澳洲工程項目電氣設計要點簡述

李 剛(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

1 前言

澳大利亞礦產(chǎn)豐富，采礦和冶煉等項目眾多。隨著國內(nèi)工程項目逐漸飽和，中國企業(yè)在澳洲參與投資和設計的冶煉項目日益增長。澳洲項目在電氣設計標準、流程、安全及設計習慣等方面與國內(nèi)存在較大差異，對無相關(guān)經(jīng)驗的國內(nèi)設計者而言存在一定難度，容易出現(xiàn)設計偏差或返工，給項目執(zhí)行帶來很大風險。

本文針對澳洲工程項目，對電氣設計標準、設計深度、設計內(nèi)容等方面與國內(nèi)項目存在的差異，及設計中需注意的問題等進行了簡單的介紹。

2 設計標準

澳洲電氣設計主要使用的標準為澳大利亞標準(AS)，澳大利亞/新西蘭聯(lián)合標準(AS/NZS)和IEC、IEEE、NFPA等國際通用標準。從內(nèi)容上看，AS標準和AS/NZS標準有一部分是直接引用IEC標準，這些標準從編號上與IEC保持一致，比如電磁兼容標準AS/NZS61000對應于IEC61000。澳洲標準整體上有向IEC等國際通用標準靠攏的趨勢，但仍有一些標準保持著本地特色，比如在安裝、防雷、照明方面幾個常用的標準：

AS/NZS 3000 Electrical installations (Australian/New Zealand Wiring Rules)

AS/NZS 3007 Electrical installations-Surface mines and associated processing plant

AS/NZS 3008 Electrical installations-Selection of cables

AS/NZS1768 Lightning Protection

AS/NZS1680 Interior Lighting

AS/NZS 2293 Emergency evacuation lighting for buildings

其中AS/NZS 3000是當?shù)刈顬槌Ｓ脴藴?，?nèi)容涵蓋了各類電氣設備、電纜和接地裝置的選擇、安裝、測試和安全原則，其作用相當于國內(nèi)的《工業(yè)與民用配電設計手冊》。

在標準和規(guī)定執(zhí)行優(yōu)先級上，按下述順序排序：

①當?shù)胤膳c規(guī)定；

②工程標準與規(guī)定；

③澳洲(AS或AS/NZS)標準；

④國際標準；

⑤其他工業(yè)標準與導則。

其中工程標準與規(guī)定具有較高的優(yōu)先級，高于澳洲標準，這類標準與規(guī)定對應于工程基準文件(Design Criteria)和各類技術(shù)規(guī)格書(Specification)等交付物，其作為電氣設計的重要內(nèi)容，通常需要和業(yè)主進行多輪討論和審核和修改加以確定。國內(nèi)設計者對該類文件需加以重視并充分利用，一方面其是與業(yè)主溝通的橋梁，有益于消除雙方對設計理解的差異；一方面從中提煉和確定重要的設計原則加以研究，是解決對當?shù)匾?guī)范不熟悉和避免設計違規(guī)問題的有效方法。

3 設計深度

澳洲工程項目按設計階段通?？蓜澐謈oncept Design(概念設計)、PRE- FEED(預前端設計)、FEED(前端工程設計)和DED(詳細設計)幾個階段，深度上大致對應于國內(nèi)的可研、初步設計、基本設計和施工圖設計。以最具代表性的FEED階段(±10%報價精度)為例，典型的電氣設計交付物列表見表1。

表1 電氣設計交付物列表

可以看出，澳洲項目在FEED階段要求的交付物類別上要多于國內(nèi)的基本設計，比如眾多類型的設備規(guī)格描述類文件和計算類報告。各類交付物的質(zhì)量上其要求也更嚴格，通常業(yè)主及其聘請的PMC(項目管理)電氣工程師會對每一交付物進行細致的、多輪次的審核，期間常常會導致大量的修改工作。在設計和管理人工時消耗上，澳洲項目要遠高于國內(nèi)項目，需要在項目報價時加以充分考慮。

4 設計差異及注意事項

4.1 電壓等級

澳洲冶煉工程常用的配電電壓序列高壓為220kV、132kV、66kV，中壓為33kV、22kV、11kV，低壓為690V、400/230V，頻率為50Hz[1]。

接地方式上，中壓系統(tǒng)通常采用電阻接地，低壓系統(tǒng)采用TN- S系統(tǒng)。

常用的直流控制電壓為110V，24V，交流控制電壓為230V。需要注意的是，由于澳洲對人身安全要求比較嚴格，就地操作柱、急停按鈕等通常要求采用直流24V供電。

4.2 變電站設計

澳洲項目的一個特點是當?shù)厝肆Τ杀緲O高，通過模塊化設計來減少現(xiàn)場工作量和縮短工期對工程的順利執(zhí)行尤為重要，因此澳洲項目在變電站設計上大量使用預裝式變電站(E- house)。E- house采用集裝箱式的外形結(jié)構(gòu)，將電氣設計、結(jié)構(gòu)設計、暖通設計和消防設計等集成為一個整體，實現(xiàn)整體設計、建造、運輸和安裝，顯著減少現(xiàn)場施工量和縮短工期。E- house涵蓋了多個專業(yè)的設計內(nèi)容，在設計時需注意以下幾方面要求：

(1)電氣設計及安裝要求。盤柜布置、接線、接地和安全設計要滿足AS/NZS 3000[2]等標準要求。需要注意的是其中諸多細節(jié)與國內(nèi)做法不同，比如盤柜維護通道的最小尺寸要求、接線端子防護罩要求、線纜顏色、漏電保護器的配置等。

