某工程电气设计的分析与总结

刘希国

（山东钢铁集团日照有限公司冷轧厂）

0 引言

冷轧产线生产机组及设施包括：热轧原料卷输送系统1套，推拉式酸洗机组1条、酸轧联合机组1条、连退机组2条、镀锌机组1条、重卷机组2条、重卷拉矫机组1条、半自动包装机组3条、磨辑间设施1套、各跨间相应的生产辅助设施和起重运输设施。公辅设施包括:酸再生、循环水站、废水处理站、事故水塔、综合调度楼等。执行现行的有效国家标准、行业标准、地方法律法规及《钢铁精品基地 项目工厂设计统一技术规定》等要求。电气工程主要包括几个部分：

1）供配电设施；

2）电气传动及基础自动化控制系统；

3）自动化仪表、检测控制系统；

4）计算机控制系统；

5）电讯设施。

电气工程是整个冷轧工程的重中之重，电气工程设计的合理与否、设备安装是否规范决定着项目的成败，该冷轧产线涉及的工序多，既相对独立又存在不可分割的联系，工程设计施工中千头万绪，需要保持清醒的头脑，需要全局意识，还要抓好每一个细节，对项目实施过程的把控是对技术人员的极大考验。

1 电气系统设计的分析

1.1 供电气系统设计

冷轧工程负荷等级大多为二级及三级负荷。

1）供电电源：取自冷轧110kV变电所。

2）供电距离：最短约250m（至酸轧机组轧机电气室），最长约800m（至推拉酸洗机组电气室）。

3）供电电压：10kV。

4）供电电源回路数：10kV，14回路。

5）供电电源引入的敷设方式：电缆隧道、电缆敷设引入。

供电系统的优点：变压器布局合理，均布局在负荷中心，而且不同的负荷变压器于不同种类的 MCC 柜相对应，这样就节省了长度，又降低了长距离的线路能源损耗，这是值得推广的地方。

1.2 安全供电及应急措施

（1）安全电源系统

为了保证生产的连续性和稳定性，采取下列安全供电措施：计算机及基础自动化控制系统采用带蓄电池的工业级不间断电源（工业级）UPS供电，保证供电的可靠性，蓄电池维持时间不少于30min。UPS 具有以太网接口，可以实现远程故障诊断。

变电所及各电气室10kV开关柜操作及指示电源采用带蓄电池及充电装置的直流电源。

电气室、控制室和操作室当正常供电电源停电时，采用充电式照明灯进行事故照明。在地下设施和人员集中的地方设置疏散指示灯。

NO.1连退和 NO.2连退共用一套柴油发电机组作为应急电源，设置在 NO.2连退出口电气室；连续热镀锌机组使用一套柴油发电机组作为应急电源，设置在连续热镀锌机组出口电气室。工作电源事故停电时自动投入到应急低压母线上。

处理线出现的异常停电及高压清扫中的停电，应急电源起到了很好的作用，事实证明这种配置方案非常合理，值得推广使用。

（2）补偿装置类型及安装地点

冷轧区域优化为四处补偿站，实际应用中在酸轧及处理线采用了SVG+FC的滤波方式，从运行来看效果良好，有效消除了大功率用电设备在运行中对电网的冲击，值得推广。

1.3 设备选型及设计分析

（1） 10kV 配电柜型式

10kV采用中置式手车开关柜，进线开关选 2500/2000A的真空断路器，母联开关选2500/2000A 的真空断路器，馈线开关选1250A 的真空断路器，上述设备的开断电流均选用31.5kA。

10kV变电站、中压开关柜、综保装置、中压断路器均选择国内知名品牌产品。从目前的使用来看，这些设备质量可靠，运行稳定，但也存在小的问题，比如无线测温传感器出现大量的烧损现象，需要在今后的工程中着重注意。

（2） 变压器的选择

冷轧项目的变压器国产变压器，一般的动力变压器选用山东鲁特变压器，整流变压器选用南通晓星变压器，上述两个厂家均为国内较知名的变压器制造厂家，从使用情况来看，这两家的变压器质量稳定，使用效果良好。

（3）低压配电柜型式

低压柜使用固定式或固定分隔式。所有低压配电柜、柜内主要一次元器件均选择国内知名品牌。目前的MCC柜主要由两家提供，采用施耐德电气元件，断路器均采用插拔式结构，这种结构的优点是便于更换，但也存在安全风险，这种结构不利于点检，出现问题后更换难度大，需要大面积停电才能处理。2#连退MCC柜着火事故也反映出这类设计结构存在的重大隐患。需要进行必要的优化，既要考虑更换的方便性，又要兼顾系统的安全性。

1.4 电气安全设计分析

电气安全主要是针对防雷及接地系统，冷轧工程建、构筑物为二类防雷设施，利用主厂房屋面作为接闪器，厂房柱子作为引下线与接地网格连接。

设置工作接地、保护接地、防静电接地、自动化控制系统及检测设备工作接地。接地体为网格型式，采用联合接地方式，接地电阻阻值不大于1Ω。所有接地做等电位连接。这种接地方式是目前设计中普遍采用新的接地形式。

