非洲某市政供水項目電氣設計

李發啟, 張慶穩

(南京市市政設計研究院有限責任公司, 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,越來越多的中國企業走出國門,開拓海外市場。非洲是“一帶一路”倡議的重要組成部分,非洲各國積極響應中國“一帶一路”倡議,中非在共建“一帶一路”框架下加快推進全方位合作,實現發展戰略對接。本工程為國內某國際公司通過招投標程序承接的海外EPC工程,筆者作為設計人員,有幸參與了工程的電氣專業前期與業主溝通、投標方案設計、后期施工圖設計等全部工作過程。

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,其供水工程總規模33萬t,分一、二、三期建設,本期規模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、脫水機房、中低壓變配電間及辦公樓等。

當地電力公司為水處理廠及水源廠各提供1路中壓電源,水源廠及水廠各設置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)。項目設計標準要求采用歐洲標準。

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

2 供配電系統設計

2.1 中壓配電系統

金沙薩城市中壓電網電壓等級為20 kV、50 Hz。由于當地供電設施匱乏,供電可靠性差,當地電力公司只能為該工程水處理廠及水源廠各提供1路20 kV電源,且兩路電源來自相同的變電站/開關站。同時工程取水泵、送水泵等大功率設備均為中壓電機(6 kV),故中壓配電系統包含20 kV及6 kV兩種[1-3]。

應業主要求,充分考慮后期增加1路電源的可能性,20 kV電源按照2路進線設計,同時出線應考慮遠期預留。

中壓變電所20 kV、6 kV主接線均采用單母線接線,進線設置雙電源切換,兩路電源進線設置電氣及機械聯鎖。20 kV配電系統5路出線,分別對一、二期中壓變壓器供電,備用1路,預留2路三期出線。6 kV配電系統出線除考慮2臺6 kV/0.4 kV變壓器外,其余出線回路根據中壓用電設備確定。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,該項目前期與業主溝通過程中,業主強烈建議主接線采用單母線不分段,進線采用雙電源切換,故變電所20 kV、6 kV主接線均按照業主要求設計。

2.2 低壓配電系統

除取水泵、送水泵等大功率設備為中壓6 kV用電設備外,其余照明、空壓機、真空系統、加藥、水泵、風機、攪拌器等設備均為0.4 kV用電設備。設置2臺6 kV/0.4 kV變壓器(一用一備),用于低壓設備供電,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備,故電壓首先由20 kV變6 kV,為中壓設備供電,后由6 kV變為0.4 kV為低壓設備供電。

雖然進線電源僅為1路,但業主要求變壓器設置2臺,運行方式為一用一備,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低壓負荷約150 kW。經計算,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設備,最終變壓器總包方采用國際采購。根據計算結果,遠期不再增加低壓負荷,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備主要為送水泵、反洗水泵及風機,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低壓反洗風機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、電動閥門等低壓設備約60 kW。其中6 kV負荷約1 825 kW,0.4 kV負荷約780 kW,二期負荷與一期一致。經計算,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。

當地中壓電源除可靠性差外,電能質量也比較差,經常出現電壓不穩現象。為減少電壓不穩定對用電設備的影響,設計考慮變壓器全部采用有載調壓設備,同時設置自動調壓控制裝置,根據電源電壓波動自動調節變壓器分接頭。

3 照明設計

泵房、加藥間、變電所等按要求設置正常工作照明、事故照明及必要的安全疏散照明。變電所、門衛、值班室照明主要采用節能型LED燈管,泵房及加藥間內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60 lx,變配電室照度達200 lx,室外道路照度達15 lx。

4 防雷接地設計

所有建筑物全部設置防雷保護,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,下部與接地系統相連。防雷接地系統為獨立接地裝置,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,0.4 kV系統接地型式采用TN-S系統,保護接地、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結,等電位聯結端子箱設于電源進線處,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準、國際監理,在習慣做法、設備選擇、依據的標準規范等方面均存在較大的差異[4-5],故在設計過程中與監理充分溝通顯得尤為重要。以下歸納幾點與國內做法不同之處。

5.1 參考規范

該工程招標過程中要求采用歐洲標準,但國內幾乎找不到歐盟電氣相關標準,經與監理、業主溝通,說服業主及監理同意采用國內標準設計,但遇到做法、要求不一致之處,按照監理要求修改。

5.2 供配電系統

當地供電設施匱乏,現階段無法提供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,但中壓配電系統設計仍按照兩路電源。對于兩路電源供電,國內市政工程多采用單母線分段,前期階段與業主溝通,業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中壓用電設備,中壓存在20 kV及6 kV兩級配電,對于低壓用電設備采用6 kV變0.4 kV供電,業主不同意采用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

當地供電質量較差,變壓器選擇有載調壓變壓器,且設置自動有載調壓控制器,可以根據電網電壓自動調節變壓器分接頭。所有變壓器均選用油浸式變壓器。

5.4 防 雷

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

5.5 大功率設備啟動及控制

水源廠及水廠中大功率設備主要有取水泵、送水泵、反洗水泵、反洗風機等,其中取水泵、送水泵為6 kV中壓設備,反洗風機、反洗水泵為0.4 kV低壓設備。

大功率設備啟動會對電網造成一定沖擊,考慮采用降壓啟動、設置軟啟動或變頻裝置。

從工藝控制角度考慮,取水量需根據用水量來調節,反洗水/氣量均需要根據實際運行狀況進行調節,同時從節能角度考慮,取水泵、反洗風機/水泵等采用變頻控制比較合適。由于當地廠外供水為高位水池,水廠的水通過送水泵直接打入高位水池,水池滿后直接關閉送水泵即可,不需要對送水泵進行流量/壓力調節,故送水泵采用軟啟動即可,不需變頻控制。但業主認為變頻技術不可靠,要求所有大功率設備均采用軟啟動裝置,不允許采用變頻控制,對于工藝流量調節,采用閥門控制。

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

6 結 語

隨著“一帶一路”建設,越來越多的國外工程由中國公司承建、設計,與國外同行交流的機會越來越多。作為電氣設計人員,承擔國外工程設計工作時,一是要熟悉當地或業主要求的標準,了解與國內標準差異之處,同時應充分與業主溝通,了解當地實際情況,做到設計滿足規范標準要求的同時,也滿足業主需求;二是積極主動,對于差別之處充分溝通,取長補短,互相學習。