鉛電解車間的電氣設(shè)計(jì)

顧大為

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

電力節(jié)能

鉛電解車間的電氣設(shè)計(jì)

顧大為

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

本文分交流部分和直流部分分別介紹了鉛電解車間的電氣設(shè)計(jì)。交流部分介紹了從負(fù)荷計(jì)算到平面圖設(shè)計(jì)遵循的原則和需要注意的問題；直流部分介紹了整流變壓器的選型以及直流母排規(guī)格的選擇等相關(guān)問題。經(jīng)過一年多現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的反饋，該設(shè)計(jì)能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)工藝指標(biāo)的達(dá)產(chǎn)需要。

鉛電解； 電氣設(shè)計(jì)； 銅母排

1 概述

鉛電解是以硅氟酸鉛- 硅氟酸的水溶液為電解液，進(jìn)行電解精煉鉛的冶金過程。傳統(tǒng)的鉛電解精煉是1901年由A·G·柏茲所提出，百年來一直沿用。鉛電解精煉的目的是獲得高品位的電解鉛，并使其中的鉍及貴金屬進(jìn)入陽極泥。

鉛電解作為生產(chǎn)成品電鉛錠的最后一道工序是重中之重。作為公輔專業(yè)的電氣設(shè)計(jì)，更要配合好每一個(gè)細(xì)節(jié)，做好保駕護(hù)航工作。本文以某有色冶煉廠為例，說明鉛電解車間的電氣設(shè)計(jì)過程以及需要注意的問題。

某有色冶煉廠地處低緯云南高原，屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑。年平均氣溫15.5 ℃，無霜期330～360 d，全年日照數(shù)1 561.7 h，年雷暴日數(shù)51次。該有色冶煉廠主要分為火法精煉區(qū)、電解區(qū)、鉛錠澆鑄區(qū)、陽極泥處理系統(tǒng)及生產(chǎn)管理區(qū)。

鉛電解車間按照設(shè)備緊湊、物流順暢、便于操作管理的原則進(jìn)行配置，其位置靠近廠區(qū)中心，貼近熔煉車間和廠區(qū)主干路，便于工藝流程中熔煉車間粗鉛的進(jìn)入和成品電鉛錠的運(yùn)輸離廠。廠房占地為222.2×34.0 m，分為上下兩層，房頂設(shè)天窗。

2 工程設(shè)計(jì)

該車間的電氣設(shè)計(jì)工作主要分為兩部分：低壓交流部分和電解整流直流部分，現(xiàn)逐一介紹。

2.1 低壓交流部分

鉛電解車間電氣專業(yè)接受條件專業(yè)有火法、濕法、暖通、水道、儀表專業(yè)等。匯總各專業(yè)的負(fù)荷后計(jì)算結(jié)果如下：P總=1 500kW；P工作=1 480 kW；在無功補(bǔ)償450 kVar后，Pjs=900 kW，S=950 kVA。由于鉛電解車間工藝較獨(dú)立，車間跨度較大，與其他車間無從屬電源配給關(guān)系，故決定選擇2臺(tái)630 kVA油浸式變壓器獨(dú)立供電。2臺(tái)變壓器只負(fù)責(zé)本子項(xiàng)負(fù)荷，負(fù)荷率約為75%。2路10 kV電源引自上級(jí)10 kV配電站。

將配電室放置于負(fù)荷中心是電氣設(shè)計(jì)的首要原則。與工藝專業(yè)反復(fù)溝通后，在廠房中心位置副跨的0 m平面預(yù)留了15×10 m空間，用以放置配電室，具體配置如圖1。

圖1 變壓器及配電室布置圖

如圖1所示，變壓器選用630 kVA S11- M型全封閉變壓器，2臺(tái)變壓器分列運(yùn)行，1段變壓器帶1段負(fù)荷，8臺(tái)低壓柜，2段變壓器帶2段負(fù)荷，7臺(tái)低壓柜。2段母線間設(shè)置母聯(lián)斷路器，以滿足1臺(tái)變壓器故障時(shí)檢修的需要。為增強(qiáng)通風(fēng)散熱效果，變壓器室布置方案為封閉高式布置，采用F3- 10方案，詳見《國標(biāo)圖集》03D201- 4。動(dòng)力平面、照明平面及防雷接地應(yīng)遵循的原則與應(yīng)注意的問題詳述如下。

(1)動(dòng)力平面遵循原則：電源箱(+AM，+AF)、控制箱(+AC)、照明箱(+AL)等為靠墻或靠柱明裝，箱底距地1.3 m。 動(dòng)力與控制電纜敷設(shè)主要以電纜橋架為主, 從電纜橋架引至電動(dòng)機(jī)或電氣設(shè)備的電纜采用穿管明設(shè)(沿柱、墻、頂棚等)或暗設(shè)(沿地面、樓板)。

需要注意的問題：①由于該車間工藝管道、通風(fēng)管道多，施工時(shí)需與土建、水道、暖通專業(yè)密切配合; ②施工完成后，所有的電纜孔洞應(yīng)用防火材料進(jìn)行封堵，并對(duì)所有鋼構(gòu)件、支架以及連接件按規(guī)程做好防腐處理。

