高炉炼铁工程供配电系统设计时应遵循的原则

高炉炼铁工程供配电系统设计时应遵循的原则

祁进强都占文

西宁特殊钢股份有限公司青海省西宁市810005

摘要：近年来，伴随着我国社会经济的高速发展，以生产生铁为主要目的的冶金高炉炼铁工程，也得到快速建设和投入生产。本文以高炉炼铁工艺为对象，结合笔者多年从事高炉炼铁工程电气和自动化设计所积累的经验、以及国家相关标准、规范，对高炉炼铁工程供配电系统电气设计特点、供配电系统设计原则和方法，进行系统性总结和阐述，以期对高炉炼铁工程配电系统设计提供借鉴和参考。

关键词：高炉；供配电系统；单母线；柴油发电机

1高炉炼铁工程电气设计的主要特点

高炉炼铁工艺具有不间断连续生产的特点，电源的可靠性对保证不间断连续生产至关重要。电源系统因故障意外停电，可能会导致高炉喷铁渣、烧损风口，或因煤气压力升高却得不到快速泄压而引起煤气爆炸和泄漏，以及煤气泄漏可能产生的人身伤害等恶性事故。另外，电源系统故障停电，也会导致控制系统失去控制和监视，对迅速发现故障点并及时开展应急处理和施救造成阻碍，还会对事故的后续分析和查明事故原因造成不利影响。因此，提高供配电系统供电的可靠性，是高炉炼铁工程电气设计要充分考虑的重要问题。高炉炼铁工程各种生产设备和辅助生产设备较多，安装位置较为分散。合理的设置高、低压供配电电气室，减少电缆线路电压损失，提高供电的安全性，也显得十分重要。在高炉炼铁工程中，一些大型成套设备（如鼓风机系统、煤气余压发电系统和空压机系统等）的供配电系统设计和供货，往往由设备供应商负责完成。因而在高炉炼铁工程配电设计阶段，需要协同配合的设计单位较多。在供配电系统设计的一致性方面，有必要作出统一规定。

2高炉炼铁工程供配电系统设计

2.1负荷分级

按照《供配电系统设计规范》GB50052-2009对电力负荷分级的规定，并结合高炉炼铁工程的生产特点，在高炉炼铁工程中，宜将高炉出铁、高炉鼓风、煤气燃烧和输送、煤气紧急切断和放散、高炉水冷却等生产设备、以及自动化控制设备、消防设备等，定义为一级负荷，由相互独立的双重电源供电。个别炉容4000m3以上的大型高炉工程还增设有柴油发电机，为高炉一级负荷中的出铁设备、煤气紧急切断和放散设备、高炉水冷却设备、鼓风机润滑设备、以及自动化控制设备等重要负荷提供应急电源；上述设备以外的其它一般生产用设备，宜定义为二级负荷，由双回路电源供电；而用于生产检修的设备，应定义为三级负荷，可由单路电源供电。

2.2供电电源和电压等级

高炉炼铁工程供电电源一般应结合当地电网状况、用电负荷性质、负荷容量、以及送电距离等因素，由外部35kV或110kV变电站提供双重或二路电源，二路电源进线应取自不同的外部变电站或外部同一变电站的不同母线段。双重或双路电源进线宜采用相同电压等级，并经高炉区域变电站进行35/10kV或110/10kV变压后，向高炉内部各个电气室提供10kV电源。高炉炼铁工程内部的配电电压一般应采用10kV、380V、220V（单相）。

2.310kV和380/220V配电系统

2.3.1配电范围及电气室设置

高炉炼铁工程主要包括矿焦槽、上料及炉顶布料、高炉本体、出铁场、炉渣处理、热风炉、煤气净化、煤气余压发电、循环水、鼓风机、喷煤等主体工艺设施，以及碾泥、除尘、压缩空气供应、设备维修等辅助生产设施。10kV和380/220V用电设备多，分布地域广。为减少线路电压损失，提高供电的安全性，需要设置多个10kV和380/220V配电系统、以及安装相应配电设备的电气室，为高炉炼铁用电负荷提供10kV和380/220V电源。10kV和380/220V配电系统应尽量深入用电负荷较为集中的中心区域，380/220V配电设备至最远处380V用电负荷的距离不宜大于300m，且还应当验算电缆线路电压降是否满足国家规范要求。高炉炼铁工程的电气室一般包括：中央电气室、矿焦槽电气室、循环水电气室、鼓风机电气室、煤气净化电气室、炉渣处理电气室、以及除尘电气室等。各电气室采用单层或多层建筑形式，设置有通风空调设备、火灾报警设备，电缆进出线采用架空或埋地敷设方式。

