電鍋爐房電氣設計分析論文

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摘要：電鍋爐是一種高效、節能、安全可靠、減少環境污染的新型電加熱設備。利用它可以將電網夜間低谷電力用于加熱水并保溫儲存，供白天使用或供熱。對于充分利用電網低谷電力，增加電力有效供給，提高電網的負荷率是一種非常有效的手段。

關鍵詞：電鍋爐電網負荷率

一概述

電鍋爐是一種高效、節能、安全可靠、減少環境污染的新型電加熱設備。利用它可以將電網夜間低谷電力用于加熱水并保溫儲存，供白天使用或供熱。對于充分利用電網低谷電力，增加電力有效供給，提高電網的負荷率是一種非常有效的手段。

電鍋爐突出優點如下：

1電鍋爐全套設備占地面積小，不需煙囪、燃料渣堆放場所。產品成套組裝出廠，在現場只需接上電源，水管，即可投入運行，可大大節省基建投資及安裝費用。

2熱效率高，輸送方便，損失很小。電鍋爐運行熱效率在95%以上。啟停調節方便，比煤鍋爐、油鍋爐更能節約能源。電熱鍋爐與其它鍋爐運行費用比較。

注：供曖面積以10000M2，采曖以每天10小時計算，采曖季為4個月。因各地區電價參數不同，此表數據僅供參考。

3自動化程度高、運行安全可靠

一般電鍋爐都采用自動控制，快速平穩地控制電加熱管組的循環投切。并且具有漏電保護、短路保護、過電流保護、過電壓保護、壓力超限保護、水位過低保護等多項保護功能。產品實現了機電一體化，不需專職鍋爐運行工、節省費用，避免了人為因素的影響而發生事故。

4保護環境、造福大眾

電鍋爐不會排出如二氧化硫、二氧化碳等有害氣體，無黑煙、灰塵，沒有廢物需要處理，無噪聲、無污染，從環境保護角度來看，最為優越。

5適用范圍廣

電鍋爐產品規格品種多，可滿足各種用途、各種環境和各種條件下的需要。還可根據用戶的特殊要求進行加工訂貨。

二電鍋爐房的主要設備

電鍋爐房的主要設備有:電鍋爐本體，電鍋爐電控柜，蓄熱水箱、蓄熱水泵、循環水泵、補水泵及其控制箱，軟水器等。

電鍋爐本體主要由鋼制殼體、電加熱管、進出水管及檢測儀表等組成。電鍋爐的加熱方式有電磁感應加熱方式和電阻加熱方式兩種。由于電磁感應加熱方式為間接加熱，因而熱效率較低，約為96％。而電阻加熱方式熱效率高，可達98％。電阻加熱方式即采用電阻式管狀電熱元件加熱，在結構上易于疊加組合，控制靈活，更換方便。目前電鍋爐基本上都采用電阻式管狀電熱元件加熱。

采用電阻式管狀電熱元件加熱方式,其電氣特點是鍋爐中的水不帶電。但當電熱元件漏水或爆裂時,也會使鍋爐中的水帶電,即稱之為漏電。另外,受電熱元件絕緣導熱層的絕緣程度的影響,電熱管也存在著一定的漏電電流。按照國家標準,漏漏電流應不大于0.5mA。因此，電氣線路上都應設漏電保護。

電加熱管是電鍋爐的心臟，其性能好壞直接關系到電鍋爐性能的好壞。電加熱管一般選用管狀形式，由金屬管、電熱絲、引出棒、連接座和填料等組成。一般情況下,電加熱管使用壽命在10000-30000小時。電加熱管的使用壽命主要取決于電加熱管的材料,表面熱負荷和用戶的運行管理水平。電加熱管為鎳鉻不銹鋼管材，表面熱負荷為6-9W/cm2。此外，電加熱管的額定電功率也是一個非常重要的性能指標。在額定工況下，根據國標規定，電功率偏差絕對值不應大于5％。

