目前，炼钢厂环保治理问题突出，为实现固废二次资源循环利用、钢厂“固废不出厂”城市钢铁生态圈的愿景，对低锌类二次资源以均质化方式处理最为理想。基于此，重庆赛迪热工环保工程技术有限公司的杨鹏，在年第6期《电气技术》上撰文，对参与二次资源生产线均质化处理过程的低压设备从供电需求、用电负荷、控制等方面进行分析论述，以变频器、孤岛式电动机保护器等电气保护元件的综合运用实现对现场恒速电动机、变频调速电动机等设备的最优节能控制，选配以太网、光纤网络通信协议实现后台上位机的远程控制和监视。

系统在以往项目中的成功应用表明，本文提出的低压供配电系统方案，可为钢铁企业参与均质化生产建设提供参考，有助于炼钢厂实现数字化管理。

目前，我国炼钢厂存在含铁固废种类多而杂的问题，对于不同形态、成分、粒度的尘泥，直返生产、加工返产或金属资源深加工利用等处置方式存在种类多、成分波动大、水分波动大、粒度分布不均等问题，对混匀、烧结工序的影响很大。

将不同形态、成分、粒度、水分二次资源料尘泥混合调质，稳定水分、成分和粒度分布，将各种二次资源料整合成为烧结工序能使用的原料，《钢铁行业清洁生产评价指标体系》要求含铁尘（泥）回收利用率%，这种均质化处理方式成为低锌类尘泥固废最合理的处置手段。

1现状分析

新建二次资源均质化生产线的目的在于对低锌类二次资源及少量危废进行均质化处理后参与混匀配料，对二次资源进行充分循环利用，减少对社会环境的污染。因此，针对炼钢厂内均质化处理的工艺流程设施，如抓举行车、料斗、圆盘、胶带机、强力混合机、螺旋给料机及除尘风机等用电设备，设计出能够满足全线生产用电负荷、全线节能减排、全线连续运转稳定可控的供配电方案至关重要。

低压供配电方案应能充分考虑电气室的负荷分配能力；考虑是否能对现场用电设备进行在线监测、保护和控制；考虑距离较远的转运站内低压电动机起动方式；统计分析各转运站楼内实际照明度并根据实际情况设计选型照明灯具；考虑大跨度通廊皮带机上检测元件信号的控制与传输方式；考虑对满足所需性能指标的固废除尘器、强力混合机等所需现场机电一体设备的传动控制方式，性能指标一般由主体专业提供，电气专业负责传动和控制。

新建二次资源生产线实际所需设备的控制、检测、监测等反馈信号充分利用现代网络通信技术，由集控中心统一调度监管，实现低锌类固废全部返生产利用，满足钢铁厂生产高效、节能及超低排放环保要求。目前，国内众多炼钢厂还不具备对低锌类尘泥固废原料进行均质化处理的能力，因此本文所提出的供配电系统设计方案可为炼钢厂新建二次资源均质化处理生产线提供思路。

2主要技术思路

2.1用电需求及电气构筑物选址分析

根据新建均质化处理生产线的要求，先由固废、通风、给排水等主体专业提交各专业用电设备负荷清单，电气专业按照各类电气设备的需要系数法确定计算负荷，编制负荷计算书，计算公式如下。

式（1）~（4）

低压用电设备负荷计算书见表1。

表1低压用电设备负荷计算书

由表1负荷计算书可知：Ps=kW，Pjs=.20kW，Qjs=62.1kvar，Sjs=.7kV?A。

确定计算负荷之后，考虑在低压电气室内设置10kV/0.4kV变压器。若需设置两台变压器，则变压器低压侧采用单母线分段接线方式，正常运行时，分段断路器断开，母线分段运行；当一回电源故障或检修时，将该进线断路器断开，分段断路器合闸，由另一回电源供电，备用电源容量按%负荷考虑，从而保证供电电源可靠性。低压供配电系统如图1所示。

