電供暖系統(tǒng)分類及其供配電設(shè)計(jì)要點(diǎn)簡述

劉玖增

摘 要：傳統(tǒng)燃煤供暖是冬季大氣污染和霧霾形成的主要原因，對(duì)生存環(huán)境和人民的身體健康產(chǎn)生長期深刻的不利影響。燃煤所產(chǎn)生的PM2.5，SO2，氧氮化物占污染物總排放量的62%，93%和70%。醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)與研究表明，空氣污染和肺癌死亡率之間存在明確的關(guān)聯(lián)性。在民眾對(duì)空氣質(zhì)量要求日益嚴(yán)格的今天，各地政府出臺(tái)一系列政策法規(guī)，電供暖技術(shù)作為清潔供暖技術(shù)，日漸在供暖改造議題中逐漸活躍起來。

關(guān)鍵詞：電鍋爐；供配電系統(tǒng)；節(jié)能

中圖分類號(hào)：TM727 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）15-0168-02

1 電供暖系統(tǒng)的分類（見表1）

電供暖系統(tǒng)一般分為直供式和蓄熱式，主要以是否含有蓄熱裝置來進(jìn)行分類。在主體結(jié)構(gòu)上和常規(guī)的燃煤燃?xì)忮仩t供暖系統(tǒng)大致相同。

因?yàn)樾顭崾焦┡到y(tǒng)是以直供式擴(kuò)展而成，所以本文側(cè)重討論電阻式和電極式蓄熱式系統(tǒng)。

蓄熱式供暖系統(tǒng)大致可以分為固體蓄熱式電鍋爐，電阻式蓄熱鍋爐和高壓電極式蓄熱鍋爐。

（1）固體蓄熱式電鍋爐使用鎂鐵合金為蓄熱材料，用加熱絲加熱蓄熱磚，利用循環(huán)風(fēng)機(jī)和換熱器將熱量傳遞出來。此類設(shè)備占地面積小，節(jié)省空間，無排放，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，無人值守。供熱時(shí)間可自由控制，達(dá)到智能化管理。設(shè)備無壓力容器，安全性能高。

（2）電阻式蓄熱鍋爐，基本結(jié)構(gòu)為一組帶有絕緣外殼的高電阻導(dǎo)線，浸沒在水中。高阻導(dǎo)線間無接觸，電流通過水，將高阻導(dǎo)線形成回路，水被加熱來進(jìn)行供暖。該裝置要求爐水有一定的電導(dǎo)率。

（3）電極式鍋爐，利用水的電導(dǎo)性能，在高壓電極間將水加熱。主要分浸沒式和噴水式兩種：1）浸沒式：主體結(jié)構(gòu)原理是利用爐體頂端電機(jī)控制電極棒升降，來調(diào)節(jié)電極棒在爐水中浸沒的尺寸，通過I2R形式達(dá)到對(duì)熱量進(jìn)行無級(jí)調(diào)控。2）噴水式：主體結(jié)構(gòu)原理是通過爐體底部的變頻水泵調(diào)節(jié)噴射到電極板上的水量，通過I2R形式使?fàn)t水汽化，達(dá)到對(duì)熱量的無級(jí)調(diào)控。

以上三種為目前此類設(shè)備的主要形式。

其中，固體蓄熱式鍋爐占地小，可智能化，但造價(jià)高，且要求用戶留有充足的變壓器負(fù)荷裕量。變壓器負(fù)荷不足的用戶將會(huì)面臨增容變壓器的問題，這將意味著不小的額外資金壓力。所以實(shí)踐中，主要以含游泳池的高檔賓館，蔬菜及動(dòng)植物養(yǎng)殖基地，和食品加工企業(yè)的巴氏消毒等專項(xiàng)領(lǐng)域應(yīng)用。

電阻式蓄熱鍋爐因?yàn)樾枰鋫浯罅拷泳€柱，開關(guān)，熔斷器等設(shè)備元器件，一般應(yīng)用于600V（或更低）低壓之下。

高壓電極式鍋爐，結(jié)構(gòu)簡單——噴射式電極鍋爐外壁甚至不需要絕緣，可應(yīng)用于10KV高壓，適用于大于10MW以上設(shè)備，適合居民住宅小區(qū)。

