燃?xì)忮仩t房的電氣與控制

高又炘

摘 要：本文主要講述了燃?xì)忮仩t房的電氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；系統(tǒng)的介紹燃?xì)忮仩t房的配電、接地、照明、消防和控制系統(tǒng)的應(yīng)用及相關(guān)問題。

關(guān)鍵詞：燃?xì)忮仩t房；電氣系統(tǒng)；控制系統(tǒng)；配電；接地；照明；消防

中圖分類號(hào)： TK284 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）13-165-3

0 引言

鍋爐房是指鍋爐以及保證鍋爐正常運(yùn)行的輔助設(shè)備和設(shè)施的綜合體。鍋爐主要使用的燃料有煤炭、燃油和燃?xì)膺@三種。燃?xì)忮仩t房的燃料主要是天然氣，天然氣是較為安全的燃?xì)庵?，它不含一氧化碳，也比空氣輕，一旦泄漏會(huì)立即向上擴(kuò)散，不易積聚形成爆炸性氣體，安全性較高。

采用天然氣作為能源，可減少煤和石油的用量，因而大大改善環(huán)境污染；天然氣作為一種清潔能源，能減少二氧化硫和粉塵排放量近100%，減少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%，并有助于減少酸雨形成，舒緩地球溫室效應(yīng)，從根本上改善大氣質(zhì)量。因此我國(guó)在不斷推進(jìn)燃煤鍋爐房改為燃?xì)忮仩t房的煤改氣工程。

燃?xì)忮仩t房的電氣與控制系統(tǒng)包括配電系統(tǒng)、接地系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、消防報(bào)警系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

1 燃?xì)忮仩t房的配電系統(tǒng)

燃?xì)忮仩t房的配電主要是0.4kV的低壓配電，在規(guī)范中低壓是指低于1kV的電壓。鍋爐房的負(fù)荷分級(jí)一般為二級(jí)或三級(jí)，區(qū)域鍋爐房一般為二級(jí)負(fù)荷，民用鍋爐房和獨(dú)立鍋爐房受供電條件限制一般是三級(jí)。二級(jí)負(fù)荷是指兩回路供電，兩回路一般來自一個(gè)變電所的兩段不同母線，雙電源是來自兩個(gè)不同的變電所。雙回路電源給鍋爐房供電時(shí)可以有兩套方案，方案一是用一臺(tái)進(jìn)線柜，進(jìn)線柜內(nèi)裝一臺(tái)雙電源切換的轉(zhuǎn)換開關(guān)，鍋爐房的所有用電設(shè)備都從開關(guān)后的母線上取電。該方案優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，電氣設(shè)備少，投資??；缺點(diǎn)就是受轉(zhuǎn)換開關(guān)額定電流的限制，用電設(shè)備的容量不能過大。方案二與變電所的雙路進(jìn)線一致，每一路電源配一個(gè)進(jìn)線柜，形成兩個(gè)0.4kV的低壓母線，母線之間通過聯(lián)絡(luò)柜聯(lián)接，每段母線給不同的鍋爐設(shè)備供電。該方案優(yōu)點(diǎn)是能夠給大型的設(shè)備供電，而缺點(diǎn)就是控制復(fù)雜，電氣設(shè)備較多，投資較大。這就需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)鍋爐房的規(guī)模，用電設(shè)備容量的大小及工程投資來確定具體采用哪種配電方案。三級(jí)負(fù)荷供電只有一路電源，但要注意從桿塔引入變壓器的電纜長(zhǎng)度應(yīng)不小于15m。

鍋爐房的負(fù)荷計(jì)算通常有兩種計(jì)算方法：需要系數(shù)法和利用系數(shù)法。具體的計(jì)算方法見《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版，但在計(jì)算時(shí)要特別注意設(shè)備功率和計(jì)算功率的區(qū)別，尤其是一些特殊的電氣設(shè)備其銘牌上標(biāo)注的功率不是該設(shè)備的設(shè)備功率，要通過換算才能等效為設(shè)備功率。

需要系數(shù)法的計(jì)算精度能夠滿足工程需要。計(jì)算時(shí)要注意同時(shí)系數(shù)的確定，系統(tǒng)總的需要系數(shù)是反算回去得到的而不是查表得出的。

鍋爐房的總用電量計(jì)算要根據(jù)所在地區(qū)采暖時(shí)間及供暖的性質(zhì)確定。一般情況下北京地區(qū)的采暖時(shí)間為122天，這是普通居民供暖的時(shí)間。醫(yī)院、養(yǎng)老院、幼兒園、學(xué)校及一些特殊的生產(chǎn)企業(yè)供暖時(shí)間要比122天長(zhǎng)。

2 燃?xì)忮仩t房的接地系統(tǒng)