图1低压供配电系统

电气室选址要尽量靠近用电负荷中心，兼顾生产运行和检修方便，且室内空间留有一定余量以备新增电气设备的安放；电气室内配套的操作室可不设置在现场，各类信号输入与输出由集控中心统一完成。

工程实例中电气室布置如图2所示。在实际工程中，转运站之间的距离较远，一般从几十米到上百米；皮带机上转运皮带的运动范围为几十米到上千米。因此，在示例图2中的区域2范围内，转运站中的皮带机电动机都由高压供电，或者取电于转运站附近的电源点，为了此段皮带机能够达到远距离转运原料的目的，电动机功率可达kW以上；区域1范围内的用电设备低压供配电线路控制在50m范围内较为合理，供电距离较远会使供电线路阻抗、终端电压降增大，造成钢铁企业投资成本预算有较大增加。

图2工程实例中电气室布置

用电负荷通常集中在原料堆场、混合间、洗车台等原料转运的起始区域，此后各转运站内有且仅有皮带机、照明、检修等分散设备用电。固废除尘区域内的设备供配电要根据实际情况判断是否在该区域内增设电气小房，以满足除尘器、除尘风机、灰仓缷灰阀、仪表检测等现场设备用电和监控需求，减少对远距离供电线路的投资；现场设备的监控信号汇集在本地，通过光纤或以太网的网络通信方式可与主站IO（inputoutput）柜、远程站IO柜、集控中心等地实现闭环监控。

2.2低压传动柜设计分析

1）低压传动柜柜型设计

低压传动电动机控制中心（motorcontrolcenter,MCC）柜一般有固定式、固定分隔式、抽屉式三种柜型，每种柜型有其各自的优缺点。固定柜安装维护方便、分段能力强、散热性能好、动稳定性强，但回路少、单元之间不能任意组合、不能与计算机联络；固定分隔柜安全可靠、容纳回路数较多、节省占地面积、防护等级高、维修方便，但同样不能与计算机联络；抽屉柜采用标准模块设计，结构通用性强、安装灵活、技术性能高、压缩场地、装配方便。

本文的低压柜设计采用抽屉式开关柜，但抽屉柜内控制回路只占本模（本隔）宽度的/5左右，若是配电回路所占空间为本模宽度的4/5，需要留一部分空间用于电动机保护器的触摸屏安装、便于上下控制回路电缆和通信连接用的网线敷设，以及后期检修维护使用；同时，有足够的空间利于散热，相比严格按照抽屉柜来设计，也会节省材料，柜内、柜外布置都很美观。

通过此方案的成功应用可知，该方案在满足安全防护、散热性能、检修方便、占地少、回路数多、可操作性等综合性能要求的同时，性价比最高，且以往客户对其认可度也较高。因此，炼钢厂在规划新建均质化处理生产线时可按此方案考虑投资预算。MCC柜控制回路设计及柜内电气元件布置如图所示。

图控制回路设计及柜内电气元件布置

2）低压传动柜内恒速电动机供配电系统设计

由于MCC柜的独特性能要求，一般控制柜比配电柜要宽mm，控制柜内采用孤岛式电动机保护器为现场运转的恒速电动机提供必要的保护、控制和现场总线，以及以太网通信等功能。孤岛系统由一组安装于同一DIN导轨上的模块组成，用于控制电动机、监控数据、故障诊断，并通过扁平电缆连接各个模块实现内部通信。

与自控系统间的外部通信通过单个总线耦合器模块实现，整个孤岛系统可以看作通信网络上的单个节点。其他模块包括起动器、电源接口模块、模拟量和数字量I/O模块、电压接口模块和安全接口模块，涵盖众多控制、保护与监测功能。孤岛式电动机保护器具备抗晃电（电压暂降）功能，在供电线路出现短时间电压波动或短时断电时，孤岛系统可自适应快速调节恢复正常电压。MCC柜内孤岛式电动机保护器控制回路一次原理如图4所示。

