钢铁矿山_辽宁博沣沅电气有限公司

钢铁矿山由于其设备负荷的特殊性，生产的连续性，要求供电可靠不能间断，一般大中型冶金工厂常采用多电源供电，必要时须设置保安电源。工厂供配电系统除满足基本负荷需要外，要能承受炼钢电弧炉、大型轧钢机在生产过程中产生的冲击负荷。要考虑电力调度灵活和发展的可能性，以适应产品改变和工厂扩建的需要。供配电设计还要考虑设备及人身安全，冶金工厂消耗电能很大，要注意节电。既要节省一次投资，也要减少运行费用，但不能影响供电安全和可靠性。
客户的需求

安全：杜绝或避免人身的死亡或伤害事故的发生。

高效：确保设备在规定年限内正常、高效、有序运行。
环保：确保对沿线环境不产生不良影响，如噪音，有害气体、谐波、电磁干扰等。
降低成本：减少建设成本及运营成本。
可持续发展：延长系统整体使用年限，减少系统整体的维护资金。

电能质量：提高系统功率因数，治理谐波。

解决方案

1、全厂总变电站供电系统

大型钢铁企业的用电负荷较大，通常总运行容量大于60MVA，供电电压为66 kV，110kV，220kV，并应由两个以上独立的电源供电，运行方式一般为双电源单母线运行或双电源双母线运行。大型钢铁企业一般设有一个总降压变电所作为主变电所，即总全厂总变电站。(受供电力公司制约，也有一些大型钢铁企业内具有数个主变电所。)
常规全厂总变电站，接线方式通常是单母线分段带联络开关，也有带旁路及双母线等。全厂总变电站一般位于企业的外侧，且靠近负荷中心，以便输入供电电源，因此必须采用电力电缆向生产装置变电所供电。企业内采用的供配电电压及供配电方式根据企业的负荷特点及地理位置等因素进行选择，通常为10kV。典型人系统一次图见图1

图1 全厂总变电站供电系统图

10 kV保护断路器推荐使用户内高压真空断路器.
户内高压真空断路器，该产品主要用于发电厂、交流配电系统和变电站内的保护和控制，也可以作为电网设备、工矿企业动力设备的保护和控制单元。由于真空断路器的优越灭弧特性，使得该产品特别适合用在额定工作电流下的频繁操作或多次开断短路电流的场所。该产品的操动机构与断路器本体一体化设计，既可以作为固定安装单元，也可以配合专用的推进机构，组成手车单元使用。

过电压防护系统

电网聚优（抑制】过电压保护装置适用于发电、变电和用电企业的3~35kV电力系统，并可替代电压互感器柜、专用避雷器柜等

2、电力安全保障系统

（1）真空断路器真空度在线监测：真空断路器在运行过程中真空度会逐步下降，真空泄漏到一定程度，分合闸时开关柜会发生爆炸，严重者波及整个高压柜室连环烧毁。尽管国家执行了定期检修制度，但因现场对真空度无法检测，只能通过破坏性高压试验验证，由于国内真空泡技术水平的限制，两次检修期间发生真空泄露导致开关爆炸时有发生，给用户造成了惨重的损失。事实上，真空断路器复杂的密封结构也不允许用户进行常规手段进行检修。
真空度在线监测已经成为一次设备运行、检修的重要组成部分。

（2）局部放电在线监测：电力设备绝缘体的绝缘强度和击穿场强都很高，当局部放电在很小的范围内发生时，该击穿过程会很快。
局部放电装置可以运用超高频传感器监测电气设备内部局放电流激发的电磁波信号对开关柜的局部放电情况进行评估。

超高频局放在线监测装置（IED）通过同轴电缆接收小于等于8路的超高频传感器所采集的局部放电信号。并对该信号进行滤波、检波、脉冲提取、数字滤波、局放特征量计算等数字化处理，并完成局放可视化操作、局放判断、数据存储、数据上送等功能。
（3）温度在线监测系统：运行中的电气设备通常工作在高电压和大电流状态，设备中存在的某些缺陷会导致设备部件的异常温度升高。温度过高可能会引起燃烧、爆炸甚至设备损坏或质量事故。无线测温可以实时监测开关柜等电气设备的故障多发点，可以及时有效的控制电气事故的发生。
高压开关、母线接头、户外刀闸或变压器上。系统配备标准通讯接口，可联网运行。通过上位机软件，可记录高压设备实时运行温度的数据。为高压设备的维修提供累积数据，实现了高压设备热故障预知维修。

3、中压配电系统

中压配电系统一般为A、B两段母线供电，两段母线设联络开关，其一次图见图2。每段母线有1回路电源。电源和联络开关通常是用3选联络方案，切换装置一般采用传统中压开关组合方案，但这种方案存在无机械互锁、转换时间长约20分钟、多元器件集成导致故障源多等缺点，所以这里推荐中压转换开关方案,中压转换开关方案具体系统原理见图3