(2)預接線要求。為了最大程度減少現(xiàn)場安裝工作量， 要盡可能在制造廠完成所有內(nèi)部接線。為保證在運輸過程中不對線纜構(gòu)成破壞，需要對內(nèi)部橋架布置和電纜夾層設計，結(jié)構(gòu)模塊的分割等進行完善的考慮。

(3)通風設計要求。由于工程項目運行環(huán)境較差，E- house通常要求采用正壓通風設計，灰塵較大時還需額外考慮增設氣閘室。

(4)火災監(jiān)測要求。當?shù)仉姎饣馂谋O(jiān)測要求使用VESDA(VERY EARLY SMOKE DETECTION APPARATUS)系統(tǒng)，即“非常早期的煙霧探測設備”。選用的設備要滿足當?shù)匾?guī)定以及全廠消防系統(tǒng)接口要求，并盡可能在國內(nèi)完成集成和安裝。

4.3 防雷設計

澳洲防雷設計執(zhí)行AS/NZS1768[3]標準，其內(nèi)容與國內(nèi)有很大區(qū)別。在防雷等級劃分上為4級，考慮的因素包括建筑物外形尺寸、建筑物性質(zhì)、周圍環(huán)境、進線方式、人身及經(jīng)濟損失等級等，為了便于計算，規(guī)范給出了相應的計算表格，樣式如圖1所示。

圖1 防雷風險評估表

在具體的防雷設計上，通常需運用滾球法進行計算。比如屋面的避雷帶的間距，需經(jīng)過計算決定，這與國內(nèi)做法不同，后者規(guī)范中直接給出避雷帶網(wǎng)格最小間距而無需計算。需要注意的是，針對Ⅰ到Ⅳ類防雷等級，澳標對滾球半徑的要求分別為20m、30m、45m、60m。其中對于Ⅰ類防雷的滾球半徑僅有20m，比國內(nèi)(30m)小很多，這導致在某些場合下(比如爆炸危險區(qū)域)的防雷設計難度加大。在交付物形式上，工程通常要求提供一個防雷研究報告，內(nèi)容涵蓋防雷等級劃分、防雷措施及防雷計算等，在具體要求上比國內(nèi)相關(guān)設計更為詳細。

4.4 接地設計

接地設計主要執(zhí)行AS3000、AS3007和IEEE80[4]等標準，接地設計原則與國內(nèi)大致相同，在具體接地做法和細節(jié)上有所不同。舉例說明，比如當?shù)毓こ掏ǔ８匾暲脴蚣軜?gòu)建“地上接地網(wǎng)”，各變電站(E- house)的接地母排通過兩根接地電纜與出線橋架連接，利用橋架本體或橋架內(nèi)的接地線敷設至現(xiàn)場，現(xiàn)場用電設備外殼和各類金屬支架通過接地電纜與橋架相連，該做法的好處是接地線不易被破壞，同時減少埋地的施工量。

4.5 照明設計

照明設計對于戶內(nèi)照明遵循AS/NZS 1680[5]標準，戶外照明遵循AS/NZS 1158標準，應急照明遵循AS/NZS 2293標準。需要注意的是，澳洲對于燈具維護的方便性和人身安全性要求極高，對于燈具安裝和維護通常要求“無梯子”作業(yè)。對此，工程中通常使用一種“SAFE SWIVEL”類型的燈具支架，該支架通過旋轉(zhuǎn)可將燈具放低至人可觸及的高度，實現(xiàn)安全、方便的維護。在照明配電設計上，要求各回路開關(guān)皆配置30mA漏電保護器和預留機械鎖孔。

4.6 電動機控制

與國內(nèi)不同的是其對人身安全性的要求更高，電動機控制要求設現(xiàn)場急停按鈕，安全性滿足AS 60204和AS 4024的要求，具體需注意以下幾個方面：

(1)保證在所有運行模式下急停系統(tǒng)皆有效。

(2)急停按鈕采用“蘑菇頭”類型，其設置位置要保證人在危險情況下可觸及。

(3)急停按鈕采用硬接線連接至電動機控制回路，狀態(tài)反饋至電動機控制器。

(4)急停按鈕恢復時，設備不允許自動啟動。

(5)急停回路采用的繼電器要求具有相關(guān)安全認證。

4.7 電力系統(tǒng)計算

澳洲工程通常要求的電力系統(tǒng)計算包括潮流計算、短路計算、大電機啟動計算、諧波計算等，對此，國內(nèi)基于配電手冊[6]給出的手動計算方法不再適用，需要采用業(yè)主認可的專業(yè)設計軟件計算并生成相應的計算書和計算報告。當?shù)卦O計人員常用的電氣系統(tǒng)分析計算軟件包括PTW、etap等，計算方法上選用IEC方法。

5 結(jié)論

在經(jīng)濟全球化和一帶一路戰(zhàn)略的背景下，未來會有更多的中國工程公司參與到澳洲冶煉工程項目的投資、設計和建設中去。澳洲工程項目在電氣設計的諸多方面與國內(nèi)項目存在差異，如不加以重視則可能會影響工程的順利實施并造成大的經(jīng)濟損失。本文對澳洲工程項目在電氣設計標準、設計深度、設計差異及需要注意的問題等進行了介紹，旨在為相關(guān)工程提供參考。