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大型煉鋼廠房行車供電系統設計淺析
發布時間： 2026-02-02 點擊次數： 72次大型車間、廠房的行車供配電系統設計似簡實繁，計算方法不同、計算公式中各系數取值不同，設計方案的差異也較大。滑觸線及電纜設計選型過大會對工程投資產生極大的影響，選型過小，行車無法正常工作。所以合理地計算、選型尤為重要。結合工程設計實例對大型煉鋼廠房內高低壓行車滑觸線設計、選型進行簡要分析。
0 引言大型煉鋼廠房行車具有噸位大、數量多、環境多粉塵和高溫等特點，在其供電系統的設計中涉及行車用電負荷計算、配電開關設備的選型、供電線路壓降計算、線路敷設方式、滑觸線選型和滑觸線安裝等內容。因行車電動機功率大，供電線路長，截面積大，電纜及滑觸線的工程費用高昂，所以合理的供電設計方案對工程投資起著至關重要的作用。本文就國內某大型鋼廠轉爐車間行車供電系統設計的具體實例進行簡析。1 工藝背景煉鋼系統建設規模年產鋼水892.8萬t，主廠房內配置3座350 t頂底復吹轉爐、2套RH真空脫氣裝置、2套LATS精煉裝置和1套雙工位LF精煉爐。煉鋼車間主廠房由加料跨、轉爐跨、精煉跨、鋼水接收跨、鐵水吊運跨和脫硫跨組成，煉鋼區域主廠房外設置鋼水罐維修跨、鐵水罐維修跨。煉鋼車間起重機參數如下表所示。
2 供配電系統
2.1 負荷等級
根據《鋼鐵企業電氣設計手冊》中的規定，兌鐵水和鑄錠橋式起重機突然停電后，如不能及時恢復，會造成凝包事故，需按一級負荷供電；原料跨起重機突然停電將影響煉鋼生產，需按二級負荷供電。在轉爐車間外設有1座煉鋼110 kV/10 kV變電所，110 kV側為獨立的兩電源，下級10 kV、3 kV和0.4 kV配電系統均為雙回路、三回路供電，滿足一類負荷供電要求。
2.2 高、低壓配電系統
（1）3 kV行車配電3 kV橋式起重機由轉爐綜合樓（與煉鋼車間毗鄰）10 kV高配室內的3 kV高壓柜供電，設置兩臺10/3 kV 12 000 kV·A油浸式變壓器。10 kV、3 kV高配分別采用單母線分段，正常時兩段母線同時供電，當一段電源故障時，手動閉合母聯開關。兩路10 kV電源引自煉鋼區域110 kV變電所10 kV側兩段母線，正常時，每路電源負擔50%負荷，故障時，每路電源負擔100%負荷。10/3 kV 12 000 kV·A油浸式變壓器中性點通過接地電阻接地，接地組別為D/yn11，接地電流100 A。其優點在于可以抑制單相接地時的異常過電壓（諧振過電流），從而可以減少因系統過電壓對電動機絕緣、電纜絕緣的損傷。
（2）低壓380 V行車配電低壓行車電源引自LATS電氣室，該電氣室位于煉鋼車間中央位置，電氣室內設置煉鋼車間低壓起重機配電中心，為轉爐跨、精煉跨和鋼鐵水罐維修跨起重機供電。因精煉跨和鋼鐵水罐維修跨起重機為380 V供電，且設備功率較大，其供電電纜截面積大，電氣室布置在此可以大幅減少電纜投資，使設計更為合理。電氣室內設置兩臺2 000 kV·A干式變壓器，兩路10 kV電源引自轉爐綜合樓高配室，兩臺動力變壓器低壓側設聯絡開關，當任一路高壓電源故障時，可以通過低壓側母聯開關由另一臺變壓器負擔全部負荷，以提高供電可靠性。
3 選型計算
確定起重機計算電流的方法有很多，較常見的有二項式法、均方根電流法、利用系數法和綜合系數法等，上述四種方法中，后三種算法計算系數實測資料還都不全，國內缺乏切實的工作和數據的積累。二項式法是將負荷分為基本部分和附加部分，后者考慮了一定數量大容量設備的影響，較為適用設備數量多、電動機功率分布廣以及工作制差異大的大型煉鋼廠房行車系統電力計算，且在《鋼鐵企業電力設計手冊》中，二項式法的各項系數值較全。
