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浅析电气控制柜工艺设计的重要性

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摘要:随着我国经济发展势头良好,尤其是“一带一路”倡议的实施与推进,使我国电气产品不断“走出去”。随着海外市场的不断扩大,国际用户对产品的质量要求越来越高,其中就包括工艺要求。我国长期以来由于缺乏系统设计、人体工程学设计思想,电气产品在外观、整体布局、加工精度等方面与工业发达国家相比有一定差距。同时由于国内与国外许多工艺方面标准不同,会产生一些冲突,因此如何适应国际市场的这些需求变化,提高我国电气产品形象与知名度,是个需要认真思考的论题,本文作者多年从事机电工程施工管理与电气控制柜的出口设计管理工作,特写下此文,希望能对同行,特别是从事海外产品设计人员起到借鉴作用。

关键词:电气产品;设计;工艺

1引言

工艺就是把原材料、半成品变成产品的手段和过程,它是实践经验的理论化。电气控制柜原理图设计的好坏决定了其实用性、先进性和自动化程度,而工艺设计则决定了电气控制设备的制造、使用、维修等的可行性,直接影响电气原理图设计的性能目标及经济技术指标的实现。因此,产品的工艺设计和原理图设计同等重要。电气控制柜的工艺设计包括结构工艺设计、电气工艺设计、装配工艺设计、包装工艺设计,本文将从这几个方面进行论述。

2结构工艺设计

电气产品的结构设计除了应满足使用功能、基本规范要求(如机柜通用技术条件[1]、相关验收规范[2]、电气设备安全技术规范[3])外,还应同时满足结构工艺性要求,例如:降低材料和能源的消耗,减少生产工艺准备、制造、修理和技术服务时间,其中国际用户对产品检修维护方便性要求很高。下面仅对出口项目应注意事项进行阐述。

2.1结构装置、调整和维修的可行性

结构的工艺设计应首先以不防碍检修为前提,在图1中可以看出电阻器的位置与其正前方的铜排有冲突,一旦出现需更换电阻的时候,更换将会十分困难。现代国际主流产品工艺设计都考虑了带电检修要求,如图2中ABB的电气设备柜体里的整流桥部分设计成了一个整体可抽出式组件,在运行中如果出现故障可先让备用整流桥继续运行,然后将故障整流桥带电进行整体抽出检修。图2中抽出式模块抽出后在宽敞的空间里检修,给用户检修维护带来方便。这种整体抽出式结构类似于MNS开关柜的抽屉式结构,但又不同,因为其他不同功能的器件也实行了抽出式结构,如下面的散热风机也是抽出式结构,所有这些都是为了满足不停电检修要求。我国电气产品应往这方面发展,即在充分考虑散热、安全的前提下,尽量将多种功能的器件组合成一个整体抽出式组件模块,以利于带电检修。现代技术不停发展,已有很多国际项目招标时明确提出带电可抽出式检修的要求。

2.2材料的经济性

电气控制柜关键器件的排列对材料的经济性起到一定作用。以可控硅励磁控制柜为例,全控桥有6个可控硅,交流输入与直流输出电流都较大,须使用铜排连接,根据工作经验,双整流桥时,单桥的6个可控硅正极输出的3个可控硅放在负极输出的3个可控硅上面比与之相反的排列将节省1/3的铜排使用量,同时由于铜排覆盖面积小,从美观上也大大改善。因此良好的结构工艺设计在一定程度上节约材料,降低生产成本。

2.3空间冗余性

考虑完安全、散热等问题后,结构布置上应尽量留有余量,因为现场实际情况复杂,特别是出口项目,有时柜体抵达现场后,在调试过程中用户有可能会临时变更设计,要求增加器件,如果结构设计时未考虑留有余量则会造成现场无法增加器件的局面。

2.4对现场环境的适应性

2.4.1湿度有些国家电站离海边近,现场环境潮湿,柜体易锈蚀,因此工艺设计中应考虑相关防护措施,如要求柜体所有螺丝采用不锈钢螺丝,铜排要求镀镍而不是常用的镀锡等。

