某工程電氣設計的分析與總結

劉希國

（山東鋼鐵集團日照有限公司冷軋廠）

0 引言

冷軋產線生產機組及設施包括：熱軋原料卷輸送系統1套，推拉式酸洗機組1條、酸軋聯合機組1條、連退機組2條、鍍鋅機組1條、重卷機組2條、重卷拉矯機組1條、半自動包裝機組3條、磨輯間設施1套、各跨間相應的生產輔助設施和起重運輸設施。公輔設施包括:酸再生、循環水站、廢水處理站、事故水塔、綜合調度樓等。執行現行的有效國家標準、行業標準、地方法律法規及《鋼鐵精品基地 項目工廠設計統一技術規定》等要求。電氣工程主要包括幾個部分：

1）供配電設施；

2）電氣傳動及基礎自動化控制系統；

3）自動化儀表、檢測控制系統；

4）計算機控制系統；

5）電訊設施。

電氣工程是整個冷軋工程的重中之重，電氣工程設計的合理與否、設備安裝是否規范決定著項目的成敗，該冷軋產線涉及的工序多，既相對獨立又存在不可分割的聯系，工程設計施工中千頭萬緒，需要保持清醒的頭腦，需要全局意識，還要抓好每一個細節，對項目實施過程的把控是對技術人員的極大考驗。

1 電氣系統設計的分析

1.1 供電氣系統設計

冷軋工程負荷等級大多為二級及三級負荷。

1）供電電源：取自冷軋110kV變電所。

2）供電距離：最短約250m（至酸軋機組軋機電氣室），最長約800m（至推拉酸洗機組電氣室）。

3）供電電壓：10kV。

4）供電電源回路數：10kV，14回路。

5）供電電源引入的敷設方式：電纜隧道、電纜敷設引入。

供電系統的優點：變壓器布局合理，均布局在負荷中心，而且不同的負荷變壓器于不同種類的 MCC 柜相對應，這樣就節省了長度，又降低了長距離的線路能源損耗，這是值得推廣的地方。

1.2 安全供電及應急措施

（1）安全電源系統

為了保證生產的連續性和穩定性，采取下列安全供電措施：計算機及基礎自動化控制系統采用帶蓄電池的工業級不間斷電源（工業級）UPS供電，保證供電的可靠性，蓄電池維持時間不少于30min。UPS 具有以太網接口，可以實現遠程故障診斷。

變電所及各電氣室10kV開關柜操作及指示電源采用帶蓄電池及充電裝置的直流電源。

電氣室、控制室和操作室當正常供電電源停電時，采用充電式照明燈進行事故照明。在地下設施和人員集中的地方設置疏散指示燈。

NO.1連退和 NO.2連退共用一套柴油發電機組作為應急電源，設置在 NO.2連退出口電氣室；連續熱鍍鋅機組使用一套柴油發電機組作為應急電源，設置在連續熱鍍鋅機組出口電氣室。工作電源事故停電時自動投入到應急低壓母線上。

處理線出現的異常停電及高壓清掃中的停電，應急電源起到了很好的作用，事實證明這種配置方案非常合理，值得推廣使用。

（2）補償裝置類型及安裝地點

冷軋區域優化為四處補償站，實際應用中在酸軋及處理線采用了SVG+FC的濾波方式，從運行來看效果良好，有效消除了大功率用電設備在運行中對電網的沖擊，值得推廣。

1.3 設備選型及設計分析

（1） 10kV 配電柜型式

10kV采用中置式手車開關柜，進線開關選 2500/2000A的真空斷路器，母聯開關選2500/2000A 的真空斷路器，饋線開關選1250A 的真空斷路器，上述設備的開斷電流均選用31.5kA。

10kV變電站、中壓開關柜、綜保裝置、中壓斷路器均選擇國內知名品牌產品。從目前的使用來看，這些設備質量可靠，運行穩定，但也存在小的問題，比如無線測溫傳感器出現大量的燒損現象，需要在今后的工程中著重注意。

（2） 變壓器的選擇

冷軋項目的變壓器國產變壓器，一般的動力變壓器選用山東魯特變壓器，整流變壓器選用南通曉星變壓器，上述兩個廠家均為國內較知名的變壓器制造廠家，從使用情況來看，這兩家的變壓器質量穩定，使用效果良好。

（3）低壓配電柜型式

低壓柜使用固定式或固定分隔式。所有低壓配電柜、柜內主要一次元器件均選擇國內知名品牌。目前的MCC柜主要由兩家提供，采用施耐德電氣元件，斷路器均采用插拔式結構，這種結構的優點是便于更換，但也存在安全風險，這種結構不利于點檢，出現問題后更換難度大，需要大面積停電才能處理。2#連退MCC柜著火事故也反映出這類設計結構存在的重大隱患。需要進行必要的優化，既要考慮更換的方便性，又要兼顧系統的安全性。

1.4 電氣安全設計分析

電氣安全主要是針對防雷及接地系統，冷軋工程建、構筑物為二類防雷設施，利用主廠房屋面作為接閃器，廠房柱子作為引下線與接地網格連接。

設置工作接地、保護接地、防靜電接地、自動化控制系統及檢測設備工作接地。接地體為網格型式，采用聯合接地方式，接地電阻阻值不大于1Ω。所有接地做等電位連接。這種接地方式是目前設計中普遍采用新的接地形式。

