煙氣凈化系統中電氣控制的設計與研究

呂威

(江蘇盛劍環境設備有限公司,江蘇 蘇州215000)

1 電氣系統規劃設計

1.1 電力負荷表設計。電力負荷計算的目的是選擇電氣設備和計算年電能消耗,進一步根據計算值選擇合適的電纜、斷路器、線路保護元件；在繪制電力負荷表之前,要根據PID工藝圖紙復核所有負載設備,將其銘牌參數記錄,并根據工藝需求確定負載設備的啟動方式:配電、直起、星三角、正反轉、軟啟、變頻啟等。啟動方式的確定對于后續主回路控制元件的選型極為重要。

根據如上計算公式,可以簡單繪制出如下電力負荷表(表1),這個表格對于我們任何電氣供配電設計均可以適用；針對每一個負載設備可根據計算的電流選擇相匹配的斷路器、接觸器、熱過載繼電器、軟啟或者變頻,對于后續詳細設計提供便捷；此外對于柜體數量規劃也具有前瞻性。

表1 電力負荷表(需要系數法計算)

1.2 一次供電系統圖設計。一次供電系統圖也就是常說的單線圖,從一次供電系統圖中可以清楚的讀取:進線電源來向、各主回路的功率、各主回路上元器件的選型電氣規格、各主回路的啟動方式以及每個配電盤中主回路的分布等信息；一次配電系統圖可以理解為電力負荷表的圖形化,是電氣深化設計的延續,而電力負荷表則為一次供電系統圖的設計提供了設計基礎和依據,兩者既互相聯系、又互相補充。一次配電系統圖在電氣設計送審過程中尤為重要。

2 低壓開關柜設計

2.1 低壓開關柜的種類。市場上流行的開關柜種類很多,主流的有這么幾種:GGD、GCK、GCS、MNS、MCS 等,其中GGD 和MNS兩款柜型市場占有率比較高。

GGD柜是交流低壓開關柜。GGD柜型最大的特點就是組合方便、電氣配套靈活、主母線裝配和調整方便,防護等級IP20-40；GGD柜型散熱是由柜體上下兩端均有不同數量的散熱槽孔,自下而上形成一個自然通風道,從而達到散熱效果。單柜尺寸一般為W*D*H=1000*1000*2200mm。

MNS柜是抽屜式低壓開關柜。每個柜體由三部分組成:電纜室、抽屜室、母線室,每個室之間用阻燃型極高的絕緣材料相互隔離,有效防止了飛弧和線路短路,每個抽屜都有機械連鎖機構,安全可靠。靈活的結構設計使其具備各種進線方案,下進上出、上進下出、 上進上出、 下進下出。 單柜尺寸一般為W*D*H=1000*1000*2200mm。

2.2 低壓開關柜的柜型設計。對于MNS及GGD柜型,其體積相對較大,需求更多的占地空間,這就要求配電室要足夠大,而且MNS柜型價格昂貴,這使好多客戶望而卻步。

為此我們設計了一種介于MNS與GGD柜型之間的一種低壓開關柜,可以理解為GGD Pro。柜體在威圖TS系列柜型,基礎上優化升級,前單開門后雙開門設計,前后兩塊安裝板,柜體尺寸:800*800*2200mm,這個尺寸遠小于MNS及GGD柜;柜型。柜體頂部設有銅母線倉,拼柜之間頂部預留銅母線穿線孔,拼柜直接側板通過M8 螺絲拼接,一個人足以完成拼裝工作,大大減少了人工拼接成本。散熱系統更為優越,在柜體門面上部設置一個軸流風扇,柜體下部設置一個風百葉窗,通過一個溫控開關控制散熱風扇的開關,只有達到設定溫度才啟動散熱風扇,實現了開關柜散熱的自動控制。此種柜型的優越性體現在價格及空間,靈活性、安全性也完全不輸MNS及GGD。

2.3 低壓開關柜的電氣布置規劃設計。煙氣凈化系統由煙氣凈化回路和公用回路組成；煙氣凈化回路一般由反應塔系統、布袋除塵系統、電伴熱系統組成；公用回路由碳酸氫鈉存儲與噴射系統、活性炭存儲與噴射系統、石灰漿制備與供應系統、電伴熱控制系統等組成[1]。