2 電極式鍋爐電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）電鍋爐供配電系統(tǒng)原理見圖1，對(duì)于大容量電鍋爐電氣設(shè)備，應(yīng)專設(shè)變配電所，低壓配電柜，專用斷路器，專用配電線路。

（2）由于電鍋爐改造對(duì)于大多數(shù)用戶來講，為新增用電設(shè)備，一定牽涉到供電系統(tǒng)的改造，所以應(yīng)該根據(jù)鍋爐房的負(fù)荷容量，進(jìn)行增容擴(kuò)建和改造。電源容量應(yīng)與電鍋爐房用電負(fù)荷相匹配。小容量電鍋爐，可由原供電所供電。專用變壓器容量或公用變電所提供容量，應(yīng)滿足鍋爐房電氣設(shè)備：蓄熱水泵，循環(huán)水泵，補(bǔ)水泵，加壓泵，鼓風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)，爐排機(jī)，除煤渣機(jī)等其他設(shè)備的總用電需求，并考慮10-20%冗余電量。

（3）電鍋爐及配套設(shè)備應(yīng)由廠家提供確定的充足電量條件，對(duì)電鍋爐房進(jìn)行設(shè)計(jì)才會(huì)比較準(zhǔn)確。設(shè)計(jì)單位需在電鍋爐廠家及配套設(shè)備廠家配合情況下，完成電鍋爐房設(shè)計(jì)。圖紙才有具有指導(dǎo)施工的意義。

（4）電極式鍋爐的爐水是自來水添加電阻調(diào)節(jié)劑，所以電極式鍋爐本質(zhì)上更接近純電阻元件，功率因數(shù)接近1，無諧波，啟動(dòng)時(shí)對(duì)供配電網(wǎng)絡(luò)基本無沖擊電壓。

（5）熱力檢測線路包括溫度，壓力，水位檢測。檢測線路采用屏蔽線，與電力線路分開敷設(shè)，防止電磁場污染，采集無效信號(hào)，也可在地下穿管埋設(shè)或架空明敷。

（6）控制線路主要是對(duì)蓄熱水泵，循環(huán)水泵，補(bǔ)水泵及水處理設(shè)備進(jìn)行控制聯(lián)動(dòng)，采用1.5mm2的BV銅線或YJY交聯(lián)聚氯乙烯電纜。電纜絕緣耐壓為0.6KV-1KV。敷設(shè)方式采用穿管地埋式，電纜架橋或地溝敷設(shè)，且應(yīng)考慮散熱方面的問題，如果散熱條件不好，柜外可以明設(shè)架橋，饋出柜之間可采取母排連線。線纜在正常負(fù)載下，截面積應(yīng)該滿足運(yùn)行時(shí)線纜不可因溫度過高而燒毀，因此：

Iy≥Ijs

式中Iy：線纜長期允許電流

Ijs：線纜的計(jì)算電流

電纜和導(dǎo)線允許的持續(xù)電流和熔斷器熔體電流，斷路器脫扣器的動(dòng)作電流應(yīng)考慮到過載保護(hù)和靈敏性

2.5IY>Ier

式中Ier：熔體額定電流

（7）多臺(tái)電鍋爐與儲(chǔ)熱水泵，循環(huán)水泵，補(bǔ)水泵等由不同廠家提供。電鍋爐與水泵之間，有相互聯(lián)動(dòng)關(guān)系，控制回路應(yīng)集中設(shè)置，方便安裝接線，減小故障率，提高安全可靠性。

（8）控制室應(yīng)做好通風(fēng)和應(yīng)急照明。如該項(xiàng)目沒有設(shè)置控制室的條件，電鍋爐控制箱或柜與電鍋爐放置在同一房間，箱體外殼應(yīng)達(dá)到防噴濺等級(jí)。

