氯碱工程电气装置设计及施工体会

何 晖，邓子伟，郑建东

（南宁化工股份有限公司，广西 南宁 530031）

在氯碱企业技改建设工程的电气设计中，电气设备及主要材料的选型设计很重要，现场施工的细节把握同样影响工程质量。

1 中压配电系统的设计

有许多氯碱企业的整流变都采用35 kV供电。目前，35（40.5）kV的开关设备大多采用户内铠装移开式交流金属封闭开关设备（手车式开关柜），中压断路器大多采用真空断路器和六氟化硫断路器，继电保护装置的配置大多采用综合自动化继电保护装置。在氯碱化工企业中，采用真空断路器较合适，相对六氟化硫断路器，其维护工作量要小得多。此外，对35（40.5）kV金属铠装手车式开关柜的配置方面还应注意问题。

（1）保证足够的绝缘间距。开关柜的绝缘间距应满足电气间距的要求，以保证设备的安全运行。南宁化工股份有限公司曾与某开关柜制造商接触，图纸设计的母排宽度为100 mm，但该制造商只能提供宽度不大于80 mm的母排。经了解，该制造商生产的35（40.5）kV开关柜选用80 mm宽的母排时，相-地和相间绝缘间距为规范要求的最小临界值，在实际场合中，特别是在南方潮湿的环境下，很难满足电气绝缘距离要求（已出现过类似事故的例子），最终只好放弃选用该制造商的开关柜。

（2）选用可靠的绝缘材料。 35（40.5）kV 金属铠装手车式开关柜柜间都采用穿墙式绝缘套管支撑固定母排，这些套管大多是用高分子材料制成。许多柜子在投入运行后，都会发生母排与绝缘套管之间的放电现象，逐渐产生“水树”状。在运行几年后，部分柜子在该部位会发生绝缘击穿事故 （10 kV的柜子在氯气环境下亦有此现象发生）。此部位的电位梯度过陡是产生该现象的主要原因。在35（40.5）kV开关柜的制造商中，对此问题解决得比较好的不多，这些情况应在设计时了解清楚，以便选择适合的制造商。

（3）根据实际情况选择中压手车柜（中置柜）的小车触头（隔离插头）。大多数制造商的小车触头都采用环形触头（梅花型）。在氯碱企业的腐蚀环境下，早期的环形触头曾出现过触头的环形弹簧圈因腐蚀和金属疲劳断裂，触指松脱造成事故，而鸭嘴式触头却无此类事故发生。

（4）在分期建设的工程中，在同一中压配电室内，最好采用同一型号的开关柜，以免因开关柜型号、操作内容的差异而发生操作安全事故，在电力部门这是一条不成文的规定。

（5）对于继电保护装置，其布置方式采用微机继电保护单元集中组屏安装在主控室内更合适。有些企业将微机继电保护单元分散安装在各个中压开关柜上，这样的配置方式虽然接线较短，但后台监控设备发生故障时，不能快速进行手动分闸操作，配电室的环境条件对继电保护装置的运行并非很好。目前，主控室内都安装了空调装置，微机继电保护单元集中组屏安装在主控室内，既利于监控操作，也可保证继电保护装置在适宜的环境温度下运行，提高了继电保护系统的安全可靠性。

2 低压配电系统的设计

2.1 低压开关柜的选型设计

开关柜现大多采用GGD型（固定式）和GCS型（抽屉式）等类型，该公司倾向于采用GGD型，因其故障率低、维护维修方便；而GCS型等抽屉式开关柜，维护维修复杂，抽屉接插头易发热而发生故障，故障率比较高。至于采用何种型式的低压开关柜，可根据实际情况选择。