結合一次供電系統圖就可以完成電氣布置圖設計；此處設計煙氣凈化回路為一組開關柜,從左至右依次設計為主進線柜、1 號開關柜、2 號開關柜、3 號開關柜等；主進線電氣柜中,只配置主進線開關(采用上進線)、多功能電表(可測量電壓、電流、功率、功率因數和頻率等,并通過RS485 將數據遠程至中控,實現電能能效管理及監控)、各種配電開關(照明、檢修、電動葫蘆等)；其它開關柜中均設計有獨立二級主開關,通過母排從一級主開關取電；每個開關柜可以實現18 個主回路設計,每路電源狀態在柜門狀態顯示,大大節省了開關柜數量。公用系統同樣參照此設計思路。電氣安裝板布置圖見圖1 。

圖1

3 電氣原理圖設計

3.1 雙電源及電能采集回路電氣設計。雙電源采用施耐德品牌,WATSNB系列雙電源,PC級,自投自復型。PC級自動轉換開關的特點:沒有保護功能,有較高的耐受、接通能力,能夠確保開關自身的安全,保證可靠接通回路[2]。雙電源電路器通過自身控制器能夠實時監控常用電源及備用電源狀態；多功能電表可將所測量電壓、電流、功率、功率因數和頻率等,并通過RS485 將數據遠程至中控,實現電能能效管理及監控,圖2 為詳細的電氣設計。

圖2

3.2 水泵、風機等負載回路電氣設計。三相負載回路的啟動方式可以從一次配電系統圖或者電力負荷表得出；啟動方式以滿足煙氣系統工藝需求為目標。為方便電氣圖紙查閱及現場施工,在電氣設計過程中電氣元器件標號務必清晰,有規律性,可以實現標注化設計。

主回路設計電氣代號標識統一,如圖3 所示,斷路器@QF01、接觸器@KM01、熱繼@FR01、端子@XT,在同一回路中使用兩次的元器件,如正反轉負載,需求兩只接觸器,可編號為@KM01、@KM02,由此可見不同主回路只需替換對應的@即可,這樣實現了電氣設計標準化,對于設計,施工節省很大一部份工作量,在調試工作中不需要電氣圖紙即可完成調試工作；對于控制回路同樣按照此方法,選擇開關@SA、啟動按鈕@PB01、停止按鈕@PB02、狀態指示燈@HR@HY@HG,中間繼電器@KA01@KA02 等；例如,5 號回路,@為5,那么此回路中所有電氣元件編號均為5+元件符號。此種方法對于實現輕松識圖、制圖、設計、施工、聯調等電氣標準化設計成為可能。

圖3

大功率的負載設備,通過電流變送器將運行電流變送為4-20mA信號,遠傳給PLC或DCS系統,實現運行電流實現實時監控,有助于業主第一時間觀測設備的運行狀態。

4 此電氣設計方法在煙氣凈化系統中的應用效果及結論

幾個煙氣凈化系統整體調試運行后,經過半年至一年運行周期,取得的應用效果及結論總結如下:

4.1 采用GGD Pro柜型可以有效解決項目現場因電氣室空間狹小問題和減少了投資成本,提高了開關柜靈活性、可靠性、安全性,實現了開關柜散熱的自動控制。

4.2 明顯提高供電可靠性,本設計采用先進的雙電源設計,自投自復,解決了因單電源斷電帶來的風險,保障系統穩定運行的同時實現電能的監測與管理。

4.3 建立在標準化基礎上的二次原理圖設計方法,對于降低勞務施工成本,縮短工程周期提供有力保障；所有負載設備的運行狀態遠傳中控監視,大功率設備實時運行電流監控,成功實現工廠運行監控一體化。

4.4 電氣設計思路對于相關行業的電氣設計提供借鑒,設計流程化、標準化；特別是規劃設計階段電力負荷表及一次供電系統圖設計的方法,為項目施工提供了強有力的技術支持。