燃?xì)忮仩t房的接地分為四種：系統(tǒng)接地（工作接地）、保護(hù)接地、雷電保護(hù)接地和防靜電接地。

以上四種接地都在燃?xì)忮仩t房的接地系統(tǒng)中有所體現(xiàn)，因此要熟悉其定義并能在實(shí)際工作中區(qū)分這四種接地。接地系統(tǒng)不同其接地電阻也不同。

2.1 系統(tǒng)接地

系統(tǒng)接地：在電力系統(tǒng)電氣裝置中，為運(yùn)行需要所設(shè)的接地（如中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)其他裝置接地等）。低壓系統(tǒng)接地的型式可分為TN、TT和IT三種。

TN系統(tǒng)在電源處有一點(diǎn)直接接地，裝置的外露可導(dǎo)電部分應(yīng)經(jīng)PE線接到接地點(diǎn)，按照PE線和N線是否單獨(dú)設(shè)置分為TN-S系統(tǒng)、TN-C系統(tǒng)和TN-C-S系統(tǒng)三種。TT系統(tǒng)應(yīng)只有一點(diǎn)直接接地，裝置的外露可導(dǎo)電部分應(yīng)接到在電氣上獨(dú)立于電源系統(tǒng)接地的接地極上。IT系統(tǒng)的所用帶電部分應(yīng)與地隔離，或某一點(diǎn)通過阻抗接地；IT系統(tǒng)的外露可導(dǎo)電部分，應(yīng)被單獨(dú)地或集中地接地。燃?xì)忮仩t房的接地一般采用TN-S系統(tǒng)。

2.2 保護(hù)接地

保護(hù)接地：電氣裝置的金屬外殼、配電裝置的構(gòu)架和線路桿塔等，由于絕緣損壞有可能帶電，為防止其危及人身和設(shè)備的安全而設(shè)的接地。

等電位聯(lián)結(jié)是保護(hù)接地的具體表現(xiàn)。等電位聯(lián)結(jié)的目的就是為了降低接觸電壓，使接觸電壓降低到限值以下，從而達(dá)到保護(hù)人和設(shè)備的安全。等電位聯(lián)結(jié)共有三種：總等電位聯(lián)結(jié)、局部等電位聯(lián)結(jié)和輔助等電位聯(lián)結(jié)。

燃?xì)忮仩t房中具有金屬外殼的設(shè)備可分為兩種：一種叫做外露可導(dǎo)電部分，另外一種叫做外界可導(dǎo)電部分。

外露可導(dǎo)電部分：設(shè)備上能觸及到的可導(dǎo)電部分，它在正常情況下不帶電，但在基本絕緣損壞時(shí)會(huì)帶電。這里的“設(shè)備”指的是電氣設(shè)備，如循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵和給水泵等。

外界可導(dǎo)電部分：非電氣裝置的，且易于引入電位的可導(dǎo)電部分，該電位通常為局部電位。非電氣裝置指的是非電氣設(shè)備且具有金屬外殼的裝置，如金屬水箱、鍋爐本體和煙氣冷凝器等。

對(duì)于防觸電等級(jí)為I類的電氣設(shè)備，其金屬外殼已通過PE線同進(jìn)線電源配電柜處的PE母排相連，所以其金屬外殼是不用再作等電位聯(lián)結(jié)。

2.3 雷電保護(hù)接地

雷電保護(hù)接地：為雷電保護(hù)裝置（接閃桿、接閃線和接閃帶等）向大地泄放雷電流而設(shè)的接地。

正象其定義的一樣，這種接地是為了防止雷電對(duì)建筑物和設(shè)備及人員的傷害。燃?xì)忮仩t房的防雷等級(jí)應(yīng)劃為第二類防雷建筑物，按照第二類防雷建筑物采取相應(yīng)的防雷措施。燃?xì)忮仩t的煙囪一般為金屬材料并高于鍋爐房屋頂15m以上，因此需要設(shè)置接閃桿。鍋爐房的屋頂為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)需要設(shè)置接閃帶，屋頂為金屬結(jié)構(gòu)時(shí)可利用其作接閃帶。接閃桿、接閃帶等接閃器要通過引下線與接地網(wǎng)可靠連接并做等電位聯(lián)結(jié)。每根專設(shè)引下線的沖擊接地電阻不大于10Ω。一般來說接地電阻越低，防雷得到的改善越多。但不能由于要達(dá)到某一很低的接地電阻而花費(fèi)過大。考慮到已采取嚴(yán)格的各種金屬物與防雷裝置之間的連接和均壓措施，故不必要求很低的接地電阻。

