非洲某市政供水项目电气设计

李发启, 张庆稳

(南京市市政设计研究院有限责任公司, 江苏 南京 210008)

0 引 言

“一带一路”引起越来越多国家的热烈响应,越来越多的中国企业走出国门,开拓海外市场。非洲是“一带一路”倡议的重要组成部分,非洲各国积极响应中国“一带一路”倡议,中非在共建“一带一路”框架下加快推进全方位合作,实现发展战略对接。本工程为国内某国际公司通过招投标程序承接的海外EPC工程,笔者作为设计人员,有幸参与了工程的电气专业前期与业主沟通、投标方案设计、后期施工图设计等全部工作过程。

1 工程概况

项目地点位于刚果金首都金沙萨,为金沙萨城市供水的重要组成部分,其供水工程总规模33万t,分一、二、三期建设,本期规模11万t,工程包含水源厂及水处理厂两部分,其中水源厂包括取水头部、取水泵房、防水锤装置、中低压变配电间等,水处理厂包括配水井、沉淀池、滤池、消毒池、清水池、送水泵房、加药间、脱水机房、中低压变配电间及办公楼等。

当地电力公司为水处理厂及水源厂各提供1路中压电源,水源厂及水厂各设置4台油浸式变压器,其中20 kV/6 kV变压器2台(一用一备),6 kV/0.4 kV变压器2台(一用一备)。项目设计标准要求采用欧洲标准。

该工程设计前期与业主进行了沟通,了解业主详细需求,后期详细设计业主不对设计图纸进行审查,委托监理对设计图纸及方案进行审查,所有的设计图纸、方案等均需在监理审查通过后才能用于后期施工、设备采购等。工程监理为比利时监理。

2 供配电系统设计

2.1 中压配电系统

金沙萨城市中压电网电压等级为20 kV、50 Hz。由于当地供电设施匮乏,供电可靠性差,当地电力公司只能为该工程水处理厂及水源厂各提供1路20 kV电源,且两路电源来自相同的变电站/开关站。同时工程取水泵、送水泵等大功率设备均为中压电机(6 kV),故中压配电系统包含20 kV及6 kV两种[1-3]。

应业主要求,充分考虑后期增加1路电源的可能性,20 kV电源按照2路进线设计,同时出线应考虑远期预留。

中压变电所20 kV、6 kV主接线均采用单母线接线,进线设置双电源切换,两路电源进线设置电气及机械联锁。20 kV配电系统5路出线,分别对一、二期中压变压器供电,备用1路,预留2路三期出线。6 kV配电系统出线除考虑2台6 kV/0.4 kV变压器外,其余出线回路根据中压用电设备确定。20 kV/6 kV中压配电单线图如图1所示。水处理厂20 kV/6 kV单线图与图1相同。

图1 20/6 kV中压配电单线图

国内市政工程变电所主接线通常采用单母线分段接线,该项目前期与业主沟通过程中,业主强烈建议主接线采用单母线不分段,进线采用双电源切换,故变电所20 kV、6 kV主接线均按照业主要求设计。

2.2 低压配电系统

除取水泵、送水泵等大功率设备为中压6 kV用电设备外,其余照明、空压机、真空系统、加药、水泵、风机、搅拌器等设备均为0.4 kV用电设备。设置2台6 kV/0.4 kV变压器(一用一备),用于低压设备供电,低压母线采用单母线接线。0.4 kV配电单线图如图2所示。

图2 0.4 kV配电单线图

2.3 变压器选择

该工程存在6 kV及0.4 kV两种电压等级用电设备,故电压首先由20 kV变6 kV,为中压设备供电,后由6 kV变为0.4 kV为低压设备供电。

虽然进线电源仅为1路,但业主要求变压器设置2台,运行方式为一用一备,同时20 kV/6 kV中压变压器需考虑二期工程容量。

水源厂大功率用电设备主要为取水泵,一期安装1 150 kW中压水泵4台,2用2备,二期增加2台,4用2备,0.4 kV低压负荷约150 kW。经计算,水源厂20 kV/6 kV变压器容量需选择6 300 kVA(含二期)即可,但业主坚持选用7 000 kVA变压器,由于7 000 kVA变压器在中国为非标设备,最终变压器总包方采用国际采购。根据计算结果,远期不再增加低压负荷,水源厂6 kV/0.4 kV变压器最终选用250 kVA。

水处理厂大功率用电设备主要为送水泵、反洗水泵及风机,一期安装315 kW中压送水泵6台,5用1备;安装250 kW中压送水泵2台,1用1备;安装45 kW低压水泵3台,2用1备;安装132 kW低压反洗风机3台,2用1备;安装200 kW低压反洗水泵4台,2用2备;其余搅拌器、加药泵、电动阀门等低压设备约60 kW。其中6 kV负荷约1 825 kW,0.4 kV负荷约780 kW,二期负荷与一期一致。经计算,水处理厂20 kV/6 kV变压器容量同水源厂一样选择7 000 kVA。6 kV/0.4 kV变压器选用1 000 kVA。

