技术丨辊压机钢渣粉磨系统供配电系统设计

引言

某大型钢铁企业新建3×60万t辊压机钢渣粉磨生产线。根据工艺的划分可分为原料上料系统、原料配料系统、烘干及粉磨系统、成品储存及发送；根据工艺的划分及总图的布置，设置一座10kV电力室及三座低压配电室，三座低压配电室分别为上料电力室、配料成品电力室及粉磨电力室。这是一个变废为宝的相对大型的项目，不仅要选择先进的工艺，也要对供配电系统做好科学合理的设计，为项目效益最大化奠定基础。

辊压机钢渣粉磨生产线采用10kV双电源进线、10kV系统采用单母线分段接线方式，两路分列运行，中间设母联开关用于手动/自动联络，当一条线路故障，另外一条能满足全部负荷。供配电系统分为中压配电系统和低压配电系统。其中，中压辊压机电机6台，功率为4台1600kw及2台2000kw，中压主排风机电机3台，功率为2台1000kw及1台1120kW。

根据计算，上料系统采用一台SCB13-1250kVA变压器，粉磨系统采用二台SCB13-2000kVA变压器，配料成品系统采用一台SCB13-1600kVA变压器，中压系统图如图1。

图1 中压系统图

2.1 中压无功补偿

为改善大容量电机的电能质量，在10kV母线段设置自动投切的电容器作无功补偿。根据计算，当功率因数为0.95时，10kVⅠ段和Ⅱ段需要补偿的实际无功功率分别为1200kvar、1800kvar。根据《工业与民用配电设计手册》第四版，计及运行电压与额定电压的差异和电抗器的无功损耗，并联电容器的实际输出容量可按公式(1)计算，本项目中电抗器的电抗率取6％，电容器装置的额定电压取11/以√3kV：

由此可得，10kVⅠ段需要补偿的额定无功功率约为1400kvar。同理，当Ⅱ段需要补偿的实际无功功率为1800kvar时，额定无功功率约为2000kvar。采用电容器与电抗器构成无功补偿回路，多组投切，Ⅰ段母线分组容量为200kvar、600kvar、600kvar，Ⅱ段母线分组容量为200kvar、900kvar、900kvar，可以用较少的分组数达到多级的分步补偿。

2.2 短路电流

电源引自厂区内部110/10kV变电站，根据业主提供的资料，110/10kV变电站最大运行方式：短路电流Imax=20kA；最小运行方式：短路电流Imin=13.8kA。按最大短路容量进行计算。利用标幺值计算，其中，取Sj=100MVA，Vj=10.5kV。

110/10kV变电站至本项目变电站的距离为0.8km，供电电缆为YJV22-8.7/10-3×(3×240)。根据《手册》，计算结果如下：系统的电抗为：X₀=0.275，10kV中压电缆的电抗为：X₁=0.021，2000kVA变压器的电抗为：X₂=3，变压器主回路标幺值等值电路如图2所示。

图2 变压器主回路标幺值等值电路

计算可得，K₁点短路电流为18.581kA，K₂点短路电流为43.78kA。

又考虑中压异步电机向短路点K₁提供短路电流，其中1600kw辊压机电机的额定电流为112A，2000kW辊压机电机的额定电流为141A，则：

根据上述短路电流计算结果，10kV选择额定开断电流25kA的真空断路器；0.4kV选择额定开断电流50kA的断路器，可以满足要求。

3.1 低压配电系统

粉磨系统设置二台变压器，主接线采用单母线分段运行方式。正常时变压器分列运行，两段母线间设母联开关。当其中一台变压器故障退出运行时，母联开关手动投入，由另一台变压器担负两段母线所有重要负荷。上料系统、配料成品系统各设置一台变压器，用于上料系统、配料成品系统等负荷的供电。

3.2 变配电所的布置

变配电所要考虑深入负荷中心，又由于受场地的限制，粉磨系统电力室采用二层结构布置，首层为变压器、低压配电柜、收尘器单机柜及DCS柜。二层为10kV中压柜、变频柜及水阻柜。由于二层为10kV中压电力室，需充分考虑10kV中压柜的载荷。上料电力室、配料成品电力室为单层布置，分别位于上料系统及配料成品附近。

3.3 电缆敷设

由于厂区地下水位较浅，本项目全厂采用电缆梯式桥架敷设。从上到下分别是中压电缆、低压电力电缆、控制电缆。采用电缆桥架的规格为600×150、400×100、200×100。电缆总截面积与桥架内横断面积的比值，电力电缆不应大于40％，控制电缆不应大于50％。

辊压机钢渣粉磨项目不仅可以使钢渣变废为宝，为钢铁企业创造可观的经济效益，还可节约了大量不可再生的资源，这符合我国经济走可持续发展道路的国家战略。针对这样的工程，一方面在工艺上要选择低能耗高效益的粉磨工艺，另一方面还得做好供配电方案的设计，设计负荷分析、中压无功补偿、短路电流计算、低压配电系统、变配电所布置、电缆敷设等方面，这是做好辊压机钢渣粉磨系统供配电系统设计的要点。设计中，一定要结合现场实际，不可想当然，比如地下水位、场地空间等等。

作者：任备，李伟，曹月仙，孙大钊

来源：《中信重工工程技术有限责任公司》

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