简述国外矿山铜选厂电气设计的特点

罗双华

(中国瑞林工程技术股份有限公司，南昌 330031)

0 概述

澳大利亚金属矿山资源非常丰富，以铁矿和铜矿资源为主，地处南半球，为海洋性气候，呈现温度高、紫外线强、虫蛇/白蚁多等特点。本文结合澳大利亚昆士兰州某铜选矿厂工程在电气设计中的几大方面，对电气设计规范、供配电系统、变压器与变配电所形式、动力照明、防雷接地等进行叙述。

1 设计规范与设计准则

1.1 电气设计规范

澳大利亚有许多电气设计方面的规范，按照其执行优先级从低到高为：澳大利亚设计标准-地方行业标准-企业标准-地方法律法规等。

澳大利亚大部分设计标准等同于IEC标准，或根据澳洲自身国情将IEC标准进行修订，将标准号前缀IEC改为AS，同时澳大利亚很多标准与新西兰共用，通常冠名为AS/NZS。

在澳洲，洲标准均由澳大利亚标准委员会(SAI)统一发布管理，为通用型标准，即适用于各类型工程项目。电气设计除了需符合常用的AS标准外，还需符合行业标准以及项目当地的法律法规。

常用的澳洲电气相关设计标准有：(1)BCA-Building code of Australia；(2)AS/NZS 3000 Wiring Rules；(3)AS2067 Substations and high voltage installations exceeding 1kV a.c.；(4)AS/NZS 1768 Lightning Protection；(5)AS/NZS 3007 Electrical equipment in mines and quarries-Surface installations and associated processing Plant等。

在众多澳洲电气标准中，AS/NZS 3000 是澳洲特有的标准，IEC没有与之相对应的标准，是电气设计与安装方面最全面、最权威的一个标准，也是澳洲电气工程人员必备规范。而且，除以上标准外，一般还需符合企业设计标准及准则，其往往高于澳洲标准，是企业结合多年实践运行经验的总结或习惯做法，同时也是指导编制电气设计准则的重要依据。

1.2 电气设计准则

鉴于以上情况，在一个国外新建工程的基础设计阶段，就需要尽可能搜集和了解当地相关标准、法律法规等用于编制项目的电气设计准则，用于业主审核批准，以作为电气详细设计和图纸审查的指导性文件。澳洲常用供配电电压等级及用电设备电压选择见表1。

供配电电压等级及用电设备电压选择表 表1

2 电气工程设计

下文即结合澳洲工程项目、标准、法律法规、习惯做法等，就电气设计的高低压供配电系统、变配电所型式等方面进行叙述，以了解澳洲电气设计的一些特点。具体将从三方面描述澳洲与国内电气设计的差异。

2.1 高低压供配电系统

(1)中压供配电系统一般采用电阻接地形式，即接地变压器加中性点接地电阻形式。

(2)中压配电装置或元器件的短时耐受电流时间一般为1s。

(3)对于电机功率≥2 000kW的异步电机，国内规范需要增设差动保护，而澳洲规范无此要求。对于矿山领域的大型电机，如球磨机一般采用异步绕线型电机带水阻柜启动，半自磨机或高压辊磨机采用变频启动。

(4)根据澳大利亚昆士兰州矿山安全和职业健康法规定，操作人员必须保证矿山上使用的每一个电气设备需有切断主回路全电流的隔离设施，其需安装在人员容易进入并需要执行隔离的地方。

一般非电气人员是不允许进入高低压配电室的。故一般高压设备需由电工来进行操作，所以现场不需要加负荷开关，如室外变压器侧及高压电机侧均未设置隔离设施。而低压设备有时需由工艺人员进行操作，故低压电机需配置负荷隔离设施，即在配电柜与电机主回路之间增加负荷开关，以便现场人员对设备检修调试时，可现场切断主电源并挂锁，以保证检修人员的安全，而不需要在配电室低压柜进行断电隔离。

(5)低压供配电系统接地形式一般为MEN(Multiple earthed neutral)，即中性点多点接地系统， N排与PE排之间的联接称为MEN-LINK,该接地形式与我国的TN-C-S系统相对应, 详见图1。

图1 低压配电系统MEN连接示意图

(6)低压供配电系统一般采用“PC+MCC”级的配电形式， MCC根据各区域或工段进行划分，一般采用单回路进线。在PC段进行无功自动补偿，为减少MCC的电流，一般将大电流回路设备由PC段母线供电。

(7)污水泵一般采用插接装置(Decontactor)配电，故而断路器需配漏电保护装置。

(8)所有交流电气开关元件需要有可配挂锁功能及配检修标识，以保证检修人员安全。

2.2 变压器与变配电所形式

2.2.1 变压器

配电变压器一般采用全密封油浸式变压器，采用露天布置形式，四周设置铁丝网围栏，如需要考虑与周边建(构)筑物防火距离时，一般采用防火墙形式。图2为6.6/0.415kV 2 500kVA变压器的防火分区图，为保证E-HOUSE不在防火分区内，需要增加耐火极限为2h的防火墙。