2.2 低压开关柜的安装布置

由于氯碱装置具有腐蚀性、易燃易爆的环境特征，一般采用集中安装低压配电柜，远离腐蚀、易燃易爆场所。虽然电缆线路稍长，但可保证安全和延长电气设备的寿命。

2.3 电流互感器的选型设计

电流互感器的二次电流有5 A和1 A 2种标准，过去，国内大多采用5 A标准，上世纪80年代进口的电气设备即采用1 A的电流互感器标准，国家某电网规定220 kV及以上变电站的电流互感器必须采用1 A标准。我们发现在采用5 A标准时，因现场电流表的电缆较长约100 m，当电流表电缆截面为2.5 mm2时，现场电流表的指示与实际电流读数误差较大，如300/5电流互感器往往有几十安培的指示误差，且5 A标准时的电流表电缆的电能损耗较大（△W=I2R），电能计量的精度亦较低。所以，在后来的工程中，将35～0.4 kV所有的电流互感器二次电流全部改用1 A的标准，解决了电流表读数误差大的问题，提高了电能计量的精度，且节能。据估算，1 A标准的电流表电缆电能损耗为5 A标准的1/25。

2.4 电动机启动方式的选择

在电网参数允许的情况下电动机采用直接启动为最好。在电动机采用降压启动的场合，过去采用较多的诸如星－三角启动、自耦变压器降压启动、液阻降压等启动方式已逐渐淘汰，而改启用动电压曲线较平滑，启动性能较优越的软启动器起动。在化工企业的环境中，软启动器的电子控制板最好采用防腐材料密封的，这样可以延长使用寿命。在软启动器的配置上，软启动器有采用一拖一和一拖n的方式。根据化工企业机泵的运行模式，为保证设备检修不至于影响其他机泵的正常运行，建议还是采用一拖一的方式为好。

3 电缆的设计与施工

3.1 在电缆的使用安装和敷设过程中出现过的失败案例

（1）某氯碱企业在江边的抽水泵船的供电线路设计中，在岸上与船上之间拉一条钢绞线，附挂YJV22的电力电缆向船上抽水装置供电。这个设计存在2个重大缺陷，一是船体是活动的，与岸上架设的钢绞线不可能拉紧，也是无法悬挂电缆的；二是在移动场合是不能采用类如YJV22、VV22等硬质导线的电力电缆，否则，会因金属疲劳等原因发生电力电缆事故。根据国家标准GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》的规定，在移动场合只能采用橡胶绝缘的多股铜芯软质移动电缆。该缺陷幸好在施工前被发现，得到及时纠正。

（2）某化工企业采用4根YJV22-0.6/1kV-3*240+1*120电力电缆向配电室供电。施工者在穿越马路段时，每根电缆分别穿1条钢管保护，并将每根电缆的4芯并联为一相电源线使用，在投入运行后不久，发生了电缆在护管内烧断的事故。这是个典型的因涡流过热而烧坏电缆的事故。

3.2 35 kV电力电缆的选择

在许多氯碱企业中，35 kV电力电缆得到广泛使用，电缆有三芯电缆和单芯电缆2种规格，根据现场施工的难易情况，基本都是采用单芯电缆。如在某工程中，电力部门要求采用35 kV的三芯电力电缆（YJV22-21/35 kV-3*300），根据现场的实际情况，发现三芯35 kV电缆直径较大，施工比较困难，在与电力部门进行充分沟通后，最终采用了单芯电力电缆（YJV73-21/35kV-1*300）。

某企业采用测试直流泄漏电流来检验35 kV电力电缆的质量，发现各制造商的电缆的泄漏电流相差很大，最后根据试验结果选择制造商，从而保证了采购35 kV电力电缆的质量。

3.3 电缆附件的选择

根据多年的实际运行经验发现，热收缩电缆附件在10 kV及以下时的性价比较高，使用效果较好。而热收缩电缆附件在35 kV电缆上使用特别是在户外场合，效果就不很理想，一般使用寿命为一年半到3年。在设计选型中，35 kV的电缆附件宜采用冷收缩型，虽然冷收缩电缆附件价格较高，但是使用寿命较长（10年以上），效果比较好。

