冶金工厂供配电设计          (design of power supply and distribution for metallurgical works)

从电网取得电力并合理分配到冶金工厂各用电设备的设计。主要内容包括设计计算、供配电系统确定、主要设备选型、变电所结构与布置、线路设计。

简史        进入20世纪以来，世界上冶金工厂生产规模趋向大型化，供配电设施逐渐扩大，厂区配电电压不断提高，较多采用环形供电，真空断路器、六氟化硫断路器相继投入使用，半导体继电装置等弱电技术进入强电测控领域，晶闸管应用于变流装置。70年代以后用户提高了对电力质量的要求，静止型动态无功补偿装置和滤波器被用来解决无功冲击负荷和高次谐波的干扰。大型冶金联合企业供配电设施大量采用微机监控装置，设置能源中心统一管理电力、水、煤气等能源介质。20世纪50年代初中国开始进行大型冶金工厂供配电设计，设计了电源电压为44kV、66kV和110kV，单机容量为5万kW的自备发电站，采用大电流母线供电，高压断路器多用油断路器。60年代用110kV直接向电炉变压器供电，输电线路采用组合导线，真空断路器应用于电炉的分合，自行设计晶闸管变流装置给小型生产设备供电等。70年代采用了静止型动态无功补偿装置、滤波器、六氟化硫组合电器，自行设计了半导体继电保护装置及真空断路器。80年代冶金工厂投入使用了一些220kV总降压变电所，建成了220kV直降式整流所，自行设计了6000kVar静止型动态无功补偿装置、微机监控装置和高炉煤气余压发电装置等，并在大型冶金联合企业设置了能源中心。

设计原则           要综合考虑工厂规模、用电设备特点、电力系统状况和工厂发展前景等因素。冶金工厂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，普遍采用接地及防护措施。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。冶金工厂消耗电能很多，要注意节电，并对生产过程中产生的煤气、热力等余能进行利用或发电。在设计中要尽量创造条件对设备进行检查、测试、维修和事故处理。

设计计算         按照用电设备的电容量或产品的电力单耗进行电力负荷计算，确定最大计算负荷，作为向电力部门申请用电和选择变压器的根据。当供配电系统确定后，根据电力部门提供的电网参数进行短路电流计算，据此选择供配电设备和电线、电缆。按供配电系统用电负荷和短路电流进行继电保护计算。当有非线性负荷(如晶闸管变流装置等)或冲击负荷(如电炉、大型轧机等)时要进行电压波动、电压闪变(见电压波动和电压闪变抑制)及谐波含量计算，以确定是否需要设置动态无功补偿装置和滤波器。对架空线路要进行必要的力学计算等。

供配电系统确定         根据全厂电力负荷及电网条件确定电源联接点。一般大中型冶金工厂要有两个或两个以上独立电源(或独立电源点)。电源来自电力系统时，可在厂区设置1～2个总降压变电所，其位置尽量靠近负荷中心。负荷较大的车间设置车间变电所。总降压变电所、自备电站和车间变电所要有机地连在一起，形成完整的供配电系统。一般要经过多方案技术经济比较后，选定一个较为合理的方案。

主要设备选型            选择断路器、负荷开关、隔离开关、电抗器、避雷器和互感器等。根据工作电压、工作电流及用短路电流进行动稳定、热稳定校验，选定设备型号、规格。变压器按计算负荷和工作电压选定。对上述设备和装置还要根据环境条件进行校验。

变电所结构与布置         变配电装置分屋内和屋外两种。屋外布置可节省房屋建筑费用，但占地较多，受自然环境的影响大。当变电所所址面积较小，自然环境恶劣时，采用屋内式布置较好。变配电装置的布置要考虑在正常运行及事故时不致危及人身及周围设备的安全，对人员巡视、检修和防火防爆有较完善的措施。

线路设计          电力线路可分架空线路、电缆线路和母干线三种。架空线路多采用杆塔敷以裸导线。电缆线路一般采用隧道、地沟和直埋方法敷设也有用桥架敷设的。母干线多用于大容量、大电流输送，一般安装于地上通廊或地下隧道内。线路的路径、回路和截面的选择，既要考虑当前需要，又要考虑发展的可能性。

发展趋势           冶金工厂供配电设计的发展趋势是：(1)提高供配电电压，采用高压深入负荷中心，向大容量用电设备直接供电。(2)采用计算机监控、管理，变压器有载调压，超负荷自动卸载等新技术。(3)采用节能型供配电设备，利用剩余煤气、余热、余压发电，大中型冶金工厂设立能源中心，加强能源管理，采取多种有效节电措施。(4)随着科学技术的发展，对电能质量，如电压、周波、波形提出了更高的要求，冶金工厂除了出于自身需要，须采取措施保证电力质量外还要减少对电力系统的影响。