冷轧厂中间库起重机供电扩容改造

冷轧厂新建罩式退火生产线，项目的平面布置如图 1 所示。

原有中间库 /跨电源取自 1#低压配电中心，新建罩式退火生产线厂房（含中间库 /跨的扩建部分）及起重机电源取自新建 2#低压配电中心。

1 冷轧厂中间库

1.1 中间库厂房

冷轧厂中间库详细布置见图 2（云线范围内为增建部分）。原有库房范围为 /、①～⑮轴线部分。建筑轴线面积为 6237m2，跨内布置有鞍座。

1.2 中间库起重机及供电

为满足工艺需求，中间库原配置有三台起重机 Z1#～Z3#，具体参数如表 1 所示。

所有起重机的主卷电机均采用 YZP 系列起重及冶金用变频调速三相异步电动机，它适用于驱动各种型式的起重机械及其他类似设备；具有宽广的调速范围、较大的过载能力和较高的机械强度。所有电机均采用变频器控制。

起重机通过安全滑触线供电：电源取自约 300m 以外的 1#低压供电中心的吊车 2#变压器配电柜，通过YJV-0.6/1kV 3(3×185)+1(1×95)，供至 /柱处的现场配电箱 3B6Q2，再分为三路供至沿 列柱吊挂的安全滑触线。具体参见图 3（图中云线内虚线部分为改造内容）。

滑触线为 JDU-1000 型安全滑触线，额定载流量 1000A。

1.3 中间库厂房延长

/跨新装的 Z4#起重机吊运钢卷至罩退生产线的脱脂机组入口，进入罩式退火工艺流程。

1.4 中间库新装起重机

Z4#的配置与 Z1#等相同，其技术性能表见表 1。

Z1#～Z4#起重机均需在整个库房运行，因而 Z4#起重机的滑线需与原有起重机滑线连接，且型号保持一致。

2 校核供电系统电压损失

增加 Z4#起重机后，工作负荷增加，将使原有供电系统电压损失增加。它是否还能满足规范的要求，需进行计算。

2.1 基本数据

Z1#～Z4#起重机总装机容量均为 215kW，功率*大的主卷扬电机功率为 132kW。

从 1#低压配电中心至现场配电柜 3B6Q2 间的电缆计算长度 L=295m。

从 3B6Q2 至*远端的滑线上电点的计算长度 L2=98m。

2.2 确定计算电流及尖峰电流

确定起重机计算电流的方法较多，常见的有需要系数法，利用系数法、综合系数法、负荷系数法（参见文献[8]）等。本文按《工业与民用配电设计手册》第三版，采用综合系数法，并参照文献[9]《5 台及以下用电设备的负荷计算》中给出的系数进行计算。基本数据如下：

c Σ I KP  JF c st   Σ c max I I K KI   

其中

K =0.96, K =0.32 Σ （ε=40%，三台起重机）

K =0.90, K =0.30 Σ （ε=40%，四台起重机）

K =1.8 stc max I  =246A，起重机中*大电动机的额定电流。

2.3 计算电流与尖峰电流

经计算，三台起重机时，计算电流 c1 I 619  A，尖峰电流 JF1 I 983  A四台起重机时， c2 I 774  A， JF1 I 1143  A

2.4 线缆阻抗计算

2.4.1 滑线的阻抗

滑线为铜导体、断面为 259.5749mm2 的安全滑触线，其安装形式见图 4，水平排列，滑线间距 100mm。

（1）直流电阻 Rθ 的计算：

Rθ=ρ20(1+0.00393(θ20))/S=0.017241×(1+0.00393(7020))/259.5749=7.9471692×105(Ω/m)式中，ρ20：20℃导电率，铜 ρ200.017241Ω×mm2

/m；θ：滑线实际工作温度[℃]，θ=70℃；S：滑线的截面积[mm2]，S=259.5749 mm2。

（2）交流电阻的计算：

Ra=KjK1Rθ=1.028×1.03×7.9471692×105=8.41478×105

(Ω/m) =0.0841478Ω/km：

3 3 D D D D 100 100 200      123 =125.99(mm)