工作接地：低压动力或照明变压器二次侧中心点采用中性点直接接地的 TN-C-S 系统，变压器中性点通过接地干线与接地极连接，其接地电阻要求小于 4Ω；对距离主厂房大于 50m 的辅助车间或动力配电箱等用电设备进行重复接地，重复接地电阻要求小于10Ω。

保护接地，对电气设备或电气装置的不带电金属部分和金属外壳均应接地，要求接地电阻小于4Ω。防止变电所的母线过电压的避雷接地，要求接地点尽量靠近被保护设备，要求接地电阻小于10Ω。

防静电接地：对煤气罐、室外煤气管道、氢气管道等的接地，要求接地电阻小于10Ω，上述管道工程每隔20～25m 还应设防静电接地，接地电阻不应超过10Ω。

在实际应用当中，发现这种共地不共线的接地网络方式尽管省去了专用接地极，但是这种设计忽略了一个重要因素是不同的负载各自的平衡点不一样，特别是高压设备，整流变频设备，变压器这些设备的负荷中性点电压平衡点肯定不会一致，就决定了这样多点不连贯的接地方式，必然导致各个地之间相互感应电压差加大。经过测试，部分区域在运行中各种地之间感应电压达到110V以上。因此认为这种接地系统设计有待进一步完善，在设计的时候有必要设计一些专用的接地极，做到有备无患。

1.5 电缆桥架与电缆设计分析

电缆桥架布局的考虑。在工厂设计中电气专业的电缆桥架设计不但要考虑配合有关工艺专业如何走向问题，还要考虑如何布局美观的问题，最后生产线外观整体形象的好坏，电缆桥架的走向起着至关重要的作用。整个冷轧工程的电缆桥架的设计绝大部分比较合理，但在实际的施工中发现，部分电缆桥架存在干涉现象，电缆走向也存在不合理的现象，主要是酸轧轧机区域，电缆量较大，有大量的粗电缆，这一区域的施工难度较大，影响了工程的进度，也造成了一定的浪费。

电缆应按 10kV，380V，220V，24V基本原则分层，在24V 位最高层可隔板分开模拟量和数字量的电缆，其余层次电压从底到高依次向下排列。但实际在敷设电缆时并未严格按照这样的原则执行，造成的问题是，出现了一些信号的干扰，比如酸轧张力辊编码器、DP通讯电缆等均出现了干扰现象。另外电缆敷设的原则还有电缆在桥架中占空率最大不宜超过80%，设计可按最大70%考虑，基本算法是，在桥架中控制电缆按外径设计成两层，动力电缆按外径设计成一层，这样初步估算作为向土建提条件依据，待详细设计增多增少都没有关系，既不会使桥架走空，又不会使桥架过满。但实际施工过程因设计方面的失误造成无法完全按照规范要求施工，造成有的电缆桥架电缆过多，电缆挤压，存在一定的隐患。这是将来在设计中要格外注意的地方。

1.6 电气室的设置分析

较大型电气室包括推拉酸洗机组电气室、酸轧电气室、连退电气室和镀锌电气室等主要生产机组电气室。

酸轧联合机组电气室、推拉式酸洗机组电气室地上一层布置变压器、10kV 开关柜、低压开关柜、MCC、传动柜、计算机设备及基础自动化设备等；设置地下室一层。其他较大型电气室地上一层布置变压器、10kV开关柜、低压开关柜、 MCC 、传动柜等；地上二层布置计算机设备及基础自动化设备；设置地下室一层。一层与二层之间根据需要设置电缆夹层。

较小型电气室包括重卷机组电气室、磨辑间电气室、循环水泵站电气室、废水处理站电气室，酸再生站电气室等。

较小型电气室一层布置低压开关柜、MCC、传动柜及基础自动化设备，不设置电气地下室。

整个冷轧工程电气室设计合理，电气室明亮、整洁，电气室冷却采用集中冷风机加冷凝水方式冷却，冷却效果良好，这是值得推广的，建议在新上项目上采用这种设计。

2 应用情况

自2018年冷轧全面投产，电气设备所表现出来的稳定性达到了预想的效果，通过对标同类型产线，从设备作业率、设备故障率等进行比对分析，该产线均处于国内领先水平，实践证明，通过对项目的不断优化，使得该项目的电气设计施工合理，技术成熟，取得了很大成果。

3 结束语

不同行业几乎都会涉及到电气设备，电气系统的设计施工是一门很深的学问，虽然电气设计施工技术日趋成熟，但不同的环境，不同的人员所产生的结果往往会有很大差异，既要遵循客观规律，遵循相关规范，也要具体情况具体对待，找到适合自身条件的最佳方案，本文所阐述的内容是基于上述冷轧项目，在实践中总结出来的经验，具有很好的借鉴作用，希望为相关行业提供一种解决方案。