工作接地：低壓動力或照明變壓器二次側中心點采用中性點直接接地的 TN-C-S 系統，變壓器中性點通過接地干線與接地極連接，其接地電阻要求小于 4Ω；對距離主廠房大于 50m 的輔助車間或動力配電箱等用電設備進行重復接地，重復接地電阻要求小于10Ω。

保護接地，對電氣設備或電氣裝置的不帶電金屬部分和金屬外殼均應接地，要求接地電阻小于4Ω。防止變電所的母線過電壓的避雷接地，要求接地點盡量靠近被保護設備，要求接地電阻小于10Ω。

防靜電接地：對煤氣罐、室外煤氣管道、氫氣管道等的接地，要求接地電阻小于10Ω，上述管道工程每隔20～25m 還應設防靜電接地，接地電阻不應超過10Ω。

在實際應用當中，發現這種共地不共線的接地網絡方式盡管省去了專用接地極，但是這種設計忽略了一個重要因素是不同的負載各自的平衡點不一樣，特別是高壓設備，整流變頻設備，變壓器這些設備的負荷中性點電壓平衡點肯定不會一致，就決定了這樣多點不連貫的接地方式，必然導致各個地之間相互感應電壓差加大。經過測試，部分區域在運行中各種地之間感應電壓達到110V以上。因此認為這種接地系統設計有待進一步完善，在設計的時候有必要設計一些專用的接地極，做到有備無患。

1.5 電纜橋架與電纜設計分析

電纜橋架布局的考慮。在工廠設計中電氣專業的電纜橋架設計不但要考慮配合有關工藝專業如何走向問題，還要考慮如何布局美觀的問題，最后生產線外觀整體形象的好壞，電纜橋架的走向起著至關重要的作用。整個冷軋工程的電纜橋架的設計絕大部分比較合理，但在實際的施工中發現，部分電纜橋架存在干涉現象，電纜走向也存在不合理的現象，主要是酸軋軋機區域，電纜量較大，有大量的粗電纜，這一區域的施工難度較大，影響了工程的進度，也造成了一定的浪費。

電纜應按 10kV，380V，220V，24V基本原則分層，在24V 位最高層可隔板分開模擬量和數字量的電纜，其余層次電壓從底到高依次向下排列。但實際在敷設電纜時并未嚴格按照這樣的原則執行，造成的問題是，出現了一些信號的干擾，比如酸軋張力輥編碼器、DP通訊電纜等均出現了干擾現象。另外電纜敷設的原則還有電纜在橋架中占空率最大不宜超過80%，設計可按最大70%考慮，基本算法是，在橋架中控制電纜按外徑設計成兩層，動力電纜按外徑設計成一層，這樣初步估算作為向土建提條件依據，待詳細設計增多增少都沒有關系，既不會使橋架走空，又不會使橋架過滿。但實際施工過程因設計方面的失誤造成無法完全按照規范要求施工，造成有的電纜橋架電纜過多，電纜擠壓，存在一定的隱患。這是將來在設計中要格外注意的地方。

1.6 電氣室的設置分析

較大型電氣室包括推拉酸洗機組電氣室、酸軋電氣室、連退電氣室和鍍鋅電氣室等主要生產機組電氣室。

酸軋聯合機組電氣室、推拉式酸洗機組電氣室地上一層布置變壓器、10kV 開關柜、低壓開關柜、MCC、傳動柜、計算機設備及基礎自動化設備等；設置地下室一層。其他較大型電氣室地上一層布置變壓器、10kV開關柜、低壓開關柜、 MCC 、傳動柜等；地上二層布置計算機設備及基礎自動化設備；設置地下室一層。一層與二層之間根據需要設置電纜夾層。

較小型電氣室包括重卷機組電氣室、磨輯間電氣室、循環水泵站電氣室、廢水處理站電氣室，酸再生站電氣室等。

較小型電氣室一層布置低壓開關柜、MCC、傳動柜及基礎自動化設備，不設置電氣地下室。

整個冷軋工程電氣室設計合理，電氣室明亮、整潔，電氣室冷卻采用集中冷風機加冷凝水方式冷卻，冷卻效果良好，這是值得推廣的，建議在新上項目上采用這種設計。

2 應用情況

自2018年冷軋全面投產，電氣設備所表現出來的穩定性達到了預想的效果，通過對標同類型產線，從設備作業率、設備故障率等進行比對分析，該產線均處于國內領先水平，實踐證明，通過對項目的不斷優化，使得該項目的電氣設計施工合理，技術成熟，取得了很大成果。

3 結束語

不同行業幾乎都會涉及到電氣設備，電氣系統的設計施工是一門很深的學問，雖然電氣設計施工技術日趨成熟，但不同的環境，不同的人員所產生的結果往往會有很大差異，既要遵循客觀規律，遵循相關規范，也要具體情況具體對待，找到適合自身條件的最佳方案，本文所闡述的內容是基于上述冷軋項目，在實踐中總結出來的經驗，具有很好的借鑒作用，希望為相關行業提供一種解決方案。