2πD H 2 3.14 125.99 34 X 0.144lg 0.01884 0.144lg 0.01884

πB 2H 3.14 28 2 34      =0.12304897(Ω/km)式中，D：几何均距， 3 D DD D  123 mm；

D1～D3：为 A,B,C 相间距 mm D1=D2=100mm，D3=200mm；

H：导体高度 mm，H=34mm；

B：导体宽度 mm，B=28mm。

（4）阻抗的计算：

22 2 2 Z X R 0.12304897 0.0841478 h a    =0.149070125Ω/km

2.4.2 电缆的阻抗

查手册，得电缆 YJV-0.6/1kV (3×185)+(1×95)的电阻与感抗：

电阻 R=0.118Ω/km；

感抗 X=0.078Ω/km。

将工作温度换算至 70℃时：

电阻 R=0.114247451Ω/km；

感抗 X=0.078Ω/km

电缆的阻抗： 2 2 Z RX l1   =0.138334667(Ω/km)

2.5 电压损失校核

2.5.1 原有系统校核系统各段代号如图 3 所示。Z1～Z7 各段元件及阻抗详见表 3（其中 Z1 的阻抗 Z1A参见表 2）。式中，Kj：集肤效应系数,按滑线厂家意见，取为 1.028；K1：邻近效应系数，滑线取 1.03；Rθ：温度 θ℃时的直流电阻。

由图 3 可见，滑线采用典型的三点供电方式，在校验系统电压损失时，主要有如下计算方式：

（1）供电电缆电压损失及 L/6（L 为滑线全长）滑线电压损失；

（2）按照滑线上起重机的台数，取一个系数 K，计算 KL 电压损失；如文献[3]；

（3）取两个供电点的中点为校验载荷的加载点，将整个供电系统（含滑线）视为一个网络，计算其阻抗，再计算电压损失。

本文采取*后一种方式对系统电压损失进行校验计算。校验载荷加载点为 T1，*后求出 Z1A 与 Z46'的串联阻抗，即系统总的阻抗 ZTA：ZTA=1.79×10-2Ω

再计算电压损失 ΔUA%：2JF1 TAA173 I Z 173 983.28 1.79 10 U %380 380       =8.03(%)<10%

可见，原系统是符合规范规定的。近十年的生产运行过程中，天车供电系统安全顺稳，已明确证实了这一点。

2.5.2 厂房扩大后系统电压损失校核

扩建厂房、加装起重机后，若只是简单将滑线延长，而不做其它改动，这是*节省投资的。但需校验其供电系统载流量及电压损失是否符合规定。计算电压损失的过程详见表 3，ΔUB%：

2JF2 TBB173 I Z 173 1143 2.75 10 U %380 380       =14.30(%)

根据《起重机设计规范》（GB3811—2008）第 7.2.1.2 规定：“在正常工作条件下，供电系统在起重机械馈电线接入处的电压波动不应超过额定±10%”，可见，仅从电压损失来看，原供电系统已不能满足4 台起重机运行的需求了，必须对其进行改造。

其中，自低压配电中心至现场配电箱 3B6Q2 间电缆的电压损失：  2 U 3 I Z 3 1143 1.36 10 26.92 B1 JF2 1B V        从现场配电箱 3B6Q2 至校验点的电压损失：      U U U 380 14.30% 26.92 B2 B B1 =27.42(V)

2.5.3 载流量校核

原供电系统相线为 3 根 YJV3×185 电缆并行沿桥架敷设，从 1#低压配电中心供至现场动力配电箱3B6Q2，单根电缆长度 295m。由 3B6Q2 分三路供电至滑触线，每一路均为 3 根 YJV3×185 电缆并行使用，参照《电线电缆常用数据速查手册》（**节，P53），电缆的允许载流量需满足：

