应增大，使得投资额进一步上升。

2）运行时电能消耗大、电源质量下降

配电室偏离负荷中心造成电缆长度增加，电缆的铜损等于I2R，R与电缆长度成正比，所以铜损与电缆长度成正比。电缆阻抗增加，用电侧电压波动随之加大，若调高变压器输出电压来保证设备正常运行，在夜间负荷变小的时间段，很容易产生超压现象，危害电气设备的安全。

3.2 配合室选址方案的比对

其实配电室设置在绝对的负荷中心是很难做到的，我们可根据配合室选址不同，出几套设计方案，并做出相应的预算，相信投资额的差异定能说服高层决策者，从而让他们改变初衷。

4 结论

在充分掌握工厂供配电设计理论知识的基础上，对设计工程师而言，还有如下几项要求：①熟悉炊具行业的设备特点及对应的生产工艺；②考虑工艺变化大等因素而采用前瞻性设计；③了解外商验厂对供配电系统的要求；④用经济数据说服高层决策者，尽量把配电室放置在企业和车间的负荷中心。

[1]中国机械工程学会塑性工程学会.锻压手册[M].北京:机械工业出版社,2008.

[2]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[M].北京:机械工业出版社,2008.

[3]任元会,等.工业与民用配电设计手册[M].北京:中国电力出版社,2005.