图4孤岛式电机保护器控制回路一次原理

在图4中，接触器后成套的电动机保护器设备（电源模块、数字量I/O模块、总线耦合器）通过内部总线、以太网实现互联，最后汇集并以现场总线方式上行连接可编程逻辑控制器（programmablelogiccontroller,PLC），以太网、PROFINET、PROFIBUS三种通信方式可选上行至工程师站。

电源模块根据实际控制回路需求，其最大额定工作电流有9A（4kW）、8A（18.5kW）、80A（7kW）三种，因此低压供配电设计时可灵活选配。孤岛式控制某一回路时需选配电压接口模块（voltageinterfacemodule,VIM），与主回路线电压直接相连，与电源模块、总线耦合器以内部总线方式关联，为整个现场孤岛提供实时电压、功率和电能监视，以现场总线和以太网的通信方式提供操作数据至PLC和工程师站。MCC柜内孤岛式电动机保护器控制回路二次原理如图5所示。

图5孤岛式电机保护器控制回路二次原理

根据以往实例工程设计经验，交直流控制电源由专一的配电单元供电，根据实际所需控制回路数量确定是否单独设计一套辅助电源柜，控制回路数量较少可引自主回路供电；此外，电动机保护器安装在抽屉外有利于对其进行更换、整改、检修等。

电动机终端保护电气元件的对比见表2。与经典电动机保护器、热继电器相比，孤岛式电动机保护器具有控制、保护、数据传输等多种功能,为工业自动化闭环控制提供了基础保障，且在柜体空间利用、综合成本等方面有巨大优势，有利于钢铁厂实现数字化转型建设。因此，孤岛式电动机保护器的应用可为炼钢厂在低压传动控制设计、成本预算、稳定运行等方面提供参考。

表2电动机终端保护电气元件对比

2.照明配电设计应用分析

鉴于二次资源均质化处理生产线距离长的特点，除主体厂房外，运转炼钢原料生产线上的各个构筑物均可采用时控、光控或远控的方式开关现场照明灯具，现场照明配电箱部分供电原理如图6所示，时控、光控、远控、就地控制照明二次原理如图7所示。

图6现场照明配电箱部分供电原理图7

在南方多雾地区还需选用偏暖色调LED灯具，灯光色温的穿透性需满足现场照度要求。国内设计的原料转运站通常较高，跨接通廊首尾两端高度差明显，若采用偏暖色调照明灯具，在雾天时有利于现场操作、检修、监控等常规作业内容。转运站及相关联的大跨度通廊照明配电采用单根电缆分相供电成组布置照明灯，节省照明灯各自配电用电线，大跨度通廊内照明灯具接线示意图如图8所示。炼钢厂在满足各个构筑物现场照度及控制要求的情况下，可按此思路做初步投资预算及后续设计。

图8大跨度通廊内照明灯具接线示意图

在图7中主回路开关QF闭合，选择就地、远方、光/时控方式。选择就地控制时，按下按钮SF，中间继电器KA1线圈得电，其常开辅助触点闭合，接触器KM线圈得电，主回路导通照明灯亮，再次按下SF按钮时灯熄灭；选择远方控制时，远程操作使程序里设计的常开闭合，KA1中间继电器得电，其常开辅助触点闭合，供电线路导通灯亮，远程控制常开触点断开灯灭；选择时控时，通过设置时控装置的工作时间，在约定时间内装置自动闭合，点亮现场灯具，超过约定时间段后时控装置自动断开，现场灯熄灭。

2.4皮带机变频器起动控制应用分析

各转运站低压电动机可采用变频器起动+旁路运行的控制模式，通过实际应用验证恒速电动机也可采用变频起动。与直接起动相比，变频起动电流较小，约为电动机铭牌额定电流的1.5倍即1.5Ie，