電加熱管的連接方式，一般采用三相，對稱地接成星形（Y）或三角形（△）。根據容量大小分成兩組或多組。圖1為750kW電鍋爐主接線原理圖。

電鍋爐的控制技術。從電氣角度來講，電鍋爐是一臺大功率的電力調功設備，鍋爐的輸出功率越高，電功率的輸出也就越大。電功率的輸出調節分有級功率調節和無級功率調節兩種。無級功率調節適用于調節精度較高的場合，而有級功率調節則適用于調節精度要求較低的場合。由于對電鍋爐的輸出熱功率調節精確度一般要求都不很高，因此國內絕大多數電熱鍋爐均采用有級功率調節方式。

有級功率調節采用交流接觸器控制，無級功率調節則采用可控硅控制?？煽毓枰部捎糜谟屑壒β收{節，其優點是無機械動作噪聲，壽命長。缺點是主回路不能完全關斷，過電流和過電壓能力差，自身耗電量大，需要強迫散熱，價格較高。而交流接觸器的優點是可實現主回路電氣完全隔離，過電壓和過電流的能力較強，自身耗電量小，發熱量小，價格便宜。因此，一般電鍋爐均采用交流接觸器作為控制器件。

電鍋爐的加熱控制是超大電流的控制，這是與燃油、燃氣鍋爐和燃煤鍋爐控制上的最大差別。電鍋爐在控制技術方面有以下幾方面特點：

1.為了減少對電網的沖擊影響，采取電加熱管組逐級投切方式。各組加熱器投切之間

間隔時間叫做逐級投切間隔時間。每組的功率越大，間隔時間越長。因此間隔時間因應根據需要可以任意設定。

2.為了延長電加熱管的使用壽命，盡量使電加熱管使用均衡，避免過多地使用管某一組或某幾組電加熱，。同時由于交流接觸器在大電流下工作,也應均衡使用。因此，控制原則是保證每組電加熱管總使用時間相同。控制方式采用多級控制，循環投切。即先投者先切，后投者后切，先停的先啟動，后停的后啟動。這樣就可以保證交流接觸器的動作次數完全相同，電加熱管的工作時間也大致相同。大大延長電鍋爐的使用壽命。

3.容量大的電鍋爐電流將達到幾百安培甚至幾千安培，這么大的強大電流將對電鍋爐控制裝置產生干擾。因此，需要采取可靠的抗電磁干擾措施。

4．電鍋爐的加熱控制系統是一個大滯后的二階慣性系統，采用一般的控制裝置很難達到最佳的控制效果，往往產生交流接觸器動作頻繁，甚至反復振蕩。國內已根據這一特點開發研制出了電鍋爐電腦控制器。

國內電鍋爐的控制方式有四種：（1）手動+溫度顯示控制儀表控制并溫度顯示；（2）順序控制器或PLC控制+溫度顯示控制儀表控制并溫度顯示；（3）完全用PLC控制，包括溫度輸入模塊和顯示單元（液晶顯示或觸摸屏顯示）；（4）專用電鍋爐電腦控制器控制并溫度顯示。由于其控制性能好，功能全，性價比高，得到了普遍應用。

專用電鍋爐電腦控制器為一體化機箱，觸摸屏操作。觸摸屏可實時動感地顯示電加熱管的運行狀態和鍋爐系統運行模擬圖。還可用數碼方式顯示溫度、壓力等參數值,并設有全方位的在線幫助,多級中文彈出式菜單和故障維修指南,適合任何層次的操作人員使用。采用了現代先進的模糊控制技術，能夠快速平穩地控制加熱組循環投切，提高加熱管使用壽命。電加熱管組投切動作采取間隔控制，降低對電網的干擾。間隔時間可任意設定。取得了很好的控制效果。