有爆炸危險(xiǎn)的露天鋼制封閉氣罐，當(dāng)其高度小于或等于60m、罐頂壁厚不小于4mm時(shí)，或當(dāng)其高度大于60m、罐頂壁厚和側(cè)壁厚均不小于4mm時(shí)，可不設(shè)接閃器，但應(yīng)接地，且接地點(diǎn)不應(yīng)少于2處，兩接地點(diǎn)間距離不宜大于30m，每處接地點(diǎn)的沖擊接地電阻不應(yīng)大于30Ω。架空管道每隔20m～25m應(yīng)接地1次，接地電阻不應(yīng)超過30Ω。

接閃器主要是為了防止直擊雷，卻不能防止感應(yīng)雷的危害。在鍋爐房的電源配電柜中一般要安裝電涌防護(hù)器（Surge Protective Device，簡(jiǎn)稱SPD），SPD的主要作用是為了防止雷電感應(yīng)電流對(duì)鍋爐房?jī)?nèi)電氣設(shè)備的破壞。SPD的電壓保護(hù)水平（Voltage Protection Level，Up）值應(yīng)小于或等于2.5kV，其含義就是將雷電沖擊過電壓降低到2.5kV以下；SPD的最大沖擊電流Iimp應(yīng)等于或大于12.5kA，對(duì)于一般的鍋爐房Iimp選40kA。與SPD串接的保護(hù)電器應(yīng)該選熔斷器而不是斷路器，熔斷器的額定電流應(yīng)由SPD的廠家提供。建筑物中的接地系統(tǒng)一般為TN-C-S系統(tǒng)，由于在配電柜中PE線和N線被就地短接，所以只需在相線和PE線間安裝第一級(jí)3個(gè)SPD。

埋地的燃?xì)夤艿缽耐獠窟M(jìn)入燃?xì)忮仩t房的計(jì)量間出地面后，應(yīng)作防雷等電位連接，具體做法就是在燃?xì)夤苋霊艉?m內(nèi)的法蘭盤連接處插入一個(gè)絕緣板使戶內(nèi)的燃?xì)夤芘c大地隔離。但雷電沖擊電壓可能擊穿該處間隙而迸發(fā)電火花。因此須在法蘭盤兩側(cè)跨接一放電間隙（SPD），使電火花在燃?xì)夤芡獍l(fā)生以消除爆炸危險(xiǎn)。

2.4 防靜電接地

防靜電接地：為防止靜電對(duì)易燃油、天然氣儲(chǔ)罐和管道的危險(xiǎn)作用而設(shè)的接地。

燃?xì)忮仩t房?jī)?nèi)凈距小于100mm的平行或交叉管道，應(yīng)每隔20m用金屬跨接，不能保持良好電氣接觸的閥門、法蘭、彎頭等管道連接處，也應(yīng)跨接。金屬罐罐體鋼板的接縫、罐頂與罐體之間，以及所有管、閥與罐體之間，應(yīng)保證可靠的電氣連接。

3 燃?xì)忮仩t房的照明系統(tǒng)

燃?xì)忮仩t房的照明系統(tǒng)與普通鍋爐房的照明系統(tǒng)最大區(qū)別就是要在鍋爐間和計(jì)量間設(shè)置防爆燈具，電氣施工按照防爆要求進(jìn)行施工。

照度計(jì)算采用平均照度進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)不同房間照度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算出其光源和燈具個(gè)數(shù)，配電時(shí)要三相均勻配電，實(shí)現(xiàn)三相負(fù)荷的大致平衡。設(shè)計(jì)照度與照度標(biāo)準(zhǔn)值的偏差不應(yīng)超過±10%；當(dāng)房間或場(chǎng)所的室形指數(shù)等于或小于1時(shí)，其照明功率密度限值應(yīng)增加，但增加不應(yīng)超過限值的20%。

燃?xì)忮仩t房?jī)?nèi)嚴(yán)禁采用觸電防護(hù)類別為0類的燈具，一般采用I類燈具。長(zhǎng)期工作和停留的房間如控制室等其照明光源的顯色指數(shù)（Ra）不應(yīng)小于80，色溫不宜高于4000K。鍋爐間、輔機(jī)間和水泵間等高度超過5m的房間一般采用陶瓷金鹵燈，控制室、配電室等高度不超過5m的房間一般采用三基色熒光燈。盡量選用光通量大的光源。

按照《鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50041-2008的要求在鍋爐房的相應(yīng)位置設(shè)置應(yīng)急照明，包括疏散照明和安全照明。

應(yīng)急照明包括疏散照明、安全照明和備用照明，在《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50034-2013中只有以上照明的定義而沒有事故照明的定義。但其它標(biāo)準(zhǔn)中有事故照明的稱謂，但又沒有相應(yīng)的解釋。所以筆者認(rèn)為不應(yīng)在照明設(shè)計(jì)中使用“事故照明”的稱謂，而應(yīng)使用應(yīng)急照明（疏散照明、安全照明和備用照明）的稱謂。