图2 中压单母线分段一次图

图3 中压转换开关方案一次图

进线保护电器置推荐使用TBBQ12中压转换开关。
TBBQ12中压转换开关具有机械/电气双重互锁，防止因误操作造成常用、备用电源同时合闸；永磁机构驱动，转换时间200ms以内，供电连续性高；专用控制器可使ATSE在系统中的切换，防止二次短路事故发生。TBBQ12中压转换开关开断电流为20kA。表3为TBBQ12中压转换开关选型表。

本体型号	额定电流	额定电压
TBBQ12	630A	12kV
TBBQ12	100A	12kV
TBBQ12	1250A	12kV

控制器型号	供电电压范围
C800V	AC110~220V
C800V	DC220V

表2 TBBQ12中压转换开关选型表。

4、低压配电系统

钢铁企业常用的低压配电系统，系统采用两进线一母联（单母线分断），此配电系统结构简单，用电可靠性高。
低压配电系统主要设备为配网低压柜，又叫开关屏或是低压配电屏，它将低压电路所需的开关设备、测量仪表、保护装置和辅助设备等，按照一定的接线方案安装在金属柜内构成的一种组合式电气设备，用以进行控制、保护、计量、分配和监视等等。配网低压柜通常由进线柜，出线柜，无功补偿柜，联络柜组成。图3为为常用的低压配电系统图。

图4 常用低压配电系统

进线及联络断路器配置，系统进线保护断路器推荐使用ACB框架断路器，区域联锁功能确保（三选二方案）完全选择性保护，对于钢铁企业供电可靠性要求高非常适合。ACB框架断路器与变压器选型配合见表3
馈出支路保护电器配置，推荐使用ACB框架断路器，或MCCB塑壳断路器作为保护电器。

变压器容量/KVA	额定电流/A	阻抗电压/U%	短路电流/KA	断路器
315	455	4	11.4	1600/630
400	577	4	14.4	1600/630
500	722	4	18.1	1600/800
630	909	4	22.7	1600/1000
800	1155	6	19.3	1600/1250
1000	1443	6	24.1	1600/1600
1250	1804	6	30.1	2500/2000
1600	2309	6	38.5	2500/2500
2000	2887	6	48.1	4000/2900
2500	3608	6	60.1	4000/4000
3150	4547	6	75.8	6300/5000

框架断路器与变压器选型配合表

上表计算依据：上级电网的短路功率设定为 500 MVA ；变压器为10 KV / 0.4 KV 。当短路电流的计算结果发生改变时，断路器要从65KA、85KA、100KA、120KA中选取适合的分断能力指标。

5、低压SVG补偿系统

用电系统功率因数cosΦ＜0.9，当电机开启时降至0.78左右（低于国家标准≥0.9的要求）。
供电系统采用集中治理方案，每台变压器下安装一台静止无功发生器，补偿精度高，不出现过补情况；带自恢复功自启动功能，自动补偿无功电流，提高系统的功率因数，使整个系统能够安全可靠地运行。

图5 SVG补偿系统简图

6、应急供电系统

钢铁行业是国民经济的支柱行业之一，其企业基本上是大型和特大型联合企业，是国家的重点企业。一个钢铁企业一般都有几套大型或特大型装置组成，各装置间为上、下游关系，不但连续性强，相互间影响形成一个生产链，停一次车恢复正常生产要一周~二周时间，即恢复生产时间长，由于装置规模大停产经济损失重大，钢铁企业的用电负荷绝大部分属一级负荷。
一级负荷中特别重要用电负荷，在钢铁企业中占比较大，且特别典型，通常有以下几种：
① 中断供电时，将发生爆炸及有毒物质泄漏的相关负荷：a 安全停车自动程序控制装置（仪表、继电器、程控器等）及其执行机构（某些进料阀、排料阀、排空阀等）以及配套的处理设施。b 设备内有不能排放的爆炸危险物料，若其会发生局部聚合大量放热反应时，为避免危险后果所需的搅拌设施和中止剂投放设施或冷却水专用供应设备。c爆炸危险物料使用的大型压缩机和安全轴封及正压系统等的电气设备。
② 中断供电时，现场处理事故、抢救及撤离人员所必需的事故照明、通信系统、火灾报警设备、消防系统的用电负荷等。
③ 艺控制的DCS、FCS电气微机保护，信息管理系统的用电负荷。
据《供配电系统设计规范》GB50052-2009标准对一级负荷中的特别重要负荷对供电的要求：对特别重要用电负荷供电除了两个电源外（即一、二级用电负荷的电源），尚应增设应急电源，并严禁将其它负荷接入应急供电系统，以保证供电的可靠性和连续性。
钢铁行业人应急电源通常采用大容量的备用发电机，具体原理图见图5

