以钢铁厂供配电系统为例探讨电气自动化技术的应用

以钢铁厂供配电系统为例探讨电气自动
化技术的应用
摘要：钢铁厂配电系统是一种高压配电系统，因此对于配电的稳定性要求较高，同时与其他领域的电力系统相比也有着其他特殊之处；钢铁厂电力能源消耗
量的提升，使得工厂的利润空间得以扩大，对此就有必要充分其配电设计方案，
从而尽可能在保证工作质量的基础上实现经济性指标。

本文主要以冶金烧结企业
的供配电系统为研究对象，分析其供配电设计的可靠性以及经济性，从而为供配
电系统的设计提供参考。

关键词：钢铁厂；供配电系统；自动化系统
1.
钢铁厂供配电系统特点
相较于普通电力输送系统，钢铁厂的配电系统的特殊之处表现为：
（一）高功率、高电压的用电设备相对较多
为了满足较大的工业生产需求，在钢铁厂内一般配备大量用电设备，除了常
见的用电设备之外，还有制氧机、加热炉等大功率冶金用电设备。

所以，和普通
电力系统相比，在设计钢铁厂配电系统时，需要对电压进行分层级设计，同时电
力结构较为复杂，如此才能够满足钢铁厂的生产需求。

另外，由于设有大量用电
设备，因此钢铁厂内也配有不同的电力保护装置，针对不同设备所采取的具体保
护方法也有一定的区别，而所带来的直接后果就是相关工作人员的工作量比较大。

为了降低人力资源投入以及避免出现差错，钢铁厂一般还设计有电子监控系统，
用于监控配电系统的运作。

（二）用电密度相对较为集中，同时设备的用电负荷较为集中
钢铁厂在生产过程中，由于大量设备需要接入电源才能正常使用，且其中很多都是大型工业设备，因此在能源消耗方面要比其他类型企业更大。

按照国家有关统计数据显示，2020年我国钢铁企业所消耗的能源在全国能源消耗中的占比为10%左右，电量消耗占比则为9%左右。

而从成本角度来说，因能源消耗而产生的成本在钢铁企业总成本中的占比达到了30%，电力消耗成本占比则为10%左右。

（三）用电设备安全要求高
钢铁厂所采用的供电设备中有大量有着高密度、需连续工作的、直接与高温炉、轧机、卸船机等设备对接的装置，一旦出现突发性断电情况，则设备性能将受到影响，甚至出现损坏，对于企业而言无疑是巨大的经济损失。

曾有钢铁厂因出现电压突发性下降问题，工厂被迫停产数十个小时，期间产生的损失高达上千万元，因此保证用电设备的安全运作无疑是最为基本的前提条件。

如今，有条件的钢铁厂从国外引入了更为先进的轧机生产链，例如宝钢引进了TMEIC设备，尽管它有着运行较为稳定的优点，然而当电压下降到正常电压的85%以下时，就无法继续接入电源使用，而国内的一般低电压限制在 75%。

IGBT 设备也很敏感，如果由于故障导致电源切除，IGBT 需要较长时间进行自行关闭，因此需要在故障发生时及时给 IGBT 以指示命令，断路器要在 100MS 时再断开，如果命令发出不及时或步骤过于复杂，就会导致设备损坏。

（四）厂区内部的设备大多互相关联
钢铁企业的生产必须得到供电系统的支持，同时由于钢铁厂设备较多，因此与分散控制系统有着极为密切的联系。

首先体现在供配电系统与供电设备之间。

钢铁厂设置有电力变压器、整流变压器、同步和异步变压器、照明变压器、电路变压器等变压设备，而这些设备均需要与分散控制对接。

其次表现在供电系统与集散控制系统之间。

供电系统接受来自分散控制系统所发出的控制信号，接着将实时运行情况传递至分散控制系统。

第三，供配电系统与能源系统和上级变电所之间也有密切的关系。

（五）供电质量与负荷电磁兼容问题
钢铁厂的供配电系统大都是采用大中型冶金设备，这种设备大多的冲击负荷
大多是非线性的，电炉、卸船机、轧机等，在运行中都会产生谐波电流，且这种
电流量非常大，同时由于供配电系统中出现负序电流，很容易产生安全事故，或
是因生产设备、复合设备等出现故障而导致企业承受损失。