3.1 用二項式法確定計算負荷（1）設備功率的確定用電設備銘牌標明的額定功率，是廠家規定工作條件下的額定輸出功率。各種設備規定的工作條件不全相同，故負荷計算時應將其換算為統一規定工作條件下的功率，即設備功率。斷續周期工作制或短時工作制電動機的設備功率，應換算到統一負荷持續率下的有功功率，其換算關系如下Ps = Pe
（1） FCeFCx= 2Pe FCe式中，Ps為設備功率，kW；Pe為電動機額定功率，kW；FCe為電動機銘牌所規定的電動機額定負載持續率；FCx為負載持續率，A4、A5為25%，A6為40%，A7、A8為60%。
（2）用二項式法確定計算負荷多個用電設備組的計算負荷如下。有功功率Pjs = (cPn )max +!bPs （2）無功功率Qjs = (cPn )max tan !n + (bPs ! tan !) （3）視在功率Sjs = Pjs2 +Qjs2 （4）計算電流| Engineering Design70 | ·基礎設施·2017年第36卷第12期Ijs = （5） Sjs3Ue尖峰電流Ijf = Ijs + （6） 2P??3Ue cos!"式中，Ps為用電設備組的設備功率，kW；Pn為用電設備組中功率最大的n臺設備的設備功率之和，n值可查表，kW；c、b為二項式系數，可查表；(cPn)max為用電設備組(cPn)項中選出的最大值，kW；tan? n為與(cPn)max對應的功率因數正切值；P主鉤為主起升電動機額定功率，kW；η為電動機效率。計算尖峰電流常用公式為Ijf＝Ijs＋KIe，K為最大一臺電動機的起動電流倍數，I e為最大一臺電動機的額定電流。因目前大型起重機電動機通常為變頻起動，起動電流不超過額定電流，所以不按起動倍數計算，但在非變頻狀態下需按常用公式計算。另外，按《鋼鐵企業電力設計手冊》所述，“實際工藝過程中有可能兩臺或兩臺以上電動機同時起動（如煉鋼車間的鑄錠跨起重機），此時應按實際可能取兩臺或兩臺以上電動機的起動電流參與尖峰電流計算"，所以本文中按兩臺行車的主起升電動機同時起動計算。（3）計算示例精煉跨行車數量及規格為3臺170/63 t行車，單臺行車裝機功率993 kW，工作組別為A7，對應的負荷持續率為60%，根據式（1）算出設備功率Ps＝1 273 kW（因主小車運行時，副小車不運行，故僅取功率大的主小車功率，副小車功率不計）。查表可得：c＝0.25，n＝3（3臺容量最大電動機的功率之和），b＝0.22，cos ? ＝0.8，效率η ＝0.9。根據式（2）～式（5）可計算出Pjs＝1 572 kW，Sjs＝1 966 kV·A，Ijs＝2 986 A。
3.2 選擇滑觸線
煉鋼廠房內常用滑觸線有安全型滑觸線和裸滑觸線兩類。安全型滑觸線是目前廣泛應用的新型滑觸線，具有結構緊湊、運行安全、供電可靠和阻抗值小等優點。安全型滑觸線的型式又包括“H"型、組合式（管式）和排式。裸滑觸線包括裸鋼材滑觸線和剛體滑觸線。裸鋼材（角鋼＋輔助電纜）滑觸線造價低，但不安全，已日趨淘汰。復合式剛體滑觸線目前應用廣泛，其載流量范圍大（500～4 500 A），結構簡單、故障率低，適用于鋼鐵廠等高溫、污染等惡劣環境。本文脫硫跨行車選用安全型滑觸線，因其電流小（Ijs＝36 A），且下方無熱源。轉爐跨行車雖然計算電流不大，但其下方有熱源，對安全型滑觸線的非金屬外絕緣殼有較大影響，即使是耐高溫式安全型滑觸線，其環境溫度也不超過120 ℃。包括3 kV行車在內，廠房內的其他位置均選用復合式剛體滑觸線。
3.3 電壓降校驗