電熱鍋爐控制柜與電熱鍋爐配套供應，作為電熱鍋爐的控制裝置。控制柜主要由柜體、低壓斷路器、交流接觸器、電腦控制器、測量儀表等組成，與電鍋爐配套的蓄熱水泵、循環水泵、補水泵等的控制裝置一般單設電控柜（箱），根據用戶要求也可裝在電鍋爐控制柜中。小型電熱鍋爐可與控制柜作成一體，以減小電鍋爐房建筑面積。

三電鍋爐房的電氣設計

一般電鍋爐房的電氣設計包括電源設計、配電系統線路設計、熱工檢測系統設計及照明設計等。照明設計與一般鍋爐房設計相同，這里不作介紹。主要對電源設計、電鍋爐房的線路設計作一介紹。

1電源設計

（1）變壓器臺數及容量的選擇

對于較大容量電鍋爐房的應專設變配電所。為減少電能損耗、便于接線和節省投資，變配電所應鄰近電鍋爐房。容量較小的電鍋爐房可由原有的公用變電所供電。專用變壓器容量或由公用變電所提供的容量應滿足電鍋爐、蓄熱水泵、循環水泵、補水泵等設備的總用電量要求，并應考慮10％-20％的富裕量。多臺電鍋爐可共用一臺變壓器,但不允許多臺變壓器供一臺電鍋爐。如電鍋爐房設置兩臺700KW電鍋爐，則應配置兩臺800KW變壓器。

（2）變配電所低壓配電柜配電開關及線路要求

變配電所低壓配電柜配電開關及線路應與電鍋爐房的用電負荷容量相匹配。如有兩臺700KW電鍋爐，變配電所低壓配電柜應設置兩個1500A的低壓斷路器和兩條配電線路引至電鍋爐房。配電線路可采用帶N線和PE線的五芯電纜，如變配電所鄰近電鍋爐房，可采用封閉式母線槽。如蓄熱水泵、循環水泵、補水泵等附屬設備單設控制箱，但用電量與電鍋爐相比很小，供電電源線路可由電鍋爐控制柜引接。

2電鍋爐房的線路設計

電鍋爐房的線路包括電力線路和熱工檢測信號和控制線路。

（1）電力線路設計

電鍋爐控制柜至電鍋爐電加熱管的電力線路一般采用四芯YJV交聯聚氯乙烯銅芯電纜或四根BV銅芯塑料電線，其中一根為PE線。電纜規格及根數見表2。電纜或電線敷設方式一般采用穿鋼管埋地敷設，也可采用電纜橋架敷設或地溝敷設。

（2）熱工檢測信號和控制線路

熱工檢測信號線路包括溫度、壓力和水位檢測線路，分別由裝在電鍋爐本體上的溫度、壓力和水位傳感器接到電鍋爐控制柜中的電腦控制器上。為避免干擾、確保檢測的準確性，檢測信號線應采用屏蔽線，并與電力線路分開敷設。敷設方式可在地坪下穿鋼管暗埋或架空明敷設。

控制線路主要是蓄熱水泵、循環水泵、補水泵等附屬設備單設控制箱時，電鍋爐控制柜與附屬設備控制箱之間的控制及聯鎖線路，一般采用1.5平方毫米的BV銅芯塑料電線。敷設方式可采用在地坪下穿鋼管暗埋。

一般鍋爐房設有軟化水裝置，其用電量不大，在軟化水裝置附近墻上設置一個三孔電源插座即可。

(3)電鍋爐控制柜布置設計

電鍋爐容量較大、臺數較多的電鍋爐房，電鍋爐控制柜、水泵控制柜及自動化控制臺等應設在控制室內。如改造工程由于條件限制，單獨設置控制室有困難，或電鍋爐容量較小、臺數又很少時，電鍋爐控制柜和水泵控制箱也可設在電鍋爐房內，但應遠離水泵和水處理設備，并設置50-100mm的基礎。