当地中压电源除可靠性差外,电能质量也比较差,经常出现电压不稳现象。为减少电压不稳定对用电设备的影响,设计考虑变压器全部采用有载调压设备,同时设置自动调压控制装置,根据电源电压波动自动调节变压器分接头。

3 照明设计

泵房、加药间、变电所等按要求设置正常工作照明、事故照明及必要的安全疏散照明。变电所、门卫、值班室照明主要采用节能型LED灯管,泵房及加药间内照明主要采用工厂灯,光源采用大功率LED灯;室外照明采用4.0 m高庭院灯,光源为70 W的LED灯。泵房的照度达60 lx,变配电室照度达200 lx,室外道路照度达15 lx。

4 防雷接地设计

所有建筑物全部设置防雷保护,防雷采用HELITA电离类型或类似类型避雷针,包括放射源,布置在合适高度的电杆上。避雷针设置专用引下线,引下线采用30 mm×2 mm锡镀铜,引下线上部与避雷针相连,下部与接地系统相连。防雷接地系统为独立接地装置,采用人工接地装置,接地电阻要求不大于10 Ω。

该工程20 kV、6 kV配电装置采用接地保护,0.4 kV系统接地型式采用TN-S系统,保护接地、工作接地采用共用接地装置,接地电阻要求不大于1 Ω。建筑物做总等电位联结,等电位联结端子箱设于电源进线处,采用-40 mm×4 mm热镀锌扁钢或铜线作为等电位连接线。

5 国内与非洲市政工程电气做法的一些差异

该工程要求采用欧洲标准、国际监理,在习惯做法、设备选择、依据的标准规范等方面均存在较大的差异[4-5],故在设计过程中与监理充分沟通显得尤为重要。以下归纳几点与国内做法不同之处。

5.1 参考规范

该工程招标过程中要求采用欧洲标准,但国内几乎找不到欧盟电气相关标准,经与监理、业主沟通,说服业主及监理同意采用国内标准设计,但遇到做法、要求不一致之处,按照监理要求修改。

5.2 供配电系统

当地供电设施匮乏,现阶段无法提供2路中压电源,电力公司仅为水厂及水源厂各提供1路20 kV中压电源,但中压配电系统设计仍按照两路电源。对于两路电源供电,国内市政工程多采用单母线分段,前期阶段与业主沟通,业主不同意采用单母线分段,一定要求采用单母线不分段,两路电源采用双电源切换。

该工程有6 kV中压用电设备,中压存在20 kV及6 kV两级配电,对于低压用电设备采用6 kV变0.4 kV供电,业主不同意采用20 kV直接变0.4 kV,无形中增加了20 kV/6 kV变压器容量。

5.3 变压器选择

当地供电质量较差,变压器选择有载调压变压器,且设置自动有载调压控制器,可以根据电网电压自动调节变压器分接头。所有变压器均选用油浸式变压器。

5.4 防 雷

国内防雷多采用沿屋顶敷设圆钢或扁钢接闪带,利用建筑物柱内主筋作为防雷引下线。监理不同意此做法,要求采用HELITA电离类型或类似类型避雷针,同时设置专用引下线,防雷接地采用独立接地装置。

5.5 大功率设备启动及控制

水源厂及水厂中大功率设备主要有取水泵、送水泵、反洗水泵、反洗风机等,其中取水泵、送水泵为6 kV中压设备,反洗风机、反洗水泵为0.4 kV低压设备。

大功率设备启动会对电网造成一定冲击,考虑采用降压启动、设置软启动或变频装置。

从工艺控制角度考虑,取水量需根据用水量来调节,反洗水/气量均需要根据实际运行状况进行调节,同时从节能角度考虑,取水泵、反洗风机/水泵等采用变频控制比较合适。由于当地厂外供水为高位水池,水厂的水通过送水泵直接打入高位水池,水池满后直接关闭送水泵即可,不需要对送水泵进行流量/压力调节,故送水泵采用软启动即可,不需变频控制。但业主认为变频技术不可靠,要求所有大功率设备均采用软启动装置,不允许采用变频控制,对于工艺流量调节,采用阀门控制。

对于中压水泵,除软启动自带旁路外,业主还要求增加旁路直接启动柜,以防软启动故障后设备无法启动。

6 结 语

随着“一带一路”建设,越来越多的国外工程由中国公司承建、设计,与国外同行交流的机会越来越多。作为电气设计人员,承担国外工程设计工作时,一是要熟悉当地或业主要求的标准,了解与国内标准差异之处,同时应充分与业主沟通,了解当地实际情况,做到设计满足规范标准要求的同时,也满足业主需求;二是积极主动,对于差别之处充分沟通,取长补短,互相学习。