電壓降的校驗分為滑觸線壓降和電纜壓降兩部分。首先根據計算電流初選滑觸線及電纜規格，再按尖峰電流校驗滑觸線及電纜總的電壓降不大于12%（計及機重機內部電壓損失為3%，總的電壓損失為15%）及按計算電流校驗滑觸線及電纜總的電壓降不大于5%來選擇滑觸線。當行車供電線路的電壓損失超過允許值時，可根據個體情況采取下列措施：①增大滑觸線截面積或增設輔助導線；②增加滑觸線供電點或分段供電；③增大電源電纜截面積。根據工程經驗，增加滑觸線供電點是降低線路壓降有效、經濟的方法。幾種供電位置的滑觸線計算長度及供電示意圖如圖1所示。（1）滑觸線壓降校驗滑觸線壓降表達式為!U % = （7） 3Ijf ZlAUe f !100%式中，A為滑觸線長度系數，1臺起重機系數為1，2臺系數為0.8，3臺系數為0.7；Z為滑觸線的阻抗，Ω/m，可查廠家樣本；l為滑觸線計算長度，m；f為溫度校正系數，可查表。仍以精煉跨行車為例，Ijs＝2 986 A，Ijf＝7 110 A，廠房長度446 m（即行車走行長度），當采用4點供電時，A＝0.7，f＝0.81，Z＝0.000 076 Ω/m，滑觸線計算長度l＝446/12＝37 m。當滑觸線選用TZJX－1200輔以單芯240 mm2電纜，1/12處供電的電壓降為（按計算電流計算）3.32%；1/12處供電的電壓降為（按尖峰電流計算）7.91%。（2）電纜壓降校驗電氣室至精煉跨行車走道板上配電柜的電纜長度為90 m。電纜壓降!U % = （8） 310Ue(R0 cos! + X0 sin !)Il當位于行車走道板上配電柜進線電纜選用ZRYJLHV－0.6/1 kV 6[3×1(1×500)]，配電柜出線選用ZRYJV－0.6/1 kV 5[3×1(1×500)]鋁合金電纜時，按計算電流計算的電壓降為1.61%；按尖峰電流計算的電壓降為3.84%。按計算電流計算的滑觸線及電纜總的電壓降為4.93%；按尖峰電流計算的滑觸線及電纜總的電壓降為11.75%。滿足上文中5%與12%的要求。4 滑觸線安裝4.1 滑觸線安裝滑觸線的安裝分為頂滑式、側滑式。對于剛體滑觸線，推薦采用側滑式，可以有效防止滑觸線接導電接觸面因積灰引起導電不良。H型安全型滑觸線推薦采用頂滑式，滑觸線吊裝。在以往的工程案例中，H型滑觸線側裝時發生過滑線移位的現象，因為其側裝時固定滑觸線與支架的水平安裝的螺栓承受了一個滑線向下的引力，導致鋁制滑觸線損壞，解決辦法是增設滑觸線固定支架。通常滑觸線固定支架安裝距離為1～3 m，可根據支架落腳點的實際情況結合所選滑觸線的剛性進行調整。此外，滑觸線宜與行車駕駛室同側安裝，以便于維護。對工作人員上下可能觸及的裸滑觸線段，必須設置遮欄保護；安全型滑觸線可不采取防護措施。剛體滑觸線側滑式、安全型滑觸線頂滑式安裝示意圖如圖2所示。
在剛體滑觸線的基礎上，拼加輔助電纜，可有效降低滑觸線阻抗值，安裝示意如圖3所示。
根據工作場所溫度的差異，滑觸線需考慮裝設膨脹補償（溫度補償）裝置。膨脹補償的解決主要有分散補償和集中補償兩種方法。分散補償法就是在每根標準長度（通常為6 m）滑觸線之間預留空間，伸縮空間由安裝環境溫差確定，并且在每根滑觸線上加一固定支撐點，其他支撐點采用浮動支撐。集中補償法是對某一長度滑觸線的伸縮進行集中補償，通常采用補償裝置來補償。通常固定式滑觸線跨越建筑物伸縮縫處和滑觸線長度每隔30～50 m處應裝設膨脹補償裝置。安全型滑觸線裝設膨脹補償裝置的要求應根據其制造廠提供的資料而定。
5 結束語
行車配電設計時，計算電流、尖峰電流和電壓損失的計算方法有很多，應根據不同的工程條件確定的計算方法，在滿足設備可靠運行的前提下，通過正確的計算，竭力降低滑觸線及電纜投資。經過幾個大型煉鋼車間行車的正常運行案例的驗證，得出本文中的計算方法適用于大型煉鋼車間。
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主營產品：安全滑觸線，電纜滑車，滑觸線指示燈
