炼钢厂新建二次资源生产线的低压供配电系统设计与应用_杨鹏.pdf

第 24 卷 第 6 期 2023 年 6 月 电 气 技 术 Electrical Engineering Vol.24 No.6Jun.2023 炼钢厂新建二次资源生产线的 低压供配电系统设计与应用 杨 鹏（重庆赛迪热工环保工程技术有限公司，重庆 400050）摘要 目前，炼钢厂环保治理问题突出，为实现固废二次资源循环利用、钢厂“固废不出厂”城市钢铁生态圈的愿景，对低锌类二次资源以均质化方式处理最为理想。基于此，本文对参与二次资源生产线均质化处理过程的低压设备从供电需求、用电负荷、控制等方面进行分析论述，以变频器、孤岛式电动机保护器等电气保护元件的综合运用实现对现场恒速电动机、变频调速电动机等设备的最优节能控制，选配以太网、光纤网络通信协议实现后台上位机的远程控制和监视。系统在以往项目中的成功应用表明，本文提出的低压供配电系统方案，可为钢铁企业参与均质化生产建设提供参考，有助于炼钢厂实现数字化管理。关键词：均质化生产线；低压供配电系统；孤岛式电动机保护器；恒速电动机；数字化 Design and application of low-voltage power supply and distribution system for new secondary resource production line in steel mills YANG Peng(CISDI Thermal&Environmental Engineering Co.,Ltd,Chongqing 400050)Abstract The environmental protection problem of steel mills is prominent.In order o realize the vision of recycling the solid waste secondary resources and the urban steel ecosystem of“solid waste does not leave the factory”of steel mills,it is the most ideal way to treat low zinc secondary resources in a homogenization manner.Based on this,this paper analyzes the low-voltage equipment participating in the homogenization process of secondary resource production lines from the aspects of power supply demand,power load and control,etc.The comprehensive application of electrical protection components such as frequency converter and island-type motor protector realizes the optimal energy saving control of the fixed-speed electric motor frequency conversion speed adjustment motor and other equipment,matching the Ethernet,optical fiber network communication protocol and the remote control and monitoring.With the successful application in previous projects,the design scheme of low-voltage power supply and distribution system proposed in this paper has a certain guiding significance for steel enterprises to participate in the equalization of production and construction.It also helps the steel mills to achieve digital management.Keywords：homogenized production line;low-voltage power supply and distribution system;island-type motor protector;fixed-speed electric motor;digitization 0 引言 目前，我国炼钢厂存在含铁固废种类多而杂的问题，对于不同形态、成分、粒度的尘泥，直返生产、加工返产或金属资源深加工利用等处置方式存在种类多、成分波动大、水分波动大、粒度分布不均等问题，对混匀、烧结工序的影响很大。将不同形态、成分、粒度、水分二次资源料尘泥混合调质，稳定水分、成分和粒度分布，将各种二次资源料整合成为烧结工序能使用的原料1，钢铁行业清洁生80 电 气 技 术 第 24 卷 第 6 期 产评价指标体系要求含铁尘（泥）回收利用率100%，这种均质化处理方式成为低锌类尘泥固废最合理的处置手段2-4。1 现状分析 新建二次资源均质化生产线的目的在于对低锌类二次资源及少量危废进行均质化处理后参与混匀配料5，对二次资源进行充分循环利用，减少对社会环境的污染6-8。因此，针对炼钢厂内均质化处理的工艺流程设施，如抓举行车、料斗、圆盘、胶带机、强力混合机、螺旋给料机及除尘风机等用电设备，设计出能够满足全线生产用电负荷、全线节能减排、全线连续运转稳定可控的供配电方案至关重要。