2.3.2配电系统设计原则

（1）配电级数高炉配电级数不宜过多，应符合«供配电系统设计规范»GB50052-2009中的相关规定。否则会带来继电保护整定困难、因系统复杂导致的供配电可靠性降低、以及系统操作频繁和管理不便等问题。10kV配电系统配电级数一般宜设计成两级，即从高炉区域变电站10kV配电至高炉各个电气室，再从电气室配电至各10kV电机和10/0.4kV变压器；380/220V配电系统配电级数一般设计成不超过三级，即从高炉各电气室380/220V配电柜至电气室电机控制柜或分配电柜，再从电机控制柜或分配电柜配电至各380V电机或现场配电箱，最后从现场配电箱配电至现场用电设备。（2）负荷计算高炉工程二级及以上负荷居多，同时，考虑到简化配电系统操作运行程序、提高设备使用寿命、以及为用户日后增加设备留有余地等因素，在进行线路和变压器容量计算时，宜按照一路电源故障时，另一路电源能承担供电范围内全部负荷进行。另外，检修设备、消防设备、以及备用设备，不要算入计算负荷中。因为在使用检修设备和消防设备时，会人为停止一部分工作设备和切除一部分非消防负荷，而备用设备一般不会和工作设备同时运行。（3）应急电源供电目前，高炉工程一般都为自动化控制系统、重要部位的显示仪表、以及火灾报警系统等仅允许毫秒级停电、且容量不大的负荷，设置了UPS（不间断电源）作为两路电源停电后的应急电源。个别大型高炉工程，应业主要求设置了0.4kV柴油发电机，为允许秒级停电、且容量较大的重要负荷，提供应急电源。笔者认为，高炉炼铁生产具有不间断连续生产、高温、高压的特性，且存在煤气泄漏危及人身安全的风险，为保障安全生产，在高炉工程中，都应该根据高炉一级负荷中重要负荷的容量、允许停电的时间、以及负荷类型，设置柴油发电机（或EPS）、以及UPS，作为一级负荷中的重要负荷在两路电源停电后的应急电源，且UPS的380V或220V进线宜引自应急母线段。与因停电造成的各种事故损失相比，在应急电源系统上的资金投入是值得的。在选择柴油发电机时，应分别按照稳定用电负荷、最大单台电动机或成组电动机启动时的尖峰电流、以及（电动机启动时）发电机母线允许的电压降，分别计算发电机容量，并取其中的最大计算值作为容量确定的主要依据。高炉工程需要柴油发电机提供应急电源的较大容量电动机主要包括：出铁液压泵、热风炉液压泵、以及炉体水冷却泵等。高炉工程的柴油发电机、以及UPS等应急电源配电系统宜集中设置，一般应设置在对重要负荷供电相对集中的中央电气室。（4）两路电源切换方式10kV配电系统单母线分段运行时，当一段母线停止供电时，为防止停电范围进一步扩大，母线联络断路器一般都在通过停电原因确认后，手动合闸，使断电的母线段继续通电运行。380/220V配电系统单母线分段运行时，当一段母线停止供电时，为减少停电时间，母线联络断路器宜自动合闸，使断电的母线段能迅速恢复供电（但变压器低压母线发生短路故障时不应自动合闸）。当两段母线都停止供电时，柴油发电机自动启动，向接在应急母线段上的重要负荷提供应急电源。

结束语：

综上，高炉工程供配电系统的设计，应该在符合国家和行业规范要求的前提下，结合高炉炼铁工艺不间断连续生产的特点，以保证高炉安全生产为前提，正确的开展供配电系统设计。与此同时，还应做好供配电系统统一技术规定和设计协同工作，减少各个设计单位设计的差异，为用户的生产和维护提供便利。相信本文总结和阐述的内容，对从事从事高炉工程电气设计的技术人员具有较好的参考价值。

参考文献：

[1]杨岳编著.供配电系统.科学出版社.2007.65

[2]中国联合工程公司.GB50052-2009，供配电系统设计规范。中国计划出版社。2010.45

[3]武汉安全环保研究院.AQ2002-2004.炼铁安全规程.煤炭工业出版社.2005.23