图2 变压器的防火分区图示意图

2.2.2 变配电所形式

在澳洲，施工人员人工时单价很高，因此为适应澳洲工程项目的特点，变配电所一般采用预组装模块化(E-HOUSE)形式(该形式在发达国家应用非常普遍)。该配电房集电气、空调、CCTV、门禁、消防等系统为一体,具有预制模块化变电站，整体运至项目现场，可大大减少现场电气施工和调试工作量，缩短工程建设周期，减少施工费用。

2.2.3 变电所内电气设备布置要求

澳洲对于配电室内电气设备的布置要求与国内差异很大，其关于电气设备操作距离的一个重要的数字为600mm，即无论何时，满足设备的最大外廓(门打开或抽出式部分抽出时)与对面的墙或设备有≥0.6m宽的通道即可，如图3所示。

图3 配电所内电气设备间距要求

2.3 防雷与接地设计

2.3.1 防雷设计

防雷接地一般需由当地具有防雷设计资质的公司完成。澳洲有专门的防雷设计规范，主要基于IEC标准，有四类。对受保护构筑物需进行雷电危险评估，以确定建筑物防雷保护类别。

防雷接闪器一般采用避雷针的形式，采用滚球法设置避雷针。对于平屋面，为便于校验保护范围，提出增加保护半径，采用该值校验保护范围，具体见表2。

各保护等级滚球半径 表2

2.3.2 接地设计

全厂接地一般采用联合接地系统，人工接地装置主要采用裸铜导线，全厂整个接地系统均需满足跨步电压和接触电压的保护要求。保护接地线要有可见性，即一般在电机底座或电气箱体均需有接地螺栓通过与桥架内的接地干线相联结，以形成全厂总等电位联结。

3 电气安装

在澳洲，电气安装通常不设监理公司，均由施工单位电气监管员按照业主施工要求和设计图纸进行电气安装。以下为电气安装方面的一些常用做法。

(1)澳洲对于电缆和弯曲半径等有其自有的设计制造标准。而且，为方便快速区分电缆类型，一般低压电力电缆外皮为橘色，高压电缆和控制电缆外皮为黑色。国内YJV-0.6/1kV-3×25+1×16铜芯，交联聚乙烯绝缘，聚氯乙烯护套动力电缆,在澳洲一般表示为XLPE/Cu/PVC-0.6/1kV-3C+E-25，其中3C为3相芯，E为地芯(其截面不表示出来)。

(2)电气安装规范AS3007-2013 2.11中规定，在正常操作中由于振动、潮湿、机械等可能受到损伤的电缆需采用铠装电缆或带屏蔽层电缆以限制由于电缆故障而可能升高的接触电压和跨步电压。故一般选矿厂车间均采用钢丝铠装型(SWA)电力电缆，变频专用电缆由于采用带铜带屏蔽层不需要铠装。

(3)为尽量避免电缆外径与设备厂家预留孔不匹配而造成返工等操作，电动机接线盒和电气柜(箱)体底部常采用可拆卸格兰板的形式。

(4)电缆桥架一般采用NEMA 标准型热镀锌钢制桥架，为加快电气设备与桥架支架安装和节约施工成本，澳洲常采用螺栓固定形式的成品型材(如UNISTRUT)，而尽量少用焊接。

(5)由于国内标准安装图集不适用于国外工程，故而需设计出一些标准安装详图，如电气小三箱，灯具在钢结构或混凝土上不同的安装形式，以指导施工单位进行合理的电气设备安装。

(6)对于路灯或栏杆上安装的灯具，一般采用可旋转放倒型灯杆(SWIVEL型)，可方便日后灯具的维护和检修。

4 电气图纸表达与交付文件

4.1 电气设计图纸

电气图纸是工程各参与方交流的语言，在图纸表达与深度方面一般也要符合当地电气人员的识图习惯等，以便更好地表达电气设计传达的工程信息。

在澳洲，动力与照明配线等一般不需要表达配线路径，只需要表明电气设备、灯具、桥架支架等安装位置以及桥架敷设路径即可。除了平面图设计之外，澳洲为减少桥架及支架与钢结构、设备、管道及其支架之间的碰撞问题以及提高施工效率等，还常需要进行管道及桥架等的三维设计(如Bentley软件)。

管线表一般采用Excel表格形式，以表示电压降、接地故障保护等信息，方便审查人员校核。

4.2 电气设计交付文件

澳洲对用电及安全非常重视，故设计方除了需要提供设计图纸文件给承包商外，还需要提供电气设计计算书，并编制相应的文档报告，由业主方提交政府部门进行审核及备案，以作为整个工程项目电气设计安全方面的重要依据。针对电气设计报告，根据不同项目需求不限于提供以下常见相关设计报告：电力系统模型与电力负荷计算报告；短路故障报告；谐波分析报告；保护配合与整定计算报告；弧光保护报告；防雷接地报告；照度计算报告。

5 结束语