韩 亮(中国恩菲工程技术有限公司,北京100038)

1 前言

有色矿山企业的低压配电电压通常采用380 V,然而对于一些特定的车间,单台设备功率大且数量较多、低压用电负荷相对较大,使用660 V 电压更具优势。国内煤炭行业自20 世纪80年代开始便逐步推广使用660 V 系统,目前新设计的选煤厂也多采用660 V 配电系统[1],因此在有色矿山推广使用660 V 作为低压配电电压必要且可行。

某有色金属选矿厂磨浮车间安装低压用电设备68 台,总功率约5 000 kW,其中75 kW 及以上用电设备34 台,总功率约4 000 kW。尽管采用380 V 供电具有工艺用电设备配套方便、符合常规设计习惯、便于运营单位统一管理的优点,但对于该车间部分设备采用660 V 供电则可增加供电距离、降低配电系统损耗、减少电缆消耗,尤其是该厂房大功率用电设备相对较多、总功率规模较大,采用660 V 的优势更加明显。考虑到部分成套用电设备只能采用380 V供电、照明电压也需要单相220 V 供电,因此设计采用380 V 和660 V 两个电压等级对车间低压用电设备供电。

2 有关低压配电电压的规范要求

关于低压配电电压选择的有关国家标准规范如下:

(1)GB/T 156—2017《标准电压》规定的低压交流系统标称线电压有380 V、660 V[2]。

(2)GB 50070—2020《矿山电力设计标准》规定选矿厂低压配电电压宜采用660 V,中小型选矿厂可选用380 V[3]。

(3)GB 50359—2016《煤炭洗选工程设计规范》规定低压宜采用660 V、380 V,中型及以上新建选煤厂宜采用660 V[4]。

3 采用660 V 的优势分析

该磨浮车间安装低压用电设备总功率约5 000 kW,其中75 kW 及以上用电设总功率约4 000 kW,若采用660 V 供电,同380 V 相比额定电流降为0.577 倍,可明显降低电缆截面,同时降低了线路损耗。

3.1 降低电缆截面

以某台200 kW 搅拌槽为例,采用380 V 时的额定电流约为362 A,采用660 V 时额定电流约为209 A,即使不考虑线路压降和起动校验,仅按电缆载流量选择,二者电缆分别为YJV-0.6/1 kV 3 ×185 +1 ×95 mm2、YJV-0.6/1 kV 3 ×95 +1 ×50 mm2,其报价分别为355 元/m、184 元/m,660 V 供电时的电缆费用约为380 V 的52%。另外,对于同一电动机采用380 V 供电比660 V 更不利于起动且线路压降更大,380 V 可能需要额外增加电缆截面,因此,相比于380 V,使用660 V 可以明显减少电缆费用。

3.2 降低线路损耗

上述200 kW 搅拌槽电机电缆长度约93 m,按100 m 估算搅拌槽电机在额定电流下的电缆线路损耗(380 V 使用185 mm2铜芯电缆,每千米电阻为0.095 Ω;660 V 使用95 mm2铜芯电缆,每千米电阻0.185 Ω)[5]:

380 V:ΔP=3I2R=3(362A)2×(0.095 Ω/km×0.1 km)=3.735 kW

660 V:ΔP=3I2R=3(209A)2×(0.185 Ω/km×0.1 km)=2.424 kW

计算可得,660 V 供电时的线路损耗约为380 V的65%。

通过以上分析可以看出,采用660 V 供电在减少电缆费用和降低线路损耗方面具有明显优势。

4 用于660 V 系统的电气设备及电缆

采用660 V 供电后,380 V 系统常用电气设备及电缆是否能够继续使用,电气设备成本变化如何,分析如下。

4.1 电缆

380 V 系统的动力电缆一般采用YJV-0.6/1 kV 系列交联聚乙烯绝缘电力电缆,绝缘水平0.6/1 kV。根据GB 50217—2018《电力工程电缆设计标准》的规定,用于660 V 系统时,对于中性点直接接地或经低电阻接地系统,接地保护动作不超过1 min切除故障时,不应低于100%的使用回路工作相电压,即绝缘水平不低于380/660 V;对于单相接地故障可能超过1 min 的供电系统,不宜低于133%的使用回路工作相电压,即绝缘水平不低于506/660 V;对于在单相接地故障可能持续8 h 以上,或发电机回路等安全性要求较高时,宜采用173%的使用回路工作相电压,即绝缘水平不低于660/660 V。

因此除了单相接地故障可能持续8 h 以上,或发电机回路等安全性要求较高时,660 V 系统均可以使用绝缘水平为0.6/1 kV 的电缆。

4.2 电动机

根据国内某厂家提供的信息,以110 kW 四极电动机为例,用于额定电压380 V 和660 V 时电机的效率等基本技术参数均相同、市场价格也相同。

4.3 低压断路器

以国内某知名品牌断路器为例,其主流框架断路器全系列均可用于380 V 和660 V 低压系统,额定绝缘电压、额定冲击耐受电压、工频耐压等参数均相同,分别为1 000 V、12 kV、3 500 V,但部分参数略有差异,比如1 600 A 产品,额定短路分断能力分别为55 kA、42 kA,电气寿命分别为6 500 次、3 000 次。

该品牌主流塑壳断路器全系列均可用于380 V和660 V 低压系统,额定绝缘电压、额定冲击耐受电压等参数均相同,分别为800 V、8 kV,但分断能力差别较大,其125 A 产品共有四种不同分断能力级别,380 V 和660 V 时的额定运行短路分断能力最高分别为150 kA、25 kA,最低分别为50 kA、10 kA。

4.4 低压配电柜

国内多家低压成套厂均可以生产380 V 和660 V通用的低压配电柜,具体参数为额定绝缘电压为1 000 V、额定工作电压为690 V、额定冲击耐受电压为8 kV。但也有部厂商声称其额定绝缘电压标注为690 V 的产品也可用在660 V 低压系统。

4.5 变压器

国产660 V 变压器产品十分成熟,以SCB 系列干式变压器为例,10 kV/0.69 kV 和10 kV/0.4 kV两种产品尽管低压侧电压不同,但其绝缘水平均相同,厂家报价也相同,采用660 V 不会增加变压器投资,而且电压提高到660 V 后,单台变压器容量增大了,同380 V 相比反而减少了变压器台数,进而减少了高压设备的投资。

5 磨浮车间低压配电电压选择

根据以上分析计算,低压配电电压采用660 V可以明显减少电缆用量、降低系统损耗,而且主要电气设备和电缆均与380 V 通用,采用660 V 供电基本不会增加设备方面的投资,所以应该优先采用660 V。

鉴于这一结论,该磨浮车间最终采用了380 V和660 V 两种低压配电电压。两种电压的选择主要根据设备功率、设备类型等确定,基本原则是除了照明类、检修类、部分成套电控类等必须采用380 V 的设备以外,其他设备均采用660 V。

6 结论

低压配电电压采用660 V,可以降低供电电流,节省电缆投资,降低配电系统的损耗,而且660 V 电气设备大多可与380 V 通用,并不会增加太多设备投资。采用660 V 既可以降低工程初期投资,又能节省工程投产后的运行费用,符合绿色节能矿山的设计理念,而且660 V 在煤炭系统已应用多年,所以十分有必要在有色矿山企业中积极推广应用。本文介绍了工程设计阶段磨浮车间低压配电电压的选择过程,并指出在设备较多、功率较大的车间适合采用660 V 供电,但这一结论是以特定工程为例,是否适合其他类似工程还有更多需要考虑的因素,比如某工程建设单位就明确要求低压配电电压只能采用380 V。