对整个电网的冲击较小。在均质化类工程中，转运站上的皮带机电动机一般不会有频繁调速需求，大多数情况下都以工频方式运行，出现低频运行的次数及时间都很少（长时间的低频运行会导致电动机因低转速高转矩运行而产生巨大发热量，缩短电动机使用寿命）。通过设计控制回路、程序实现皮带机电动机的变频起动，当电动机达到工频运转条件时自动切换到旁路运行。与采用软起动器控制模式相比，可自由设定起动时间。

除此之外，在这种模式下，可适当优化对供电电缆规格的需求，采用常规标准电缆来连接电动机和控制器即可，在同等控制设备下，起动电流小，所需供电电缆规格小。对此，新建二次资源生产线的混合间及混合间之后第一个转运站上的皮带机都可采用此模式从电气室MCC柜给皮带机电动机供电，避免在现场增设配电柜、远程IO柜、IO模块等设备造成投资成本增加的问题，也能避免配电电缆产生电压降、柜体占用空间等问题。第二个转运站以后的皮带机供电需要视情况考虑是否接入低压供配电系统，距离较远可考虑由高压单元送电。

变频器起动控制主回路原理如图9所示，变频器起动控制回路原理如图10所示。

图9变频器起动控制主回路原理图10变频器起动控制回路原理

2.5带式输送机综合保护仪应用分析

带式输送机上用来观测原料转运情况及故障处理的检测元件一般有拉绳开关、防堵开关、撕裂检测、打滑、跑偏等，其传输控制信号可根据实际情况接入远程系统。转运距离在50m范围内带式输送机的检测元件的传输控制信号可单独以硬接线方式接入就近远程IO站中；转运距离范围在50～m内可设置中间信号端子箱，将输送机上所有检测元件信号汇集到一起，再以硬接线送至远程IO站中。

当输送距离较远时可采用专用综合保护仪设备，通过对现场检测元件参数设定修改及地址编码器的访问反馈，保证传输控制信号更加精准，动作可靠。大跨度通廊上带式输送机采用综合保护仪（以下简称综保仪）实现对拉绳开关、料流、防堵、跑偏、打滑等保护开关的数据综合采集、处理及实时监测管理。对现场设备，综保仪是主站，可自动完成对现场设备的数据采集、分析和处理。对上位机，综保仪是从站，将现场设备数据传送给上位机。

当现场开关动作后，综保仪能够通过现场开关内的地址编码器将信息收集，上传给上位机，并提示检修。此类自动化装置应用于带式输送机之后，使现场安全运行管理效果有了显著提升，降低了现场施工难度，也减少了传统单一保护开关用电缆的敷设量。

2.6一体化设备应用探讨

均质化处理生产工艺流程的低压供配电系统中，由工程应用实例经验分析可知，对于强力混合机、除尘器、除尘风机、圆盘称重等工艺流程设备可选用先进、可靠、成熟的一体化产品。

一般来说，生产此类产品的厂商均是机电一体品供应，由厂家负责设计各自用电设备的供配电系统、信号传输控制系统及电控柜，此部分内容的控制信号由各厂家负责送至站控层，低压供配电系统根据厂家所提供负荷需求只配电至厂商配电柜中，既能达到性能指标要求，也可提升生产效率和缩短生产周期。

结论

创新、节能、高效是钢铁企业发展的新动力，也是提升产品质量的根本保障，更是实现双碳目标的有效途径。低锌类固废二次资源循环利用已是炼钢厂生产钢铁的主要原料之一，本文从均质化处理工艺流程提出低压设备供配电系统设计的优化思路，通过对恒速电动机、变频调速电动机、照明、检测元件综合保护等现场设备控制方案的分析论述，与现有传统控制方式相比效果显著，解决了现有固废加工、运输、存储方式存在较大环保风险的问题。

经过工程生产实际验证，现有系统运行稳定可靠，完全满足“固废不出厂”生产要求，可推广应用于炼钢厂数字化新建或改造工程。

本工作成果发表在年第6期《电气技术》，论文标题为“炼钢厂新建二次资源生产线的低压供配电系统设计与应用”，作者为杨鹏。

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