铅电解车间的电气设计

顾大为

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

电力节能

铅电解车间的电气设计

顾大为

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

本文分交流部分和直流部分分别介绍了铅电解车间的电气设计。交流部分介绍了从负荷计算到平面图设计遵循的原则和需要注意的问题；直流部分介绍了整流变压器的选型以及直流母排规格的选择等相关问题。经过一年多现场应用的反馈，该设计能够满足现场工艺指标的达产需要。

铅电解； 电气设计； 铜母排

1 概述

铅电解是以硅氟酸铅- 硅氟酸的水溶液为电解液，进行电解精炼铅的冶金过程。传统的铅电解精炼是1901年由A·G·柏兹所提出，百年来一直沿用。铅电解精炼的目的是获得高品位的电解铅，并使其中的铋及贵金属进入阳极泥。

铅电解作为生产成品电铅锭的最后一道工序是重中之重。作为公辅专业的电气设计，更要配合好每一个细节，做好保驾护航工作。本文以某有色冶炼厂为例，说明铅电解车间的电气设计过程以及需要注意的问题。

某有色冶炼厂地处低纬云南高原，属亚热带高原季风气候，冬无严寒，夏无酷暑。年平均气温15.5 ℃，无霜期330～360 d，全年日照数1 561.7 h，年雷暴日数51次。该有色冶炼厂主要分为火法精炼区、电解区、铅锭浇铸区、阳极泥处理系统及生产管理区。

铅电解车间按照设备紧凑、物流顺畅、便于操作管理的原则进行配置，其位置靠近厂区中心，贴近熔炼车间和厂区主干路，便于工艺流程中熔炼车间粗铅的进入和成品电铅锭的运输离厂。厂房占地为222.2×34.0 m，分为上下两层，房顶设天窗。

2 工程设计

该车间的电气设计工作主要分为两部分：低压交流部分和电解整流直流部分，现逐一介绍。

2.1 低压交流部分

铅电解车间电气专业接受条件专业有火法、湿法、暖通、水道、仪表专业等。汇总各专业的负荷后计算结果如下：P总=1 500kW；P工作=1 480 kW；在无功补偿450 kVar后，Pjs=900 kW，S=950 kVA。由于铅电解车间工艺较独立，车间跨度较大，与其他车间无从属电源配给关系，故决定选择2台630 kVA油浸式变压器独立供电。2台变压器只负责本子项负荷，负荷率约为75%。2路10 kV电源引自上级10 kV配电站。

将配电室放置于负荷中心是电气设计的首要原则。与工艺专业反复沟通后，在厂房中心位置副跨的0 m平面预留了15×10 m空间，用以放置配电室，具体配置如图1。

图1 变压器及配电室布置图

如图1所示，变压器选用630 kVA S11- M型全封闭变压器，2台变压器分列运行，1段变压器带1段负荷，8台低压柜，2段变压器带2段负荷，7台低压柜。2段母线间设置母联断路器，以满足1台变压器故障时检修的需要。为增强通风散热效果，变压器室布置方案为封闭高式布置，采用F3- 10方案，详见《国标图集》03D201- 4。动力平面、照明平面及防雷接地应遵循的原则与应注意的问题详述如下。

(1)动力平面遵循原则：电源箱(+AM，+AF)、控制箱(+AC)、照明箱(+AL)等为靠墙或靠柱明装，箱底距地1.3 m。 动力与控制电缆敷设主要以电缆桥架为主, 从电缆桥架引至电动机或电气设备的电缆采用穿管明设(沿柱、墙、顶棚等)或暗设(沿地面、楼板)。

需要注意的问题：①由于该车间工艺管道、通风管道多，施工时需与土建、水道、暖通专业密切配合; ②施工完成后，所有的电缆孔洞应用防火材料进行封堵，并对所有钢构件、支架以及连接件按规程做好防腐处理。

(2)照明平面遵循原则：由于厂房环境恶劣(HF腐蚀环境)，所有灯具均采用防腐蚀的三防灯具。根据《照明设计手册(第二版)》工厂照明的相关要求计算车间室形指数RI后，宜选用宽配光灯具，并采用一般照明和局部照明相结合的方式。配电室内设置疏散照明，应急照明不小于30 min。