（9）線纜選型以廠家為主。

3 電極式鍋爐供配電系統(tǒng)方面設(shè)計(jì)中的常見問題

（1）接地方式：一般來講，電極鍋爐的接地方式主要有中性點(diǎn)不接地，中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地兩種。采取哪種接地方式，要看市政供電系統(tǒng)的接地形式。實(shí)際中，市政供電系統(tǒng)以中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地為主，因此電鍋爐也應(yīng)采取相應(yīng)的接地方式。如果電鍋爐為中性點(diǎn)直接接地方式，則應(yīng)架設(shè)自用變壓器，隔離電鍋爐與供電網(wǎng)絡(luò)。工程中，應(yīng)供電部門的要求，電鍋爐采取中性點(diǎn)不接地方式時(shí)，鍋爐廠家一般采取爐內(nèi)改造，加裝絕緣段來提高電阻值，但限于爐內(nèi)空間有限，此種方案對(duì)工程項(xiàng)目的特殊性有較高的要求。加裝專網(wǎng)專用變壓器與中性點(diǎn)經(jīng)小電阻或中電阻接地方式，在工程實(shí)踐中應(yīng)用較為實(shí)際，但這需要和當(dāng)?shù)毓╇姴块T相協(xié)調(diào)，且增加相應(yīng)投資。而且牽扯到電網(wǎng)改造，增大工程量。對(duì)于不便進(jìn)行電網(wǎng)改造的用戶，也可以在鍋爐供電前端采用隔離變壓器，加裝安全聯(lián)鎖措施，且每臺(tái)鍋爐的對(duì)地電阻值大于1000Ω，可以最大的與市政供電網(wǎng)絡(luò)相匹配。

（2）電鍋爐的爐水是實(shí)際運(yùn)行元件，但其較低的電導(dǎo)率也成為系統(tǒng)的安全隱患。所以應(yīng)考慮各泵或閥門的地面排水情況。防止泵或閥門在出現(xiàn)故障時(shí)，水不能及時(shí)排出或直接噴濺到控制柜等設(shè)備，造成電氣短路，引起火災(zāi)等事故。

（3）電鍋爐與蓄熱水泵，循環(huán)水泵，補(bǔ)水泵等設(shè)備分屬不同廠家供貨，因此有可能造成控制柜的不匹配。所以，電鍋爐和蓄熱水泵之間應(yīng)有聯(lián)鎖裝置，便于集中控制，方便布線，減小故障率。

（4）與設(shè)備廠家和其他專業(yè)之間的配合按以往經(jīng)驗(yàn)，鍋爐房的設(shè)計(jì)主要以暖通和給排水為主，但隨著電鍋爐需求的日漸升溫，電氣設(shè)計(jì)的比重越來越大，設(shè)計(jì)介入在流程中也越來越提前。因此暖通，給排水專業(yè)在編寫技術(shù)規(guī)范和工程要求時(shí)，應(yīng)明確電鍋爐和給水泵，循環(huán)水泵等輔助設(shè)備間的控制要求，在土建設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要避免配電室面積過小而布置局促，甚至打不開柜門的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

（1）電供暖技術(shù)將電能直接轉(zhuǎn)化熱能，原理簡單，技術(shù)成熟，污染物零排放，可保留原供暖網(wǎng)絡(luò)等特點(diǎn)。特別是在高檔建筑和市政供暖未能覆蓋的“供暖孤島型”零星建筑中的優(yōu)勢明顯。（2）高壓電極式鍋爐供暖具有清潔安全環(huán)保的特點(diǎn)，但由于運(yùn)營費(fèi)用，特別是電費(fèi)方面，還是需要政府出臺(tái)在谷電時(shí)段的優(yōu)惠政策，與其他形式的供暖技術(shù)，才具備一定的競爭優(yōu)勢；（3）不斷升溫的電極式鍋爐市場需求，促使供配電設(shè)計(jì)在電供暖設(shè)計(jì)方面的份額不斷加大，甚至改變了設(shè)計(jì)介入滯后的傳統(tǒng)面貌。但電鍋爐供暖在電力容量選擇與改造，中性點(diǎn)接地和線纜敷設(shè)等方面提出了更加獨(dú)特的要求，這也是目前電氣設(shè)計(jì)行業(yè)共同面對(duì)的專業(yè)整體提高的機(jī)遇，并且比以往任何時(shí)候，更加強(qiáng)調(diào)與其他各專業(yè)的配合。

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