4 燃?xì)忮仩t房的消防報(bào)警系統(tǒng)

燃?xì)忮仩t房的鍋爐間和計(jì)量間須設(shè)置燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng)，燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng)是消防報(bào)警系統(tǒng)中的組成部分，可獨(dú)立設(shè)置。燃?xì)鈭?bào)警探測(cè)器應(yīng)選用氣體濃度探測(cè)器。

非獨(dú)立鍋爐房和單臺(tái)蒸汽鍋爐額定蒸發(fā)量大于等于10t/h或總額定蒸發(fā)量大于等于40t/h及單臺(tái)熱水鍋爐額定功率大于等于7MW或總額定熱功率大于等于28MW的獨(dú)立鍋爐房，應(yīng)設(shè)置火災(zāi)探測(cè)器和自動(dòng)報(bào)警裝置。

對(duì)于燃?xì)忮仩t房的火災(zāi)探測(cè)器應(yīng)選擇點(diǎn)型感煙探測(cè)器和點(diǎn)型感溫探測(cè)器，間距按照《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50116-2013的相關(guān)規(guī)定設(shè)置。

5 燃?xì)忮仩t房的自動(dòng)控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)在鍋爐房的控制中主要包括鍋爐本體的控制，鍋爐輔助系統(tǒng)的控制兩部分。

鍋爐本體的控制一般是由鍋爐廠家設(shè)計(jì)完成，其中還包括燃燒器的控制。

鍋爐輔助系統(tǒng)的控制主要是給水泵、循環(huán)水泵及補(bǔ)水泵等的控制。水泵的控制要求主要是由熱工專業(yè)提出，采用閉環(huán)控制還是開環(huán)控制，要由熱工專業(yè)確定。這里的閉環(huán)控制指的是采用壓力或溫度傳感器測(cè)量蒸汽或熱水的壓力和溫度，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的0～10V或4～20mA直流信號(hào)輸入相應(yīng)的變頻器中，由變頻器控制水泵電機(jī)的運(yùn)行，從而達(dá)到所需要的壓力和溫度。開環(huán)控制是指沒有反饋信號(hào)的參與，由人設(shè)定變頻器的頻率為一固定值，變頻器運(yùn)行后一直在此頻率下運(yùn)行。

燃?xì)忮仩t房是否采用集中控制系統(tǒng)要參考《鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50041-2008第11.2.22條的規(guī)定“單臺(tái)蒸汽鍋爐額定蒸發(fā)量大于等于10t/h或單臺(tái)熱水鍋爐額定熱功率大于等于7MW的鍋爐房，宜設(shè)集中控制系統(tǒng)?！奔锌刂葡到y(tǒng)指計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，采用的計(jì)算機(jī)為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。利用組態(tài)軟件將流程圖顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，鍋爐及其輔助設(shè)備的運(yùn)行情況一目了然。提高了燃?xì)忮仩t房的自動(dòng)化水平和工作效率，這在中大型鍋爐房中應(yīng)用較為廣泛而小型鍋爐房一般不需要設(shè)置集中控制系統(tǒng)。

集中控制系統(tǒng)由上位機(jī)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和執(zhí)行元件組成。上位機(jī)系統(tǒng)由工控機(jī)、打印機(jī)等組成。工控機(jī)在鍋爐運(yùn)行時(shí)的作用主要是便于運(yùn)行人員監(jiān)視，當(dāng)發(fā)生報(bào)警時(shí)能夠提示運(yùn)行人員做相應(yīng)的處理；控制系統(tǒng)主要由PLC（可編程序控制器）組成，PLC是整個(gè)集中控制系統(tǒng)的控制中心，它通過采集壓力溫度信號(hào)及執(zhí)行元件的狀態(tài)，從而得知設(shè)備的運(yùn)行情況。同時(shí)PLC還可以采集其它物理信號(hào)，通過編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)鍋爐房的自動(dòng)控制。通訊系統(tǒng)主要是指工控機(jī)、PLC及變頻器通過相應(yīng)的通訊協(xié)議互相連接，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的交流。執(zhí)行元件主要由變頻器、軟啟動(dòng)器及接觸器等組成。

6 結(jié)論

燃?xì)忮仩t房的電氣及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是鍋爐房設(shè)計(jì)中不可或缺的組成部分，因此在設(shè)計(jì)過程中要根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在滿足安全及功能的前提下降低施工成本。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 任元會(huì)，卞鎧生，姚家祎，等.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].3版.北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[2] 王厚余.建筑物電氣裝置600問[M].北京：中國(guó)電力出版社，2013.

[3] 何離慶，張壽明，朱文嘉.過程控制系統(tǒng)與裝置[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2003.