(2)照明平面遵循原則：由于廠房環(huán)境惡劣(HF腐蝕環(huán)境)，所有燈具均采用防腐蝕的三防燈具。根據(jù)《照明設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二版)》工廠照明的相關(guān)要求計(jì)算車間室形指數(shù)RI后，宜選用寬配光燈具，并采用一般照明和局部照明相結(jié)合的方式。配電室內(nèi)設(shè)置疏散照明，應(yīng)急照明不小于30 min。

需要注意的問題：①不同照明回路不共管，各回路不共用N和PE線；②照明配電箱外殼、照明線路鋼管、燈具等需等電位連接,并可靠接地。

(3)防雷接地遵循原則：依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057—2010計(jì)算得出預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)為0.15次/a，為第三類防雷建筑物。車間采用聯(lián)合接地方式，即電磁兼容性接地，防雷接地，采用共用接地系統(tǒng)，接地電阻不大于4 Ω。在屋頂避雷帶固定墩處明敷一圈直徑10 mm圓鋼(熱鍍鋅)作為避雷帶。支墩間距直線段為1 m，轉(zhuǎn)角段為0.5 m,并與混凝土柱內(nèi)引下線主筋可靠連接，具體做法參考《建筑物防雷設(shè)施安裝》99D501-1。車間四周構(gòu)造柱內(nèi)的主鋼筋至少有兩根直徑12 mm圓鋼自上而下連續(xù)焊接，其上端與混凝土屋面內(nèi)鋼筋可靠焊接后伸出屋面200 mm(連接避雷帶、欄桿)，其下端與基礎(chǔ)地梁內(nèi)主鋼筋焊接，自上而下保持通路。

需要注意的問題：①基礎(chǔ)地梁內(nèi)的鋼筋必須和柱子內(nèi)鋼筋可靠焊接，保持電氣通路。利用柱子基礎(chǔ)，地梁和樁作為自然接地體，具體做法參考《接地裝置安裝》03D501-4；②車間接地系統(tǒng)通過室外接地干線與相鄰車間連通，整個(gè)廠區(qū)形成統(tǒng)一的防雷接地網(wǎng)。

2.2 電解整流直流部分

車間共設(shè)置340個(gè)電解槽，各槽電壓約為0.4 V，工作電流區(qū)間為6 000～8 000 A。經(jīng)與工藝專業(yè)溝通，直流母線和槽邊導(dǎo)電板屬于電氣專業(yè)設(shè)計(jì)范疇，槽間導(dǎo)電板屬于工藝專業(yè)設(shè)計(jì)范疇。

首先，考慮直流母線的出線方便后，與工藝專業(yè)協(xié)商后最終選擇車間中心位置副跨0 m平面6×10 m的兩個(gè)緊挨著的房間作為整流變壓器室和整流控制室，其中整流控制室正上方的二層平面為操作員室，擺放整流操作柜及變壓器調(diào)壓開關(guān)及配套UPS。

其次，依據(jù)工藝參數(shù)需求，經(jīng)計(jì)算選擇2 100 kVA整流變壓器，整流接線方式為三橋式非同相逆并聯(lián)方式，實(shí)際使用的整流變壓器為2 200 kVA，6相12脈波。

再次，依據(jù)《有色金屬冶煉廠電力設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50673—2011，銅母排的電流密度范圍宜為1.0～1.5 A/mm2。依據(jù)工作電流區(qū)間，按最大工作電流情況考慮，選擇100×10 mm規(guī)格銅母排，共8片。

直流母排的布置原則是將340個(gè)電解槽串聯(lián)布置，在直流電的作用下，讓陽極中的鉛溶解并在陰極上析出得到含鉛99.9 %以上陰極鉛。

需要注意的問題：①當(dāng)直流母線的直線段較長時(shí)，銅母線宜每隔30 m裝設(shè)一個(gè)母線伸縮接頭；②穿過樓板的直流母線對(duì)樓板、梁、柱及電解槽的安全凈距不應(yīng)小于50 mm；③直流母線連接處的連接面的電流密度不應(yīng)大于0.1 A/mm2。本子項(xiàng)的直流母線連接均為機(jī)械壓板通過螺母連接，焊接處搪錫處理。

3 結(jié)束語

該車間工藝流程至今已經(jīng)正常生產(chǎn)一年多，一切工藝指標(biāo)正常。經(jīng)與現(xiàn)場(chǎng)人員的溝通反饋得知，電氣交流部分能夠很好地滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作水平的需要，直流部分提供的電流密度能使陽極中的鉛溶解并在陰極上析出，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。鉛電解車間的電氣設(shè)計(jì)工作復(fù)雜繁瑣，遇到具體問題應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況具體分析。

[1] GB50052—2009 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[2] GB50673—2011 有色金屬冶煉廠電力設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[3] 水利電力西北電力設(shè)計(jì)院．電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)(電氣一次部分)[M]. 北京：中國電力出版社，1989：119-227，933-934．

[4] 《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì)．鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)(上冊(cè))[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1996：539-570．

[5] 《中國電力百科全書》編輯委員會(huì). 中國電力百科全書(第三版)[M]. 北京：中國電力出版社，2014.

[6] 北京市照明學(xué)會(huì)照明設(shè)計(jì)專業(yè)委員會(huì).照明設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二版)[M]. 北京：中國電力出版社，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

顧大為(1986—)，男，山東煙臺(tái)人，碩士，工程師，主要從事有色金屬冶煉相關(guān)的供配電設(shè)計(jì)工作。

TM402

A

1008-5122(2015)05-0025-03