大型車間、廠房的行車供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)似簡(jiǎn)實(shí)繁，計(jì)算方法不同、計(jì)算公式中各系數(shù)取值不同，設(shè)計(jì)方案的差異也較大。滑觸線及電纜設(shè)計(jì)選型過大會(huì)對(duì)工程投資產(chǎn)生極大的影響，選型過小，行車無法正常工作。所以合理地計(jì)算、選型尤為重要。結(jié)合工程設(shè)計(jì)實(shí)例對(duì)大型煉鋼廠房?jī)?nèi)高低壓行車滑觸線設(shè)計(jì)、選型進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

0 引言大型煉鋼廠房行車具有噸位大、數(shù)量多、環(huán)境多粉塵和高溫等特點(diǎn)，在其供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中涉及行車用電負(fù)荷計(jì)算、配電開關(guān)設(shè)備的選型、供電線路壓降計(jì)算、線路敷設(shè)方式、滑觸線選型和滑觸線安裝等內(nèi)容。因行車電動(dòng)機(jī)功率大，供電線路長(zhǎng)，截面積大，電纜及滑觸線的工程費(fèi)用高昂，所以合理的供電設(shè)計(jì)方案對(duì)工程投資起著至關(guān)重要的作用。本文就國(guó)內(nèi)某大型鋼廠轉(zhuǎn)爐車間行車供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體實(shí)例進(jìn)行簡(jiǎn)析。1 工藝背景煉鋼系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模年產(chǎn)鋼水892.8萬t，主廠房?jī)?nèi)配置3座350 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐、2套R(shí)H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(zhuǎn)爐跨、精煉跨、鋼水接收跨、鐵水吊運(yùn)跨和脫硫跨組成，煉鋼區(qū)域主廠房外設(shè)置鋼水罐維修跨、鐵水罐維修跨。煉鋼車間起重機(jī)參數(shù)如下表所示。

2 供配電系統(tǒng)

2.1 負(fù)荷等級(jí)

根據(jù)《鋼鐵企業(yè)電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的規(guī)定，兌鐵水和鑄錠橋式起重機(jī)突然停電后，如不能及時(shí)恢復(fù)，會(huì)造成凝包事故，需按一級(jí)負(fù)荷供電；原料跨起重機(jī)突然停電將影響煉鋼生產(chǎn)，需按二級(jí)負(fù)荷供電。在轉(zhuǎn)爐車間外設(shè)有1座煉鋼110 kV/10 kV變電所，110 kV側(cè)為獨(dú)立的兩電源，下級(jí)10 kV、3 kV和0.4 kV配電系統(tǒng)均為雙回路、三回路供電，滿足一類負(fù)荷供電要求。

2.2 高、低壓配電系統(tǒng)

（1）3 kV行車配電3 kV橋式起重機(jī)由轉(zhuǎn)爐綜合樓（與煉鋼車間毗鄰）10 kV高配室內(nèi)的3 kV高壓柜供電，設(shè)置兩臺(tái)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(shí)兩段母線同時(shí)供電，當(dāng)一段電源故障時(shí)，手動(dòng)閉合母聯(lián)開關(guān)。兩路10 kV電源引自煉鋼區(qū)域110 kV變電所10 kV側(cè)兩段母線，正常時(shí)，每路電源負(fù)擔(dān)50%負(fù)荷，故障時(shí)，每路電源負(fù)擔(dān)100%負(fù)荷。10/3 kV 12 000 kV·A油浸式變壓器中性點(diǎn)通過接地電阻接地，接地組別為D/yn11，接地電流100 A。其優(yōu)點(diǎn)在于可以抑制單相接地時(shí)的異常過電壓（諧振過電流），從而可以減少因系統(tǒng)過電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)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(nèi)設(shè)置煉鋼車間低壓起重機(jī)配電中心，為轉(zhuǎn)爐跨、精煉跨和鋼鐵水罐維修跨起重機(jī)供電。因精煉跨和鋼鐵水罐維修跨起重機(jī)為380 V供電，且設(shè)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(shè)計(jì)更為合理。電氣室內(nèi)設(shè)置兩臺(tái)2 000 kV·A干式變壓器，兩路10 kV電源引自轉(zhuǎn)爐綜合樓高配室，兩臺(tái)動(dòng)力變壓器低壓側(cè)設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，當(dāng)任一路高壓電源故障時(shí)，可以通過低壓側(cè)母聯(lián)開關(guān)由另一臺(tái)變壓器負(fù)擔(dān)全部負(fù)荷，以提高供電可靠性。

