浅谈某光纤拉丝及光缆制造工厂供配电设计

黄雪松

摘要：介绍了光纤拉丝和光缆制造厂的供配电设计，工厂供电的特点要求。工厂供配电设计直接影响着现代工厂的生产效率和安全性，因此，本文主要讨论了工厂供配电设计，希望对该领域的供配电设计有一定启示。

关键词：光纤拉丝；光缆制造；供配电

中国信息化建设如火如荼的开展，“三网融合”、“互联网+”、“提速降费”这些国家层面战略的施行，给光纤光缆市场带来相当大的机会；“一带一路”策略将为中国的光纤以及光缆企业国际化带来全新机遇；FTTx 部署为主要驱动，5G 建设发力；中国市场引领全球，新兴市场有助释放产能；农村市场将成为光纤光缆“蓝海”。

1. 光纤拉丝及光缆制造工艺概述

光纤拉丝工艺有如下特点：

（1）通过严格控制中芯光纤的粘度，降低芯层光纤的应力，降低纤芯层中的瑞利散射，减少光纤芯层中的光损失。

（2）通过改进炉子温场，提高光纤不圆度，减少光纤内部的双折射，从而大大降低光纤的偏振模色散。

（3）通过拉丝控制系统，减少炉子内部温度场的波动，减少光纤内部的应力，降低光纤的衰减损耗。

光缆制造工艺有如下特点：

（1）着色工序使用3头着色机，单位速度达到2500m/min，固化方式由原有的紫外光固化改为LED灯固化，提高了单位面积的产出量、降低了能耗。

（2）套塑工序采用先进的温差法，保证了光缆生产工艺的一致性和稳定性，实现了工艺控制的智能化，降低了员工的劳动强度。

（3）护套工序采用机械手进行排线，降低了人工成本，最主要的是生产安全得到保障。

2.工厂供配电设计

2.1用电负荷

本工厂为光纤拉丝及光缆制造工厂，主要用电负荷有光纤拉丝塔、筛选机、三头着色机、并带生产线、套塑生产线、大套生产线、成缆生产线、护套生产线等生产设备用电，空调、UV灯送排风、工艺冷却水（PCW）、冷水机、冷却水水泵、冷冻水水泵、冷却塔、空压机、纯水设备、照明等辅助设备以及消防设备、通讯及安全设备用电等。

工艺冷却水装置（PCW）、备用应急照明、消防设备和通信设备对电源的需求是比較高的，除了正常的城市电源供电之外，还需要来自城市的安全电源作为备用电源。

根据工艺设备用电量表及相关辅助设备用电量情况，负荷估算采用需要系数法，计算主要数据如下：

用电设备总装设功率：10270 kW；

其中：工艺设备装设功率：5800 kW；

辅助设备装设功率：4250 kW；

照明设备装设功率：220 kW；

无功补偿容量：3000 kVar；

补偿后计算有功功率：5848 kW；

补偿后计算无功功率：1580 kW；

补偿后计算视在功率：6058 kVA；

另外，应急设备装设功率：400 kW；消防设备装设功率：320 kW。

2.2供电电源

根据光纤拉丝及光缆制造工厂工艺设施以及辅助设备的负荷性质、负荷容量及当地电力情况，拟由电力公司引来一路10kV市电电源、一路10kV保安电源供电，采用电缆在厂区内直埋敷设的方式引至厂房辅助用房的变配电所，不影响厂区环境美观。

10kV的高压系统考虑单母线的方式接线，高压电力电缆以放射式配电的方式送到各终端变压器。单母线连接简单、清晰、设备少、占用少，便于后期工厂扩建。

2.3 变配电所

在厂房一层辅助用房区域设置变配电所1个，变配电所内设高压开关柜12面，变压器5台，总容量为8500kVA，低压开关柜若干。

在车间的变电所里面装设4台容量为2000kVA，高压为10kV，低压为0.4kV的三相环氧树脂浇注类型的干式电力变压器作为全厂负荷的供电变压器，4台变压器中每2台变压器一组在低压侧设联络开关，正常时，两台变压器是分开来运行的，只有当一台变压器检修或故障，可通过闭合联络开关来提高配电的可靠性及灵活性。为满足工艺冷却水（PCW）、应急备用照明以及消防设备、通讯设备的应急电源需求，另设置1台500kVA，10kV/0.4kV三相环氧树脂浇注干式变压器，每台变压器的负荷率均控制在80%以内。