需要注意的问题：①不同照明回路不共管，各回路不共用N和PE线；②照明配电箱外壳、照明线路钢管、灯具等需等电位连接,并可靠接地。

(3)防雷接地遵循原则：依据《建筑物防雷设计规范》GB50057—2010计算得出预计雷击次数为0.15次/a，为第三类防雷建筑物。车间采用联合接地方式，即电磁兼容性接地，防雷接地，采用共用接地系统，接地电阻不大于4 Ω。在屋顶避雷带固定墩处明敷一圈直径10 mm圆钢(热镀锌)作为避雷带。支墩间距直线段为1 m，转角段为0.5 m,并与混凝土柱内引下线主筋可靠连接，具体做法参考《建筑物防雷设施安装》99D501-1。车间四周构造柱内的主钢筋至少有两根直径12 mm圆钢自上而下连续焊接，其上端与混凝土屋面内钢筋可靠焊接后伸出屋面200 mm(连接避雷带、栏杆)，其下端与基础地梁内主钢筋焊接，自上而下保持通路。

需要注意的问题：①基础地梁内的钢筋必须和柱子内钢筋可靠焊接，保持电气通路。利用柱子基础，地梁和桩作为自然接地体，具体做法参考《接地装置安装》03D501-4；②车间接地系统通过室外接地干线与相邻车间连通，整个厂区形成统一的防雷接地网。

2.2 电解整流直流部分

车间共设置340个电解槽，各槽电压约为0.4 V，工作电流区间为6 000～8 000 A。经与工艺专业沟通，直流母线和槽边导电板属于电气专业设计范畴，槽间导电板属于工艺专业设计范畴。

首先，考虑直流母线的出线方便后，与工艺专业协商后最终选择车间中心位置副跨0 m平面6×10 m的两个紧挨着的房间作为整流变压器室和整流控制室，其中整流控制室正上方的二层平面为操作员室，摆放整流操作柜及变压器调压开关及配套UPS。

其次，依据工艺参数需求，经计算选择2 100 kVA整流变压器，整流接线方式为三桥式非同相逆并联方式，实际使用的整流变压器为2 200 kVA，6相12脉波。

再次，依据《有色金属冶炼厂电力设计规范》GB50673—2011，铜母排的电流密度范围宜为1.0～1.5 A/mm2。依据工作电流区间，按最大工作电流情况考虑，选择100×10 mm规格铜母排，共8片。

直流母排的布置原则是将340个电解槽串联布置，在直流电的作用下，让阳极中的铅溶解并在阴极上析出得到含铅99.9 %以上阴极铅。

需要注意的问题：①当直流母线的直线段较长时，铜母线宜每隔30 m装设一个母线伸缩接头；②穿过楼板的直流母线对楼板、梁、柱及电解槽的安全净距不应小于50 mm；③直流母线连接处的连接面的电流密度不应大于0.1 A/mm2。本子项的直流母线连接均为机械压板通过螺母连接，焊接处搪锡处理。

3 结束语

该车间工艺流程至今已经正常生产一年多，一切工艺指标正常。经与现场人员的沟通反馈得知，电气交流部分能够很好地满足现场实际操作水平的需要，直流部分提供的电流密度能使阳极中的铅溶解并在阴极上析出，达到了设计要求。铅电解车间的电气设计工作复杂繁琐，遇到具体问题应结合实际情况具体分析。

[1] GB50052—2009 供配电系统设计规范[S]．

[2] GB50673—2011 有色金属冶炼厂电力设计规范[S]．

[3] 水利电力西北电力设计院．电力工程电气设计手册(电气一次部分)[M]. 北京：中国电力出版社，1989：119-227，933-934．

[4] 《钢铁企业电力设计手册》编委会．钢铁企业电力设计手册(上册)[M]．北京：冶金工业出版社，1996：539-570．

[5] 《中国电力百科全书》编辑委员会. 中国电力百科全书(第三版)[M]. 北京：中国电力出版社，2014.

[6] 北京市照明学会照明设计专业委员会.照明设计手册(第二版)[M]. 北京：中国电力出版社，2006.

Electrical Design of Lead Electrolysis Plant

GU Da-wei

This article describes the process of electrical design work through AC & DC section. The AC section describes the principles to follow and problems that need to be paid attention to from the load calculation to the plan designing; the DC section describes the selection of the rectifier transformer, the DC bus bar size selection and other related issues. After the feedback of more than a year’s field application, this electrical design can meet the needs of proper field production as originally conceived.

lead electrolysis; electrical design; copper bus bar

2015-05-01

顾大为(1986—)，男，山东烟台人，硕士，工程师，主要从事有色金属冶炼相关的供配电设计工作。

TM402

A

1008-5122(2015)05-0025-03