3 選型計(jì)算

確定起重機(jī)計(jì)算電流的方法有很多，較常見的有二項(xiàng)式法、均方根電流法、利用系數(shù)法和綜合系數(shù)法等，上述四種方法中，后三種算法計(jì)算系數(shù)實(shí)測(cè)資料還都不全，國(guó)內(nèi)缺乏切實(shí)的工作和數(shù)據(jù)的積累。二項(xiàng)式法是將負(fù)荷分為基本部分和附加部分，后者考慮了一定數(shù)量大容量設(shè)備的影響，較為適用設(shè)備數(shù)量多、電動(dòng)機(jī)功率分布廣以及工作制差異大的大型煉鋼廠房行車系統(tǒng)電力計(jì)算，且在《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)》中，二項(xiàng)式法的各項(xiàng)系數(shù)值較全。

3.1 用二項(xiàng)式法確定計(jì)算負(fù)荷（1）設(shè)備功率的確定用電設(shè)備銘牌標(biāo)明的額定功率，是廠家規(guī)定工作條件下的額定輸出功率。各種設(shè)備規(guī)定的工作條件不全相同，故負(fù)荷計(jì)算時(shí)應(yīng)將其換算為統(tǒng)一規(guī)定工作條件下的功率，即設(shè)備功率。斷續(xù)周期工作制或短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)的設(shè)備功率，應(yīng)換算到統(tǒng)一負(fù)荷持續(xù)率下的有功功率，其換算關(guān)系如下Ps = Pe

（1） FCeFCx= 2Pe FCe式中，Ps為設(shè)備功率，kW；Pe為電動(dòng)機(jī)額定功率，kW；FCe為電動(dòng)機(jī)銘牌所規(guī)定的電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載持續(xù)率；FCx為負(fù)載持續(xù)率，A4、A5為25%，A6為40%，A7、A8為60%。

（2）用二項(xiàng)式法確定計(jì)算負(fù)荷多個(gè)用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)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(jì)算電流| Engineering Design70 | ·基礎(chǔ)設(shè)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(shè)備組的設(shè)備功率，kW；Pn為用電設(shè)備組中功率最大的n臺(tái)設(shè)備的設(shè)備功率之和，n值可查表，kW；c、b為二項(xiàng)式系數(shù)，可查表；(cPn)max為用電設(shè)備組(cPn)項(xiàng)中選出的最大值，kW；tan? n為與(cPn)max對(duì)應(yīng)的功率因數(shù)正切值；P主鉤為主起升電動(dòng)機(jī)額定功率，kW；η為電動(dòng)機(jī)效率。計(jì)算尖峰電流常用公式為Ijf＝Ijs＋KIe，K為最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流倍數(shù)，I e為最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流。因目前大型起重機(jī)電動(dòng)機(jī)通常為變頻起動(dòng)，起動(dòng)電流不超過額定電流，所以不按起動(dòng)倍數(shù)計(jì)算，但在非變頻狀態(tài)下需按常用公式計(jì)算。另外，按《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)》所述，“實(shí)際工藝過程中有可能兩臺(tái)或兩臺(tái)以上電動(dòng)機(jī)同時(shí)起動(dòng)（如煉鋼車間的鑄錠跨起重機(jī)），此時(shí)應(yīng)按實(shí)際可能取兩臺(tái)或兩臺(tái)以上電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流參與尖峰電流計(jì)算"，所以本文中按兩臺(tái)行車的主起升電動(dòng)機(jī)同時(shí)起動(dòng)計(jì)算。（3）計(jì)算示例精煉跨行車數(shù)量及規(guī)格為3臺(tái)170/63 t行車，單臺(tái)行車裝機(jī)功率993 kW，工作組別為A7，對(duì)應(yīng)的負(fù)荷持續(xù)率為60%，根據(jù)式（1）算出設(shè)備功率Ps＝1 273 kW（因主小車運(yùn)行時(shí)，副小車不運(yùn)行，故僅取功率大的主小車功率，副小車功率不計(jì)）。查表可得：c＝0.25，n＝3（3臺(tái)容量最大電動(dòng)機(jī)的功率之和），b＝0.22，cos ? ＝0.8，效率η ＝0.9。根據(jù)式（2）～式（5）可計(jì)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?jī)?nèi)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(yīng)用的新型滑觸線，具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行安全、供電可靠和阻抗值小等優(yōu)點(diǎn)。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(jià)低，但不安全，已日趨淘汰。復(fù)合式剛體滑觸線目前應(yīng)用廣泛，其載流量范圍大（500～4 500 A），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障率低，適用于鋼鐵廠等高溫、污染等惡劣環(huán)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(zhuǎn)爐跨行車雖然計(jì)算電流不大，但其下方有熱源，對(duì)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(huán)境溫度也不超過120 ℃。包括3 kV行車在內(nèi)，廠房?jī)?nèi)的其他位置均選用復(fù)合式剛體滑觸線。

3.3 電壓降校驗(yàn)

