非洲某市政供水項目電氣設(shè)計

李發(fā)啟, 張慶穩(wěn)

(南京市市政設(shè)計研究院有限責(zé)任公司, 江蘇 南京 210008)

0 引 言

“一帶一路”引起越來越多國家的熱烈響應(yīng),越來越多的中國企業(yè)走出國門,開拓海外市場。非洲是“一帶一路”倡議的重要組成部分,非洲各國積極響應(yīng)中國“一帶一路”倡議,中非在共建“一帶一路”框架下加快推進(jìn)全方位合作,實現(xiàn)發(fā)展戰(zhàn)略對接。本工程為國內(nèi)某國際公司通過招投標(biāo)程序承接的海外EPC工程,筆者作為設(shè)計人員,有幸參與了工程的電氣專業(yè)前期與業(yè)主溝通、投標(biāo)方案設(shè)計、后期施工圖設(shè)計等全部工作過程。

1 工程概況

項目地點位于剛果金首都金沙薩,為金沙薩城市供水的重要組成部分,其供水工程總規(guī)模33萬t,分一、二、三期建設(shè),本期規(guī)模11萬t,工程包含水源廠及水處理廠兩部分,其中水源廠包括取水頭部、取水泵房、防水錘裝置、中低壓變配電間等,水處理廠包括配水井、沉淀池、濾池、消毒池、清水池、送水泵房、加藥間、脫水機(jī)房、中低壓變配電間及辦公樓等。

當(dāng)?shù)仉娏緸樗幚韽S及水源廠各提供1路中壓電源,水源廠及水廠各設(shè)置4臺油浸式變壓器,其中20 kV/6 kV變壓器2臺(一用一備),6 kV/0.4 kV變壓器2臺(一用一備)。項目設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)。

該工程設(shè)計前期與業(yè)主進(jìn)行了溝通,了解業(yè)主詳細(xì)需求,后期詳細(xì)設(shè)計業(yè)主不對設(shè)計圖紙進(jìn)行審查,委托監(jiān)理對設(shè)計圖紙及方案進(jìn)行審查,所有的設(shè)計圖紙、方案等均需在監(jiān)理審查通過后才能用于后期施工、設(shè)備采購等。工程監(jiān)理為比利時監(jiān)理。

2 供配電系統(tǒng)設(shè)計

2.1 中壓配電系統(tǒng)

金沙薩城市中壓電網(wǎng)電壓等級為20 kV、50 Hz。由于當(dāng)?shù)毓╇娫O(shè)施匱乏,供電可靠性差,當(dāng)?shù)仉娏局荒転樵摴こ趟幚韽S及水源廠各提供1路20 kV電源,且兩路電源來自相同的變電站/開關(guān)站。同時工程取水泵、送水泵等大功率設(shè)備均為中壓電機(jī)(6 kV),故中壓配電系統(tǒng)包含20 kV及6 kV兩種[1-3]。

應(yīng)業(yè)主要求,充分考慮后期增加1路電源的可能性,20 kV電源按照2路進(jìn)線設(shè)計,同時出線應(yīng)考慮遠(yuǎn)期預(yù)留。

中壓變電所20 kV、6 kV主接線均采用單母線接線,進(jìn)線設(shè)置雙電源切換,兩路電源進(jìn)線設(shè)置電氣及機(jī)械聯(lián)鎖。20 kV配電系統(tǒng)5路出線,分別對一、二期中壓變壓器供電,備用1路,預(yù)留2路三期出線。6 kV配電系統(tǒng)出線除考慮2臺6 kV/0.4 kV變壓器外,其余出線回路根據(jù)中壓用電設(shè)備確定。20 kV/6 kV中壓配電單線圖如圖1所示。水處理廠20 kV/6 kV單線圖與圖1相同。

圖1 20/6 kV中壓配電單線圖

國內(nèi)市政工程變電所主接線通常采用單母線分段接線,該項目前期與業(yè)主溝通過程中,業(yè)主強(qiáng)烈建議主接線采用單母線不分段,進(jìn)線采用雙電源切換,故變電所20 kV、6 kV主接線均按照業(yè)主要求設(shè)計。

2.2 低壓配電系統(tǒng)