2.4.2小动物有些项目的柜体运到现场安装后,过很长一段时间才会投入运行,停放期间一些小动物,比如老鼠进入柜体咬坏电线,有个尼泊尔电站的柜体在存放期间进入了老鼠,老鼠从柜底电缆入口处进入将ABB开关的控制线咬坏,由于在保修期内,最后只得派人去现场重新走线,十分费时费力,后来在一些国际项目工艺设计中我们就要求在柜体底部电缆进出口采用如图3所示的格兰头方式,格兰头良好的可调节紧固密封性使电缆进入柜体后能良好密封完整,既可防动物也可防水滴进入。

2.4.3现场特殊布线国内进出线通常都是下进下出,电缆都从电缆沟穿过,国外新建电站也大多如此,但一些国外的老电站改造时,因为现场地板太薄不可能再开挖走线,只能上进上出。例如阿富汗KAJAKI项目现场电缆就是上进上出,生产前期因和对方进行了大量沟通,所以已提前知道这个情况,在进行柜体生产时专门做了一个进线柜用以进出粗电缆,投入运行后用户十分满意。图4从左至右第3个柜体即为专门增加的进线柜。

2.5走线槽布置

尽量多布置走线槽,图5所有线进了线槽后看起来美观整齐,而图6由于没事先布置走线槽,走线显得十分凌乱,毫无美感可言。

3电气工艺设计

电气工艺设计也称施工图设计,主要内容是电气控制柜的总体配置、总接线图。具体要求在国标[2]里有,这里不一一细说,只针对出口项目应注意的事项进行阐述。

3.1铜排及电线颜色要求

国内制造厂对于电气控制柜交流电线颜色通常都使用黑色,或者按照国标[4]要求使用三相交流电分别对应黄、绿、红,而一些国家对这个有专门要求,且不同于国内,大都采用欧标或美标,如《IEC60446人-机接口标记和鉴别的安全和基本规则》(等同于国标GB7947[5])等,现整理出一些国家常用的颜色要求,见表1。曾经有个泰国出口项目,当时技术协议对母排颜色要求为:交流电三相分别对应红、黄、蓝。做电气工艺设计时由于未按此要求使用相应的颜色套管,导致货物抵达现场后,对方监理一定要我方按技术协议派人去现场整改,费时费力不说,还造成我们做产品不认真不负责的印象。因此出口项目做电气工艺设计时一定要考虑到细节要求。

3.2电线线径大小

电线线径大小我们一般按国标要求电流线用4mm2,控制线用1.5mm2即可,而有些出口项目会对用线线径提出专门要求,如电流线用6mm2等。在做工艺设计时要注意这些细节要求。

3.3布线

从抗干扰方面考虑,每个项目的电气工艺设计里应有详细的布线设计,即各电线走线方向及路径。如果工艺文件里没有这些详细要求,则可能出现一个项目里每套柜子由于配线人员不同,出现各个走线方向及路径不同的问题,抗干扰问题不说,起码会出现外观走线上的不一致,显得产品极不正规,因此每个项目的工艺设计文件应对此详细要求。

4装配工艺设计

4.1配线连接

装配工艺设计时一定明确要求在施工时接线要压入端头后再接入接线端子,有些工人因嫌线径较粗不好压入就直接接入端子,曾经有个出口项目就存在这个问题,结果货到现场后被当地监理检查发现并要求整改。

4.2器件标签

国内器件的标签一般只显示图纸里的器件标号,而一些发达国家电气产品在每个器件上不但清楚粘贴,还有详细的功能说明,和接线图上的器件说明对应一致,这样检修时查找会方便很多。这在工艺设计里需专门要求。

4.3电线固定理线夹

有些少量线需在没法安装线槽的地方走,这时应如图7、8所示安装固定理线夹,这样电线既能固定又走得顺直好看。

4.4器件安装距离

装配工艺设计文件里应该对手动钻孔安装的器件相对距离有专门要求:即保证器件接线美观。例如图9,此处就是左侧开关电源离左侧线槽太远,导致开关电源出线太长,不能很好进入走线槽。原因是装配工艺文件里对此没有提出专门的要求。

