引言

某大型鋼鐵企業新建3×60萬t輥壓機鋼渣粉磨生產線。根據工藝的劃分可分為原料上料系統、原料配料系統、烘干及粉磨系統、成品儲存及發送；根據工藝的劃分及總圖的布置，設置一座10kV電力室及三座低壓配電室，三座低壓配電室分別為上料電力室、配料成品電力室及粉磨電力室。這是一個變廢為寶的相對大型的項目，不僅要選擇先進的工藝，也要對供配電系統做好科學合理的設計，為項目效益最大化奠定基礎。

輥壓機鋼渣粉磨生產線采用10kV雙電源進線、10kV系統采用單母線分段接線方式，兩路分列運行，中間設母聯開關用于手動/自動聯絡，當一條線路故障，另外一條能滿足全部負荷。供配電系統分為中壓配電系統和低壓配電系統。其中，中壓輥壓機電機6臺，功率為4臺1600kw及2臺2000kw，中壓主排風機電機3臺，功率為2臺1000kw及1臺1120kW。

根據計算，上料系統采用一臺SCB13-1250kVA變壓器，粉磨系統采用二臺SCB13-2000kVA變壓器，配料成品系統采用一臺SCB13-1600kVA變壓器，中壓系統圖如圖1。

圖1 中壓系統圖

2.1 中壓無功補償

為改善大容量電機的電能質量，在10kV母線段設置自動投切的電容器作無功補償。根據計算，當功率因數為0.95時，10kVⅠ段和Ⅱ段需要補償的實際無功功率分別為1200kvar、1800kvar。根據《工業與民用配電設計手冊》第四版，計及運行電壓與額定電壓的差異和電抗器的無功損耗，并聯電容器的實際輸出容量可按公式(1)計算，本項目中電抗器的電抗率取6％，電容器裝置的額定電壓取11/以√3kV：

由此可得，10kVⅠ段需要補償的額定無功功率約為1400kvar。同理，當Ⅱ段需要補償的實際無功功率為1800kvar時，額定無功功率約為2000kvar。采用電容器與電抗器構成無功補償回路，多組投切，Ⅰ段母線分組容量為200kvar、600kvar、600kvar，Ⅱ段母線分組容量為200kvar、900kvar、900kvar，可以用較少的分組數達到多級的分步補償。

2.2 短路電流

電源引自廠區內部110/10kV變電站，根據業主提供的資料，110/10kV變電站最大運行方式：短路電流Imax=20kA；最小運行方式：短路電流Imin=13.8kA。按最大短路容量進行計算。利用標幺值計算，其中，取Sj=100MVA，Vj=10.5kV。

110/10kV變電站至本項目變電站的距離為0.8km，供電電纜為YJV22-8.7/10-3×(3×240)。根據《手冊》，計算結果如下：系統的電抗為：X₀=0.275，10kV中壓電纜的電抗為：X₁=0.021，2000kVA變壓器的電抗為：X₂=3，變壓器主回路標幺值等值電路如圖2所示。

圖2 變壓器主回路標幺值等值電路

計算可得，K₁點短路電流為18.581kA，K₂點短路電流為43.78kA。

又考慮中壓異步電機向短路點K₁提供短路電流，其中1600kw輥壓機電機的額定電流為112A，2000kW輥壓機電機的額定電流為141A，則：

根據上述短路電流計算結果，10kV選擇額定開斷電流25kA的真空斷路器；0.4kV選擇額定開斷電流50kA的斷路器，可以滿足要求。

3.1 低壓配電系統

粉磨系統設置二臺變壓器，主接線采用單母線分段運行方式。正常時變壓器分列運行，兩段母線間設母聯開關。當其中一臺變壓器故障退出運行時，母聯開關手動投入，由另一臺變壓器擔負兩段母線所有重要負荷。上料系統、配料成品系統各設置一臺變壓器，用于上料系統、配料成品系統等負荷的供電。

3.2 變配電所的布置

變配電所要考慮深入負荷中心，又由于受場地的限制，粉磨系統電力室采用二層結構布置，首層為變壓器、低壓配電柜、收塵器單機柜及DCS柜。二層為10kV中壓柜、變頻柜及水阻柜。由于二層為10kV中壓電力室，需充分考慮10kV中壓柜的載荷。上料電力室、配料成品電力室為單層布置，分別位于上料系統及配料成品附近。

3.3 電纜敷設

由于廠區地下水位較淺，本項目全廠采用電纜梯式橋架敷設。從上到下分別是中壓電纜、低壓電力電纜、控制電纜。采用電纜橋架的規格為600×150、400×100、200×100。電纜總截面積與橋架內橫斷面積的比值，電力電纜不應大于40％，控制電纜不應大于50％。

輥壓機鋼渣粉磨項目不僅可以使鋼渣變廢為寶，為鋼鐵企業創造可觀的經濟效益，還可節約了大量不可再生的資源，這符合我國經濟走可持續發展道路的國家戰略。針對這樣的工程，一方面在工藝上要選擇低能耗高效益的粉磨工藝，另一方面還得做好供配電方案的設計，設計負荷分析、中壓無功補償、短路電流計算、低壓配電系統、變配電所布置、電纜敷設等方面，這是做好輥壓機鋼渣粉磨系統供配電系統設計的要點。設計中，一定要結合現場實際，不可想當然，比如地下水位、場地空間等等。

作者：任備，李偉，曹月仙，孫大釗

來源：《中信重工工程技術有限責任公司》

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