为了确保变电所的正常供电，务必使得电压保持在正常的工作范围之内，这个可以通过变压器的分接开关来改变高压侧绕组的匝数，改变其变比，实现调节电压到正常范围的目的。有2种改变分接头的方式：无励磁调压，调整范围通常在±2X2.5%以内，另一种为有载调压的调整范围可达30%，不过由于其结构比较复杂，价格比较昂贵，我们考虑选择采用无励磁调压的方式。

变压器高压侧采用“D”连接，低压侧采用“yn”连接，为限制三次谐波，我们选用“Dyn11”接线组别的变压器。

2.4 短路电流计算

短路造成的故障会对电力系统的正常运行造成非常大的影响，造成的后果也是相当的严重，所以需要考虑防止短路故障的发生。考虑到现代电力系统的实际情况，要进行准确的短路计算是相当复杂的，同时对解决大部分实际问题是不要求非常精准的计算结果。一般在选择电气设备时，我们只需要近似计算通过该设备的最大可能的三相短路电流值。

10kV高压系统短路电流数据由供电部门掌握，这里不做估算。

0.4kV低压系统的短路计算假定有以下条件：

（1）变压器的容量要远远的比系统的容量来的小，短路电流的计算会被认为离发电机端非常的远，也就是说按照无限大的电源来考虑的。

（2）计入短路电路元件的有效电阻，不考虑电弧电阻、接触电阻。

（3）不考虑短路电流直流分量。

上述2000kVA干式变压器，Dyn11连接，Uk%=6、 =12.6kW，假设变压器高压侧系统短路容量 。

高压侧的电阻和电抗（计算到400V侧）为 RS=0，XS=0。

变压器的电阻和电抗为 。

低压母线上的三相短路电流（不包括母线长度）： 。

电气设备可靠工作除了根据正常的工况选择外，还要根据短路情况检查其热稳定性和动态稳定性。并依据实际情况，在安全可靠前提下，积极稳妥的采用新技术，注意节约投资，选择适合的电气设备。

2.5 补偿装置

在2000kVA变压器的低压侧集中设置一套SVG低压静止无功发生器以及一套智能电容装置；在500kVA变压器的低压侧则集中设置一套SVG低压静止无功发生器。

SVG采用IGBT绝缘栅双极型晶体管组件，PWM脉冲宽度调制电流控制技术，输出电流和波形可控，DSP数字信号微处理器用于高速检测和运算，确保无功检测和补偿控制精准有效，可兼顾谐波补偿功能。

智能电容装置里面集成了现代的测控技术、电力电子技术、通信网络技术、自动化控制技术和电力电容技术等先进技术，具有补偿效果好、体积小、功耗低、维护方便、使用寿命长、可靠性高的特点。

补偿后各变压器高压侧平均功率因数达0.95以上。

2.6 继电保护

本工程供配电系统的继电保护均采用数字式综合保护装置，保护设置如下：

10kV干式变压器：

·定/反时限过流保护（50/51）

·零序电流接地保护（50N/51N）

·温度保护

另外，各低压馈电线路均按规定设置短路保护和过负荷保护。

3.结束语

工厂供配电系统是工厂现代功能的重要组成部分，在工厂供配电设计中应当充分考虑生产工艺，根据工艺负荷及辅助设施的性质、负荷容量及当地电力情况考虑供电电源、电压、供配电系统，考虑变配电所、短路电流、补偿装置、继电保护装置等功能性、安全性、经济性的要求。不断完善现代制造厂的供电保障措施。

参考文献

[1]任元会.工业与民用配电设计手册.第三版.北京：中国电力出版社，2005.

（作者单位：信息产业电子第十一设计研究院

科技工程股份有限公司上海分公司）