4.5铜排紧固后的标识

电气控制柜里铜排因为承载运输大电流的任务,铜排间接触良好性显得尤为重要,连接不良的铜排在运行时会出现连接处温度过高,无法满足温升的要求。因此装配工艺设计里应对连接螺栓标识提出明确要求,根据经验,可对生产中紧固的螺栓标识兰色,检测后的紧固的螺栓标识红色,醒目的颜色有助于提醒人们注意。

5包装设计工艺

世界各国对产品的包装都有严格的要求,出口产品包装时应认真考虑,充分了解国际贸易的相关准则及有关国家法律法规的规定和客户的要求,如阿拉伯国家规定进口商品的包装禁用六角星图案等。此外,如果客户对包装提出某些特定要求,也要根据需要和可能予以满足。其他对产品的包装方式与防护包装方法在国标里都有明确的要求[6-7],此处不一一细说。下面只对出口项目的一些注意事项进行阐述。

5.1防碰撞

有些国家电站地处偏僻,进入现场的道路十分崎岖,这时就要考虑运输过程中碰撞等安全问题,通常有以下相应的防碰撞方法。

5.1.1包装箱外箱体减震处理有箱体底部加减震层减震、箱体底部加减震球减震及箱体底部加气囊减震等方法,根据实际情况采用。

5.1.2包装箱箱体内部软包装减震考虑发泡包装减震、EPE模型减震及气袋填充减震等方法,根据实际情况采用。

5.2防腐蚀防锈

国际环境复杂,有些国家路途遥远,经过海上运输,且常年处于战乱,柜体到现场后又可能搁置很长时间,因此要做好相应防腐蚀防锈等措施,通常可采用在包装箱内放置硅胶干燥剂的方法。

5.3多柜排列标识

对于多柜体的电气控制柜,考虑现场到货后可能会出现柜体排列错误,从而导致柜间铜排连接失败,因此包装箱上要标明详细排列顺序,我局发明出图10的标记法,即在每个柜体上粘贴此标记,对应哪个柜体就在该标记对应的框框里打勾,这样一看就能明白具体哪个柜体应放在哪个位置。经过实际运作,现场未出现连接错误情况。

5.4备件里的器件标签

备件里每个器件都应清楚贴好器件标签,其英文表述须与装箱单或技术协议一致,以免产生经济纠纷。我局就曾经出现这种纠纷,一个土耳其客户,在产品发货后说缺一个备件,来函上写着是:fieldflashingdiode(起励二极管),我们翻查发货记录,原来发了这个器件,只是将这个二极管都标为:diode(二极管),而没有详细按对方要求来标明,后来去函解释后,对方表示理解接受。例子说明在发货时,备件里每个器件都应按技术协议详细贴好器件说明标签,否则容易引起对方误解。

6结语

电气控制设备的差距主要在于产品的性能价格比上,而性价比则在于技术秘密,而技术秘密许多情况下恰恰是工艺问题,因此需要重视工艺技术在科研、生产中的地位和作用,使工艺技术发挥应有的作用。没有良好的制造工艺技术,再好的产品专业设计也发挥不出应有的效果。各生产企业如果能在产品工艺设计上认真对待,认真仔细做好每一个工艺设计文件并实施,相信我国电气工业水平一定能走在世界前端。

参考文献:

[1]JB/T10324-2002电气设备机柜通用技术条件[S].

[2]GB50171-2012电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范[S].

[3]GB5226.1-2008机械电气安全机械电气设备第1部分:通用技术条件[S].

[4]GB3797-2005电气控制设备[S].

[5]GB7947-2010人机界面标志标识的基本和安全规则导体颜色或字母数字标识[S].

[6]GB/T13384-2008机电产品包装通用技术条件[S].

[7]GB/T191-2008包装储运图示标志[S].

作者:黄炜 单位:长委陆水枢纽工程局

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