KI I N C ≥式中，K 为综合校正系数，K=Kt×K1×KA；IC为计算电流，由前计算可知，四台起重机时为 774A；环境温度校正系数： m 2tm 1θ θ Kθ θ   ；θm=90℃,θ1=40℃，θ2=36.7+5=41.7℃（工厂所在地*热月平均*高温度 36.7℃，室内再加 5℃），Kt=0.98；空气中并列敷设电缆载流量的校正系数，桥架单层敷设，K1=0.8（叠置电缆层数 1）；多根电缆并列使用的安全系数 KA，经验数据，取为 0.85～0.9；IN为电缆在标准敷设条件下的额定载流量，410A（P56）。

3 根电缆并列使用，KA取为 0.9，则 KIN=0.98×0.8×0.9×3×410=868A≥IC=774A。

由于起重机上绝大部分负荷均为电机负荷，单相负荷极少，因而，中性线的载流量不再校验。由上可见，电缆载流量是足够的。

另外，滑触线的安全载流量为 1000A。由 2.3 的计算可知，增加起重机后，系统的计算电流为 774A，可见，系统的计算电流仍在电缆、滑线的的安全载流量范围内。

3 供电扩容方案

中间库扩大后，库区通过的货物量、起重机数量及滑线长度都有所增加。从上面的核算可知，原有供电系统已不能满足使用要求了。因而，需对起重机的供电系统进行扩容改造。

由 2.5.2 节的计算可见，增加起重机后，电缆及滑线上的电压损失分别为 26.92V 和 27.42V，即供电电缆与滑触线上电压损失均较大。降低电压损失的具体措施如下：

（1）在 1#低压配电室至现场配电柜 3B6Q2 间，加敷一条与原有电缆相同规格的并联电缆 YJV 0.6/1kV(3×185)，以降低电缆部分的电压损失并增加其载流量。需注意的是，新增电缆的参数应与原有电缆尽量一致，以减少载荷分配不均的问题。

（2）在⑫～⑱轴线间设辅助电缆 YJV 0.6/1kV 2(3×185)，辅助电缆载面略大于滑线载面，以便负荷分配更平衡一些。具体见表 4。

4 改造后电压损失核算

改造后的供电系统图详见图 3，其校验荷载加载点取为 Z８段滑线的中点 T2：

3 I Z 173 1143 1.90 10 U %380 380       =9.89(%)可见按此方案改造后，系统电压损失在规范要求的范围之内。

5 滑线稳定性校核

5.1 短路电流计算

滑线供电系统图如图 5 所示。采取欧姆法计算系统 K1（3）的短路电流。

5.1.1 各元件电抗值

高压断路器 Q1：120WVACX 321250

A 查资料，可得其分断电流 Ioc=31.5kA，因而S 3I U 1.732 31.5 10.5 573 MVA OC OC N     

5.2 滑线抗弯模量计算

滑线安装方式如图 4 所示，由于是水平并列布置，因而，需计算其相对 X 轴的抗弯截面模量。滑线的断面如图 7 所示，则其抗弯截面模量：

X 3XMAXI 16406.39 W 2343.77(mm ) Y 14   =2.34cm3

5.3 滑线稳定性

原设计的滑线支架间距为 1.5m。滑线支架间的距离应小于 Lmax：x max 2 2kk δ W a 10 12740 2.34 10 L1.732I 1.732 24.33       

=170.72(cm)>1.5m式中，Lmax——支持点间距离（cm）；

Ik——允许的三相短路冲击电流值（kA）；

a——滑触线的相间距离（cm），a=10cm；

δ——滑触线材料的*大应力（N/cm2），δ=12740N/cm2；Wx——抗弯矩（cm3），Wx=2.34cm3。

可见，满足滑线支点设置是满足其稳定性的要求的。

6 结论

自从 2012 年 6 月改造完成，中间库天车的运行已达到甚至超过设计工况，运行结果是：

（1）从没发生起重机因线路压损失太大，而导致欠压脱扣动作，或者变频器报欠压故障的现象。

（2）没发生因增设电缆与原有电缆分流不均，导致部分电缆过热的现象。

可见，这一扩容改造是成功的。