除取水泵、送水泵等大功率設(shè)備為中壓6 kV用電設(shè)備外,其余照明、空壓機(jī)、真空系統(tǒng)、加藥、水泵、風(fēng)機(jī)、攪拌器等設(shè)備均為0.4 kV用電設(shè)備。設(shè)置2臺6 kV/0.4 kV變壓器(一用一備),用于低壓設(shè)備供電,低壓母線采用單母線接線。0.4 kV配電單線圖如圖2所示。

圖2 0.4 kV配電單線圖

2.3 變壓器選擇

該工程存在6 kV及0.4 kV兩種電壓等級用電設(shè)備,故電壓首先由20 kV變6 kV,為中壓設(shè)備供電,后由6 kV變?yōu)?.4 kV為低壓設(shè)備供電。

雖然進(jìn)線電源僅為1路,但業(yè)主要求變壓器設(shè)置2臺,運(yùn)行方式為一用一備,同時20 kV/6 kV中壓變壓器需考慮二期工程容量。

水源廠大功率用電設(shè)備主要為取水泵,一期安裝1 150 kW中壓水泵4臺,2用2備,二期增加2臺,4用2備,0.4 kV低壓負(fù)荷約150 kW。經(jīng)計算,水源廠20 kV/6 kV變壓器容量需選擇6 300 kVA(含二期)即可,但業(yè)主堅持選用7 000 kVA變壓器,由于7 000 kVA變壓器在中國為非標(biāo)設(shè)備,最終變壓器總包方采用國際采購。根據(jù)計算結(jié)果,遠(yuǎn)期不再增加低壓負(fù)荷,水源廠6 kV/0.4 kV變壓器最終選用250 kVA。

水處理廠大功率用電設(shè)備主要為送水泵、反洗水泵及風(fēng)機(jī),一期安裝315 kW中壓送水泵6臺,5用1備;安裝250 kW中壓送水泵2臺,1用1備;安裝45 kW低壓水泵3臺,2用1備;安裝132 kW低壓反洗風(fēng)機(jī)3臺,2用1備;安裝200 kW低壓反洗水泵4臺,2用2備;其余攪拌器、加藥泵、電動閥門等低壓設(shè)備約60 kW。其中6 kV負(fù)荷約1 825 kW,0.4 kV負(fù)荷約780 kW,二期負(fù)荷與一期一致。經(jīng)計算,水處理廠20 kV/6 kV變壓器容量同水源廠一樣選擇7 000 kVA。6 kV/0.4 kV變壓器選用1 000 kVA。

當(dāng)?shù)刂袎弘娫闯煽啃圆钔?電能質(zhì)量也比較差,經(jīng)常出現(xiàn)電壓不穩(wěn)現(xiàn)象。為減少電壓不穩(wěn)定對用電設(shè)備的影響,設(shè)計考慮變壓器全部采用有載調(diào)壓設(shè)備,同時設(shè)置自動調(diào)壓控制裝置,根據(jù)電源電壓波動自動調(diào)節(jié)變壓器分接頭。

3 照明設(shè)計

泵房、加藥間、變電所等按要求設(shè)置正常工作照明、事故照明及必要的安全疏散照明。變電所、門衛(wèi)、值班室照明主要采用節(jié)能型LED燈管,泵房及加藥間內(nèi)照明主要采用工廠燈,光源采用大功率LED燈;室外照明采用4.0 m高庭院燈,光源為70 W的LED燈。泵房的照度達(dá)60 lx,變配電室照度達(dá)200 lx,室外道路照度達(dá)15 lx。

4 防雷接地設(shè)計

所有建筑物全部設(shè)置防雷保護(hù),防雷采用HELITA電離類型或類似類型避雷針,包括放射源,布置在合適高度的電桿上。避雷針設(shè)置專用引下線,引下線采用30 mm×2 mm錫鍍銅,引下線上部與避雷針相連,下部與接地系統(tǒng)相連。防雷接地系統(tǒng)為獨立接地裝置,采用人工接地裝置,接地電阻要求不大于10 Ω。

該工程20 kV、6 kV配電裝置采用接地保護(hù),0.4 kV系統(tǒng)接地型式采用TN-S系統(tǒng),保護(hù)接地、工作接地采用共用接地裝置,接地電阻要求不大于1 Ω。建筑物做總等電位聯(lián)結(jié),等電位聯(lián)結(jié)端子箱設(shè)于電源進(jìn)線處,采用-40 mm×4 mm熱鍍鋅扁鋼或銅線作為等電位連接線。