3.4 电缆护管的选择

目前，大多数暗埋敷设的电缆大多采用CPVC管和UPVC管保护，CPVC管与UPVC管的区别是，CPVC管的软化温度为92℃，UPVC管的软化温度为81℃，而CPVC管的价格成本基本上是UPVC管价格的2倍以上，2种管材的抗压强度基本一致。有部门强调电缆护管必须采用CPVC管，从实际运行情况看，电力电缆外层护套的运行温度基本上不超过60℃，且埋设在地下时，散热情况还不错，不会达到81℃，UPVC管作为电缆护管时的使用情况良好，与CPVC管的使用情况基本一致。据了解，现市场上大多数用于电缆护管的CPVC管均不是真正的CPVC管，即软化温度都达不到92℃。电缆护管采用UPVC管，工程造价可以降低，设计基本上都采用UPVC管。

3.5 电力电缆的施工

有些人认为，过去使用的中压电力电缆大多是油浸纸绝缘的，很怕潮湿，现在，基本上都采用交联聚乙烯绝缘和聚氯乙烯绝缘的电缆，应该是不怕受潮的。其实这是个很大的错误认识，中压交联聚乙烯绝缘电缆也是很怕潮湿的，如果在施工时，只是简单地处理电缆端部的受潮部位，而电缆内部（中部）的受潮情况没有处理，在制成电缆头后，一般都能通过预防性试验，投入运行时一般也不会发现异常，但当运行一两年后，在电场的作用下，电缆内部的潮气就会在电缆的绝缘层上产生“水树”状，发生绝缘击穿事故（我们已经历多起此类事故）。所以，在中压电力电缆施工时，要注意不要弄破电缆的外护层，防止水分进入电缆的绝缘层，保存保管电缆时也要作好防潮。在安装电缆附件前还应“干燥”电缆内部，根据多年的经验，采用真空法干燥电缆效果很好。

对于供电等级为二级的氯碱企业，供电的可靠性不言而喻，而电缆的质量就显得非常重要。目前，市场上的电缆质量参差不齐，有些制造商的产品存在质量问题，如（1）电缆芯线截面积不足，按国家标准，电缆芯线截面积不能超过标称截面积的±5%，一些制造商的电缆芯线截面积只有标准截面积的85%左右，更甚者，只有75%；（2）电缆导体材料不满足国标的要求，有些制造商将回收的废旧杂铜用于电缆制造，这样，导体铜材就达不到国标99.9%T2铜的标准，电缆的电阻率就会增加。有一氯碱企业使用了芯线截面积不足的电缆，投入运行半年左右，就发生了电缆发热、绝缘击穿短路事故。所以，加强电缆到货时的验收工作，是保证工程顺利投运的重要一环。

3.6 屏蔽控制电缆的使用

随着化工企业越来越多地使用DCS，电气专业与过程自动化专业（仪表专业）的联系越来越多，原大多采用普通的控制电缆，出现了一些干扰误动现象。我们在设计时注意到这个问题，改用屏蔽型控制电缆，避免了这一现象的出现。

4 接地装置的设计

在氯碱建设工程中，各种设备的接地装置都要求独立设置，但在现实中，因受现场场地条件的限制，往往难以实现。根据按国家标准GB16895.3—2004/IEC60364-5-54：2002《建筑物电气装置 第5-54部分：电气设备的选择和安装接地配置、保护导体和保护联接导体》中有关规定，将各种接地网连成一体，即地下各网互相连接，各接地装置的引下点在地中距离相隔大约15 m，接地电阻标准取各接地网的接地电阻最小值，一般为1 Ω左右，在已完成的工程中效果良好。

5 防爆与防腐电器的选择

化工企业许多场合为易燃易爆、腐蚀环境，选择好的防爆、防腐电器很重要。目前，防爆、防腐电器外壳基本上都是采用钢、铸铁、铸铝、不锈钢、全塑型（玻璃纤维增强不饱合聚酯树脂）制成。根据多年的经验，在氯碱化工企业中采用全塑型（玻璃纤维增强不饱合聚酯树脂）防爆、防腐电器效果较好。

6 其他

在氯碱建设工程设计工作中，建设方的工程师最好能融入设计工作过程，与设计师多多交流，根据现场的实际情况，及时提出意见，或参与设计。这样就可以提早发现设计上的错误和不妥之处，避免不必要的返工和浪费，提高设计的质量和工程投运的成功率。