出现上述问题的原因，在于钢铁厂的供电质量与负荷电磁之间不兼容。

用电设备在工作中易受到负荷冲击，导致性能和耐用性同时受到影响，而供电系统、电压、电网等的运行都将受
到影响。

当电容器、电动机中出现谐波时则会出现故障，继电保护系统的正常运
作将受到影响，出现地线路损耗加大、能源表读数出现误差、通讯受到影响、电
力数据产生偏差等问题。

二、供配电系统电气自动化应用意义
（一）提高系统操控准确性
PLC技术是实现电气自动化基础的关键。

PLC即指将计算机技术继承在微型
电路板上，其具备与计算机类似的功能，同时有着相当于小型计算机的数据处理
能力，能够按照电信号实现对自动化系统的控制。

借助PLC技术，能够处理供配
电系统数据信息，并实现对信息的记录、分析、汇总、储存、传递等，同时各个
独立模块也能够发挥出其应有的功能。

采取连续控制模式，则能够进一步提升控
制的精准度。

对于供配电系统而言，PLC技术的运用在于通过控制总线串联其整
个电气系统，从而确保所有信息传递被集中在某一线路上，以此来进一步提升控
制系统的准确度。

（二）实现系统智能化管理
对于配电系统、发电系统以及电力传输系统而言，可以通过智能电网技术来
实现电气自动化。

在该技术的帮助下，能够从实现小范围区域的电网互联，乃至
全国范围电网的统一管理，同时当电网供电功能受到影响时，还可以借助大电网
协调发电，充分发挥出电力资源的价值。

为了确保电气系统的正常运作，就必须
保证电气的均匀分配，而在此过程中就需要自动化技术的介入，通过实时监控在
掌握用电信息，从而对电气资源进行自动分配，能够有效避免随意调整资源结构
而无法发挥出资源价值的问题，进一步降低系统故障概率。

对于电气传输系统而
言，实现电气自动化之后能够更加及时地、准确地收集相关信息，从而及时发现
系统故障并确定检修方案，进而满足用户的用电需求。

三、钢铁厂供配电系统的电气设计原则
（一）环保性
基于电气自动化技术设计钢铁厂配电系统时，应当保证设计方案的环保性。

传统工厂的供电系统在运作过程中将产生一定的资源损耗，进而引起环境污染问题。

而在环保理念下，除了需要控制运行损耗之外，还应当进一步控制污染物的
牌坊米昂，从而满足环境保护要求。

（二）安全性
基于电气自动化技术设计钢铁厂供配电系统时，应当保证设计方案的安全性。

无论在何种状况之下，必须将保证员工的人身安全放在首要位置。

首先，必须将
钢铁厂周围的电压控制在人体承受范围之内，从而确保员工的人身安全，而且当
出现故障时，维修员工也能够在第一时间前往故障现场进行检修。

其次，在实现
电气自动化的过程中，还需要加入安全控制系统，实现对安全风险的实时控制。

（三）经济性
除此之外，在设计钢铁厂供配电系统时还必须遵守经济性原则。

钢铁厂所使
用的一般为大型工业设备，其特点在于价格高昂，而对应的供电系统的建设工作
同样也需要投入大量资金。

所以，在方案设计阶段，需要在保证布局合理、科学
的前提下检查方案是否满足经济性原则，这将有助于钢铁企业实现成本控制以及
资源的充分利用。

四、钢铁厂配供电综合自动化系统原理
在设计供配电系统的过程中，需要按照相关要求设计出具体结构和功能模块，本文所提出的设计主要是有微机保护系统、监控系统等模块构成的，其特点在于
和硬件结构有着一定的相似之处，同时模块具体组合方案按照其功能而有所差异。

主要的硬件结构包括模拟量输入／输出回路、开关量输入／输出回路、人机对话接口回路、电源、微型机系统、通信回路等。

（一）模拟量输入／输出回路。

变电站、电流信号所产生的为模拟信号，其特征在于将随着时间推移而出现变化，只有采用TA、TV对模拟信号进行转换，将其转变为脉冲信号之后才能被微机系统接收，这就要求必须实现对模拟信号的传递，否则就难以完成对系统的综合控制。

