冶金工廠供配電設計(design of power supply and distribution for metallurgical works)

從電網取得電力并合理分配到冶金工廠各用電設備的設計。主要內容包括設計計算、供配電系統確定、主要設備選型、變電所結構與布置、線路設計。

簡史進入20世紀以來，世界上冶金工廠生產規模趨向大型化，供配電設施逐漸擴大，廠區配電電壓不斷提高，較多采用環形供電，真空斷路器、六氟化硫斷路器相繼投入使用，半導體繼電裝置等弱電技術進入強電測控領域，晶閘管應用于變流裝置。70年代以后用戶提高了對電力質量的要求，靜止型動態無功補償裝置和濾波器被用來解決無功沖擊負荷和高次諧波的干擾。大型冶金聯合企業供配電設施大量采用微機監控裝置，設置能源中心統一管理電力、水、煤氣等能源介質。20世紀50年代初中國開始進行大型冶金工廠供配電設計，設計了電源電壓為44kV、66kV和110kV，單機容量為5萬kW的自備發電站，采用大電流母線供電，高壓斷路器多用油斷路器。60年代用110kV直接向電爐變壓器供電，輸電線路采用組合導線，真空斷路器應用于電爐的分合，自行設計晶閘管變流裝置給小型生產設備供電等。70年代采用了靜止型動態無功補償裝置、濾波器、六氟化硫組合電器，自行設計了半導體繼電保護裝置及真空斷路器。80年代冶金工廠投入使用了一些220kV總降壓變電所，建成了220kV直降式整流所，自行設計了6000kVar靜止型動態無功補償裝置、微機監控裝置和高爐煤氣余壓發電裝置等，并在大型冶金聯合企業設置了能源中心。

設計原則要綜合考慮工廠規模、用電設備特點、電力系統狀況和工廠發展前景等因素。冶金工廠生產的連續性要求供電可靠不能間斷，一般大中型冶金工廠常采用多電源供電，必要時須設置保安電源。工廠供配電系統除滿足基本負荷需要外，要能承受煉鋼電弧爐、大型軋鋼機在生產過程中產生的沖擊負荷。要考慮電力調度靈活和發展的可能性，以適應產品改變和工廠擴建的需要。供配電設計還要考慮設備及人身安全，普遍采用接地及防護措施。既要節省一次投資，也要減少運行費用，但不能影響供電安全和可靠性。冶金工廠消耗電能很多，要注意節電，并對生產過程中產生的煤氣、熱力等余能進行利用或發電。在設計中要盡量創造條件對設備進行檢查、測試、維修和事故處理。

設計計算按照用電設備的電容量或產品的電力單耗進行電力負荷計算，確定最大計算負荷，作為向電力部門申請用電和選擇變壓器的根據。當供配電系統確定后，根據電力部門提供的電網參數進行短路電流計算，據此選擇供配電設備和電線、電纜。按供配電系統用電負荷和短路電流進行繼電保護計算。當有非線性負荷(如晶閘管變流裝置等)或沖擊負荷(如電爐、大型軋機等)時要進行電壓波動、電壓閃變(見電壓波動和電壓閃變抑制)及諧波含量計算，以確定是否需要設置動態無功補償裝置和濾波器。對架空線路要進行必要的力學計算等。

供配電系統確定根據全廠電力負荷及電網條件確定電源聯接點。一般大中型冶金工廠要有兩個或兩個以上獨立電源(或獨立電源點)。電源來自電力系統時，可在廠區設置1～2個總降壓變電所，其位置盡量靠近負荷中心。負荷較大的車間設置車間變電所。總降壓變電所、自備電站和車間變電所要有機地連在一起，形成完整的供配電系統。一般要經過多方案技術經濟比較后，選定一個較為合理的方案。

主要設備選型選擇斷路器、負荷開關、隔離開關、電抗器、避雷器和互感器等。根據工作電壓、工作電流及用短路電流進行動穩定、熱穩定校驗，選定設備型號、規格。變壓器按計算負荷和工作電壓選定。對上述設備和裝置還要根據環境條件進行校驗。

變電所結構與布置變配電裝置分屋內和屋外兩種。屋外布置可節省房屋建筑費用，但占地較多，受自然環境的影響大。當變電所所址面積較小，自然環境惡劣時，采用屋內式布置較好。變配電裝置的布置要考慮在正常運行及事故時不致危及人身及周圍設備的安全，對人員巡視、檢修和防火防爆有較完善的措施。

線路設計電力線路可分架空線路、電纜線路和母干線三種。架空線路多采用桿塔敷以裸導線。電纜線路一般采用隧道、地溝和直埋方法敷設也有用橋架敷設的。母干線多用于大容量、大電流輸送，一般安裝于地上通廊或地下隧道內。線路的路徑、回路和截面的選擇，既要考慮當前需要，又要考慮發展的可能性。

發展趨勢冶金工廠供配電設計的發展趨勢是：(1)提高供配電電壓，采用高壓深入負荷中心，向大容量用電設備直接供電。(2)采用計算機監控、管理，變壓器有載調壓，超負荷自動卸載等新技術。(3)采用節能型供配電設備，利用剩余煤氣、余熱、余壓發電，大中型冶金工廠設立能源中心，加強能源管理，采取多種有效節電措施。(4)隨著科學技術的發展，對電能質量，如電壓、周波、波形提出了更高的要求，冶金工廠除了出于自身需要，須采取措施保證電力質量外還要減少對電力系統的影響。