低压供配电方案应能充分考虑电气室的负荷分配能力；考虑是否能对现场用电设备进行在线监测、保护和控制；考虑距离较远的转运站内低压电动机起动方式；统计分析各转运站楼内实际照明度并根据实际情况设计选型照明灯具；考虑大跨度通廊皮带机上检测元件信号的控制与传输方式；考虑对满足所需性能指标的固废除尘器、强力混合机等所需现场机电一体设备的传动控制方式，性能指标一般由主体专业提供，电气专业负责传动和控制。新建二次资源生产线实际所需设备的控制、检测、监测等反馈信号充分利用现代网络通信技术，由集控中心统一调度监管，实现低锌类固废全部返生产利用，满足钢铁厂生产高效、节能及超低排放环保要求。目前，国内众多炼钢厂还不具备对低锌 类尘泥固废原料进行均质化处理的能力，因此本文所提出的供配电系统设计方案可为炼钢厂新建二次资源均质化处理生产线提供思路。2 主要技术思路 2.1 用电需求及电气构筑物选址分析 根据新建均质化处理生产线的要求，先由固废、通风、给排水等主体专业提交各专业用电设备负荷清单，电气专业按照各类电气设备的需要系数法确定计算负荷，编制负荷计算书，计算公式如下。有功功率为 jsYx s()PKK P=（1）无功功率为 jsWxs(tan)QKK P=（2）视在功率为 22jsjsjsSPQ=+（3）计算电流为 jsjse3SIU=（4）式中：Ps为用电设备组的设备功率（kW）；Kx为需要系数，可查表；tan 为功率因数角的正切值，可 查表；YK、WK分别为有功功率、无功功率的同时系数，取值范围分别为 0.850.95、0.93 0.97；Ue为额定线电压（kV）。低压用电设备负荷计算书见表 1。表 1 低压用电设备负荷计算书 台数 设备容量/kW 计算系数 计算负荷 用电设备名称 工作 备用 单台 工作备用Kx cos tan P30/kW Q30/kvar S30/(kVA)除尘风机 1 220 220 0.8 0.88 0.54 176.00 95.0 200.0 强力混合机 1 250 250 0.8 0.88 0.54 200.00 108.0 227.2 圆盘给料机 3 15 45 0.8 0.88 0.54 36.10 19.5 41.0 清灰转运装置 4 3 12 0.8 0.80 0.75 9.60 7.2 72.0 1 号胶带机 1 45 45 0.8 0.80 0.75 36.00 27.0 45.0 2 号胶带机 1 110 110 0.8 0.85 0.62 88.00 54.5 103.5 3 号胶带机 1 75 75 0.8 0.80 0.75 63.75 47.8 79.7 4 号胶带机 1 37 37 0.8 0.80 0.75 29.60 22.2 37.0 合计 13 794 0.85 575.20 362.1 679.7 由表 1 负荷计算书可知：Ps=794kW，Pjs=575.20kW，Qjs=362.1kvar，Sjs=679.7kVA。确定计算负荷之后，考虑在低压电气室内设置10kV/0.4kV 变压器。若需设置两台变压器，则变压器低压侧采用单母线分段接线方式，正常运行时，分段断路器断开，母线分段运行；当一回电源故障2023 年 6 月 杨 鹏 炼钢厂新建二次资源生产线的低压供配电系统设计与应用 81 或检修时，将该进线断路器断开，分段断路器合闸，由另一回电源供电，备用电源容量按 100%负荷考虑，从而保证供电电源可靠性。低压供配电系统如图 1 所示。图 1 低压供配电系统 电气室选址要尽量靠近用电负荷中心，兼顾生产运行和检修方便，且室内空间留有一定余量以备新增电气设备的安放；电气室内配套的操作室可不设置在现场，各类信号输入与输出由集控中心统一完成。工程实例中电气室布置如图 2 所示。在实际工程中，转运站之间的距离较远，一般从几十米到上百米；皮带机上转运皮带的运动范围为几十米到上千米。因此，在示例图 2 中的区域 2 范围内，转运站中的皮带机电动机都由高压供电，或者取电于转运站附近的电源点，为了此段皮带机能够达到远距离转运原料的目的，电动机功率可达 110kW 以上；区域 1 范围内的用电设备低压供配电线路控制在350m 范围内较为合理，供电距离较远会使供电线路阻抗、终端电压降增大，造成钢铁企业投资成本预算有较大增加。图 2 工程实例中电气室布置 用电负荷通常集中在原料堆场、混合间、洗车台等原料转运的起始区域，此后各转运站内有且仅有皮带机、照明、检修等分散设备用电。固废除尘区域内的设备供配电要根据实际情况判断是否在该区域内增设电气小房，以满足除尘器、除尘风机、灰仓缷灰阀、仪表检测等现场设备用电和监控需求，减少对远距离供电线路的投资；现场设备的监控信号汇集在本地，通过光纤或以太网的网络通信方式可与主站 IO（input output）柜、远程站 IO 柜、集控中心等地实现闭环监控。2.2 低压传动柜设计分析 1）低压传动柜柜型设计 低压传动电动机控制中心（motor control center,MCC）柜一般有固定式、固定分隔式、抽屉式三种柜型，每种柜型有其各自的优缺点。固定柜安装维护方便、分段能力强、散热性能好、动稳定性强，但回路少、单元之间不能任意组合、不能与计算机联络；固定分隔柜安全可靠、容纳回路数较多、节省占地面积、防护等级高、维修方便9，但同样不能与计算机联络；抽屉柜采用标准模块设计，结构82 电 气 技 术 第 24 卷 第 6 期 通用性强、安装灵活、技术性能高、压缩场地、装配方便。本文的低压柜设计采用抽屉式开关柜，但抽屉柜内控制回路只占本模（本隔）宽度的 3/5 左右，若是配电回路所占空间为本模宽度的 4/5，需要留一部分空间用于电动机保护器的触摸屏安装、便于上下控制回路电缆和通信连接用的网线敷设，以及后期检修维护使用；同时，有足够的空间利于散热，相比严格按照抽屉柜来设计，也会节省材料，柜内、柜外布置都很美观。通过此方案的成功应用可知，该方案在满足安全防护、散热性能、检修方便、占地