電壓降的校驗(yàn)分為滑觸線壓降和電纜壓降兩部分。首先根據(jù)計(jì)算電流初選滑觸線及電纜規(guī)格，再按尖峰電流校驗(yàn)滑觸線及電纜總的電壓降不大于12%（計(jì)及機(jī)重機(jī)內(nèi)部電壓損失為3%，總的電壓損失為15%）及按計(jì)算電流校驗(yàn)滑觸線及電纜總的電壓降不大于5%來選擇滑觸線。當(dāng)行車供電線路的電壓損失超過允許值時(shí)，可根據(jù)個(gè)體情況采取下列措施：①增大滑觸線截面積或增設(shè)輔助導(dǎo)線；②增加滑觸線供電點(diǎn)或分段供電；③增大電源電纜截面積。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，增加滑觸線供電點(diǎn)是降低線路壓降有效、經(jīng)濟(jì)的方法。幾種供電位置的滑觸線計(jì)算長(zhǎng)度及供電示意圖如圖1所示。（1）滑觸線壓降校驗(yàn)滑觸線壓降表達(dá)式為!U % = （7） 3Ijf ZlAUe f !100%式中，A為滑觸線長(zhǎng)度系數(shù)，1臺(tái)起重機(jī)系數(shù)為1，2臺(tái)系數(shù)為0.8，3臺(tái)系數(shù)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(jì)算長(zhǎng)度，m；f為溫度校正系數(shù)，可查表。仍以精煉跨行車為例，Ijs＝2 986 A，Ijf＝7 110 A，廠房長(zhǎng)度446 m（即行車走行長(zhǎng)度），當(dāng)采用4點(diǎn)供電時(shí)，A＝0.7，f＝0.81，Z＝0.000 076 Ω/m，滑觸線計(jì)算長(zhǎng)度l＝446/12＝37 m。當(dāng)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(jì)算電流計(jì)算）3.32%；1/12處供電的電壓降為（按尖峰電流計(jì)算）7.91%。（2）電纜壓降校驗(yàn)電氣室至精煉跨行車走道板上配電柜的電纜長(zhǎng)度為90 m。電纜壓降!U % = （8） 310Ue(R0 cos! + X0 sin !)Il當(dāng)位于行車走道板上配電柜進(jìn)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(shí)，按計(jì)算電流計(jì)算的電壓降為1.61%；按尖峰電流計(jì)算的電壓降為3.84%。按計(jì)算電流計(jì)算的滑觸線及電纜總的電壓降為4.93%；按尖峰電流計(jì)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(cè)滑式。對(duì)于剛體滑觸線，推薦采用側(cè)滑式，可以有效防止滑觸線接導(dǎo)電接觸面因積灰引起導(dǎo)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(cè)裝時(shí)發(fā)生過滑線移位的現(xiàn)象，因?yàn)槠鋫?cè)裝時(shí)固定滑觸線與支架的水平安裝的螺栓承受了一個(gè)滑線向下的引力，導(dǎo)致鋁制滑觸線損壞，解決辦法是增設(shè)滑觸線固定支架。通?；|線固定支架安裝距離為1～3 m，可根據(jù)支架落腳點(diǎn)的實(shí)際情況結(jié)合所選滑觸線的剛性進(jìn)行調(diào)整。此外，滑觸線宜與行車駕駛室同側(cè)安裝，以便于維護(hù)。對(duì)工作人員上下可能觸及的裸滑觸線段，必須設(shè)置遮欄保護(hù)；安全型滑觸線可不采取防護(hù)措施。剛體滑觸線側(cè)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(chǔ)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(jù)工作場(chǎng)所溫度的差異，滑觸線需考慮裝設(shè)膨脹補(bǔ)償（溫度補(bǔ)償）裝置。膨脹補(bǔ)償?shù)慕鉀Q主要有分散補(bǔ)償和集中補(bǔ)償兩種方法。分散補(bǔ)償法就是在每根標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度（通常為6 m）滑觸線之間預(yù)留空間，伸縮空間由安裝環(huán)境溫差確定，并且在每根滑觸線上加一固定支撐點(diǎn)，其他支撐點(diǎn)采用浮動(dòng)支撐。集中補(bǔ)償法是對(duì)某一長(zhǎng)度滑觸線的伸縮進(jìn)行集中補(bǔ)償，通常采用補(bǔ)償裝置來補(bǔ)償。通常固定式滑觸線跨越建筑物伸縮縫處和滑觸線長(zhǎng)度每隔30～50 m處應(yīng)裝設(shè)膨脹補(bǔ)償裝置。安全型滑觸線裝設(shè)膨脹補(bǔ)償裝置的要求應(yīng)根據(jù)其制造廠提供的資料而定。

5 結(jié)束語

行車配電設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算電流、尖峰電流和電壓損失的計(jì)算方法有很多，應(yīng)根據(jù)不同的工程條件確定的計(jì)算方法，在滿足設(shè)備可靠運(yùn)行的前提下，通過正確的計(jì)算，竭力降低滑觸線及電纜投資。經(jīng)過幾個(gè)大型煉鋼車間行車的正常運(yùn)行案例的驗(yàn)證，得出本文中的計(jì)算方法適用于大型煉鋼車間。