5 國內(nèi)與非洲市政工程電氣做法的一些差異

該工程要求采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)、國際監(jiān)理,在習(xí)慣做法、設(shè)備選擇、依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等方面均存在較大的差異[4-5],故在設(shè)計過程中與監(jiān)理充分溝通顯得尤為重要。以下歸納幾點與國內(nèi)做法不同之處。

5.1 參考規(guī)范

該工程招標(biāo)過程中要求采用歐洲標(biāo)準(zhǔn),但國內(nèi)幾乎找不到歐盟電氣相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)與監(jiān)理、業(yè)主溝通,說服業(yè)主及監(jiān)理同意采用國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,但遇到做法、要求不一致之處,按照監(jiān)理要求修改。

5.2 供配電系統(tǒng)

當(dāng)?shù)毓╇娫O(shè)施匱乏,現(xiàn)階段無法提供2路中壓電源,電力公司僅為水廠及水源廠各提供1路20 kV中壓電源,但中壓配電系統(tǒng)設(shè)計仍按照兩路電源。對于兩路電源供電,國內(nèi)市政工程多采用單母線分段,前期階段與業(yè)主溝通,業(yè)主不同意采用單母線分段,一定要求采用單母線不分段,兩路電源采用雙電源切換。

該工程有6 kV中壓用電設(shè)備,中壓存在20 kV及6 kV兩級配電,對于低壓用電設(shè)備采用6 kV變0.4 kV供電,業(yè)主不同意采用20 kV直接變0.4 kV,無形中增加了20 kV/6 kV變壓器容量。

5.3 變壓器選擇

當(dāng)?shù)毓╇娰|(zhì)量較差,變壓器選擇有載調(diào)壓變壓器,且設(shè)置自動有載調(diào)壓控制器,可以根據(jù)電網(wǎng)電壓自動調(diào)節(jié)變壓器分接頭。所有變壓器均選用油浸式變壓器。

5.4 防 雷

國內(nèi)防雷多采用沿屋頂敷設(shè)圓鋼或扁鋼接閃帶,利用建筑物柱內(nèi)主筋作為防雷引下線。監(jiān)理不同意此做法,要求采用HELITA電離類型或類似類型避雷針,同時設(shè)置專用引下線,防雷接地采用獨立接地裝置。

5.5 大功率設(shè)備啟動及控制

水源廠及水廠中大功率設(shè)備主要有取水泵、送水泵、反洗水泵、反洗風(fēng)機(jī)等,其中取水泵、送水泵為6 kV中壓設(shè)備,反洗風(fēng)機(jī)、反洗水泵為0.4 kV低壓設(shè)備。

大功率設(shè)備啟動會對電網(wǎng)造成一定沖擊,考慮采用降壓啟動、設(shè)置軟啟動或變頻裝置。

從工藝控制角度考慮,取水量需根據(jù)用水量來調(diào)節(jié),反洗水/氣量均需要根據(jù)實際運(yùn)行狀況進(jìn)行調(diào)節(jié),同時從節(jié)能角度考慮,取水泵、反洗風(fēng)機(jī)/水泵等采用變頻控制比較合適。由于當(dāng)?shù)貜S外供水為高位水池,水廠的水通過送水泵直接打入高位水池,水池滿后直接關(guān)閉送水泵即可,不需要對送水泵進(jìn)行流量/壓力調(diào)節(jié),故送水泵采用軟啟動即可,不需變頻控制。但業(yè)主認(rèn)為變頻技術(shù)不可靠,要求所有大功率設(shè)備均采用軟啟動裝置,不允許采用變頻控制,對于工藝流量調(diào)節(jié),采用閥門控制。

對于中壓水泵,除軟啟動自帶旁路外,業(yè)主還要求增加旁路直接啟動柜,以防軟啟動故障后設(shè)備無法啟動。

6 結(jié) 語

隨著“一帶一路”建設(shè),越來越多的國外工程由中國公司承建、設(shè)計,與國外同行交流的機(jī)會越來越多。作為電氣設(shè)計人員,承擔(dān)國外工程設(shè)計工作時,一是要熟悉當(dāng)?shù)鼗驑I(yè)主要求的標(biāo)準(zhǔn),了解與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)差異之處,同時應(yīng)充分與業(yè)主溝通,了解當(dāng)?shù)貙嶋H情況,做到設(shè)計滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求的同時,也滿足業(yè)主需求;二是積極主動,對于差別之處充分溝通,取長補(bǔ)短,互相學(xué)習(xí)。