图6 应急供电系统系统图

用于企业变电站专用电与发电机的应急电源转换的ATSE需选用“抽出带旁路型的三工位专业一体化PC级”，使用类别为AC-33iA。ATSE额定电流宜按照发电机额定电流的1.25倍选择，表4是TBBQ3-W/2W抽出带旁路型ATSE选型表。

额定电流	100~400	630~1600	2000~3200	4000
电寿命/次	6000	6000	6000	6000
机械寿命/次	10000	30000	30000	30000
使用类别	AC-33iA	AC-33iA	AC-33iA	AC-33iA
本体转换时间/ms	80≤	140≤	200≤	50≤
额定短时耐受电流Icw/kA	12.5	32	50

表4 TBBQ3-W/2W旁路型选型表

发电机以及变压器出口处断路器阻抗小，短路电流大，所以根据发电机容量和短路分断能力的不同要求，发电机出口断路器推荐选用MA60断路器（分断能力ICU=ICS=ICW），并配置H型智能控制器，可以实现四段保护、过频/欠频保护、过压/欠压保护和发电机并网运行时的逆功率保护。具体保护见表5

7、动力三箱配电系统

常见钢铁企业厂房办公楼照明配电系统见图6，常见钢铁企业厂房动力配电系统见图7

图7 厂房动力配电及办公楼照明配电系统一次简图

系统进线保护断路器推荐使用MCB微型断路器或 MCCB塑壳断路器。
普通动力三箱配电系统的双电源切换推荐使用TBBQ3系列双电源转开关。TBBQ3系列双电源转开关，专业PC级一体化设计；额定电流16A~5000A，国内范围最大；高标准分断能力，使用类别AC-33iA；励磁驱动，转换时间小；专用银合金触头，耐弧抗氧化；特设独立灭弧系统，灭弧迅速。TBBQ3系列双电源转开关选型见表6

额定电流	16~100	125~250	320~400	630~1600	2000~3200	4000~5000
电气寿命	6000	6000	6000	6000	6000	3000
机械寿命	10000	10000	10000	10000	10000	10000
使用类别	AC-33iA / AC-33B			AC-33iA
本体转换时间/ms	75	75	80	140	200	220
额定短时耐受电流Icw/kA	5	10	12.5	32	50	50
N极重叠转换型	-	-	-	●	●	●

表6 TBBQ3系列双电源转换开关选型

8、消防配电系统

消防负荷如：消防泵、排烟风机、加压送风机、消防控制室、消防电梯等，采用双电源供电并在末端自动切换，当消防设备（消防泵、喷淋泵、防排烟风机等）长期不用，一旦要使用的时候必定是消防应急，所以必须可靠供电。由于长期不用，消防设备存在结垢或者锈蚀而导致线路电流过载的隐患。为了减小此类故障产生，和保障负荷的连续可靠供电，线路的保护断路器过载不允许跳闸。消防配电系统原理图见图8

图8消防配电系统原理图

系统馈线使用推荐MCCB塑壳断路器带CBI功能（过载报警不跳闸)，当线路发生过载时，断路器不跳闸，直接从断路器上输出过载报警的无源干接点给到用，从而实现远方或者就地的声光报警。

过载报警不跳闸功能断路器应用的相关规范要求：
《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008)第7.6.4规定：“......对于突然断电比过负荷造成的损失更大的线路，该线路的过负荷保护应作用于信号而不应切断电路。”
《低压配电设计规范》（GB50054-2011）第 6.3.6规定：“ 过负荷断电将引起严重后果的线路，其过负荷保护不应切断线路，可作用于信号。”
《通用用电设备配电设计规范》（GB50055-2011）第2.3.7.1规定“......断电比过载造成的损失更大时，应使过载保护动作于信号。”

9、站用交直流系统

变电站交直流系统又称站用电系统，是保证变电站安全可靠地输送电能的一个必不可少的环节。站用电主要为了变电站内的一、二次设备提供电源。钢铁行业站用交直流系统在变电站所失电的情况下，仍能保证控制信号、保护、自动装置等电源及事故处理工作。地铁变电站站用交直流设备主要有交流屏、充电屏、馈线屏、电池屏4部分组成。系统主要有交流和直流系统两部分，对应方案见下图。

图9 站用交流系统简图

图10 站用直流系统简图

推荐选用TBBQ3系列：
为保证变电站所在失电情况下，变电站仍能进正常操作及检修运行。交流和直流电电源屏的电通常来自两段低压母线，通过双电源切换装置给系统供电。系统双电源切换装置推荐使用TBBQ3系列专用PC级产品。TBBQ3系列选型见表6。

Solution

解决方案

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