容量大的電鍋爐控制柜一般為離墻安裝，單面（正面）操作，雙面開門維修。根據《10kV及以下變電所設計規范》GB50053－94規定，背面離墻距離應不小于1000mm，正面操作距離應不小于1500mm。容量較小的電鍋爐控制柜控制柜可靠墻安裝，正面操作距離也不應小于1500mm。

(4)接地系統設計

接地系統型式應采用TN-S系統。電源進線N線應作重復接地。電鍋爐控制柜、水泵控制箱、電鍋爐、水泵及其它電氣設備的金屬外殼、電纜電線穿線管等均應可靠接地。接地電阻要求小于1Ω。并按《低壓配電設計規范》GB50054-95要求做好等電位聯結。

四電鍋爐房電氣設計中存在的問題

隨著我國對環保的重視，最近幾年電鍋爐的生產和應用發展非常迅速。但由于電鍋爐在我國起步較晚，相關電鍋爐技術方面的規范、標準還不夠完善，各生產廠家各自為戰，產品自定型號規格，自成系列。這給設計人員對電鍋爐的選型，對電鍋爐房的布置設計帶來一定的困難。特別是電鍋爐房設計以暖通、給排水專業為主，電鍋爐的選擇和訂貨由暖通、給排水專業負責，電氣專業設計人員對電鍋爐產品的技術性能和對電氣專業的設計要求了解不夠，使得電鍋爐房電氣設計中出現一些問題。據筆者了解的情況，主要存在著以下四個問題。

1電源容量與電鍋爐房用電負荷不匹配。主要表現在改造工程項目上，或新建電鍋爐房，但變配電所未改造，使得變配電所中變壓器容量滿足了電鍋爐房用電要求，或變壓器容量能滿足要求，但引到電鍋爐房的線路出線開關容量不夠。希望建設單位在改建鍋爐房時，應根據電鍋爐房的負荷容量，對原變配電所增容擴建和改造。

2電鍋爐房建筑面積偏小，使電鍋爐、電鍋爐控制柜及其它配套設備布置很困難。如有的鍋爐房，電鍋爐控制柜距電鍋爐只有500㎜，控制柜的門都打不開，更不用說操作距離了。出現這一問題的原因是利用原有的鍋爐房,或還未選擇確定電鍋爐設備,建筑設計時沒有按設備的安裝要求設計鍋爐房幅員尺寸。結果造成了設備大，鍋爐房建筑面積明顯偏小的弊端。設計單位應在電鍋爐及其配套設備都確定的條件下，再作電鍋爐房設計為好。

3電鍋爐與蓄熱水泵、循環水泵、補水泵等附屬設備等不是由同一廠家，而是由幾個廠家配套供貨，造成水泵控制箱與電鍋爐控制柜不匹配。根據控制要求，電鍋爐與蓄熱水泵之間應互相聯鎖，但由于蓄熱水泵控制箱沒有考慮，這給施工安裝帶來很大的麻煩。

希望建設單位或承包商訂貨時，電鍋爐和蓄熱水泵、循環水泵、補水泵等附屬設備及其控制箱應盡量由電鍋爐供貨商配套供貨，水泵的控制裝置最好集成到電鍋爐控制柜中，由電腦控制器集中控制，即方便了安裝接線，操作維護，又減少了故障，提高了安全可靠性。

4電鍋爐房電氣施工設計圖紙不夠完整。電鍋爐房電氣施工設計圖紙應包括電力系統圖、電力管線平面布置圖。但由于設計人員對電鍋爐設備資料掌握不全，再加上施工圖設計時電鍋爐設備的選型還未定下來，無法作施工圖設計，造成電氣施工設計圖紙的空缺。

以上問題雖然只是個別現象，但希望引起大家注意。隨著電鍋爐應用的普及，電鍋爐房設計的增多，規范標準的不斷完善，相信電鍋爐房的電氣設計水平必將會大大提高。