（二）开关量输入／输出回路。

模块的主要构成部分包括各类接口、中间继电器等，其功能在于发送来自本地、后台、跳闸等的报警信号。

（三）人机对话接口回路。

模块的主要功能在于实现人机交互，通过人为调整参数、设置工作方式来实现对系统的控制。

（四）电源。

电源回路可以为供配电装置提供直流稳压电源，确保装置能够持续有效地供电。

（五）微型机系统。

微型机系统包括 PU、存储器、定时器／计数器、Watchdog 等，掌握着计算机系统的中枢神经、数据保存、计时计数、运行情况监视等重要工作内容。

（六）通信回路。

通信回路可以完成监控、微机保护、自动控制等子系统之间的通信工作。

五、电气自动化技术在供配电系统中的具体应用途径
（一）完善电气自动化整体共享水平
基于电气自动化技术的供配电系统的优势在于可以极大地提升电力系统的安全性以及管理水平，能够通过调整电力系统资源结构实现更为合理的内部布局，从而强化管理水平，促使电力系统进一步发展。

在收集并充分发挥出有关数据资源的价值后，即可在提升供配电系统运行效率的基础上实现系统的独立运行，此时系统的运行稳定性和性能都会得到明显提升。

因此，电气自动化技术在供配电系统设计中的运用价值还表现在能够提升电力系统的运行质量和重要数据的安全
性。

而且，自动化技术在电力调度阶段也将发挥出保护电网运行安全性的重要作用。

除此之外，在运用电气自动化技术的过程中，管理人员需要按照供配电系统
的实际运作情况设计出对应的管理标准，从而不断提升管理水平，确保员工所采
取的操作符合相关标准和规范，避免出现因人为操作失误而引发的各类问题，进
一步提高供配电系统的信息共享水平，全面提升信息整合程度，为安全生产奠定
有利基础。

（二）提升供配电网自动化技术
目前，我国电气自动化技术起步较晚，技术还没有发达国家那么成熟，因此
在大力发展电力行业的过程中必须深刻意识到现存的各类问题，并及时找到优化
方案，在现有电气自动化技术的基础上实现创新优化，进而为进一步提升电力系
统的自动化控制水平提供帮助。

计算机技术的发展与电气自动化技术水平有着直
接联系，对于推动供配电、电力输送等环节而言也发挥着重要作用。

通过运用智
能电网技术，能够实现对供配电系统的自动优化，从小范围开始逐步实现对全国
电力网络的全面覆盖，当某一区域出现供电问题时，可以通过资源的协调来保障
电网的稳定和安全运作。

另外，电力系整体规模较大，覆盖多个流程，涉及大量
工作，倘若仅仅通过人力管理，则既有可能因为人工的不严谨性而产生一系列失误，从而引发大量管理问题。

而电气自动化技术具备处理数字信息的功能，且有
着非常广的覆盖面积和适用范围，与我们的日常生活有着极为紧密的联系。

通过
在管理过程中充分发挥出电气自动化技术的作用，则不仅有助于减少人工工作量，降低劳动力的使用，同时也有助于规避一系列因人为因素引发的问题，提升电力
系统的运行质量。

可以说，电气自动化技术在电网系统中的运用进一步提升了电
网系统的现代化程度，使全面自动化管理成为了可能。

（三）电气自动化技术的有效统一
电气自动化技术的运用能够实现对供配电系统的进一步优化，可通过实时监
控找出影响电力系统正常运作的风险因素，例如可避免因紧急时间而导致电网难
以正常运作。

电气自动化技术的运用是实现对供配电系统同一个管理的重要措施，其具备强大的信息收集与处理功能，能够通过数据分析判断系统的运行状况，进
而及时做出调整，达到提升系统运作效率的目的。

对于运输电力过程中所产生的
系列问题，电气自动化技术还可以实现实时反馈，满足广大用户对于电力的需求。

管理人员在电气自动化技术的帮助下能够及时发现问题所在，并借助高效的信息
传递功能实现向上反馈，从而维持供配电系统的正常工作。

参考文献：
［1］张展宁.冶金烧结企业供配电系统的设计［D］.长春：长春工业大
学,2015.
［2］祁俊成.邰晓宇.供配电设计的可靠性与经济性［J］.信息系统工
程,2020，（2）：86- 87.
［3］段俊城.供配电系统的可靠性和连续性[J].建筑电气,2019（08）：10-13.
作者简介：高翔（1987.12-），女，内蒙古自治区人，本科学历，研究方向：冶金行业电气设计及采购。