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摘要：通过探讨氧化铝厂方案规划和施工图设计阶段常见的电气问题，提出相应的解决方案，实现更好地提升氧化铝行业电气设计水平的目的。
关键词：氧化铝；电气；措施
中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：1001-828X（2013）07-0-01
氧化铝厂由于工艺产品的综合电单耗约为220kWh/t，一座以40万吨/年为一条工艺流程线的氧化铝厂用电负荷约为14MW左右，因此可以采用10kV电压等级对一条工藝生产线进行供电。虽然电压等级不高，但是氧化铝厂供配电设计却涉及很多内容，因此，在方案规划和施工图设计阶段往往会出现一系列问题，现汇总常见的设计问题并探讨相应的解决办法：
一、方案规划
1.应认真与工艺、水道等主体专业配合确定相对准确的工艺配置方案，并了解用电设备情况，为方案规划阶段用电负荷容量的估算打下良好的基础，使得各个生产片区的供配电范围、生产车间变压器的选择在合理范围内，这样才能为上级系统主变容量的合理确定提供有力的数据支持。
2.按40万吨/年的生产规模和一条线的工艺流程，通常划分为原料、溶出、沉降、分解、蒸发、焙烧区域，每个区域设置一处10kV配电室，配电系统采用单母线分段结构。为满足不同业主的分期建设要求和考虑停电对生产所产生的影响，可提供两种可行的设计方案：一种为只配置一期所需10kV开关设备，并在每段10kV母线最端部配置一台隔离柜或断路器柜，方便后期或扩建时进行并柜；另一种为直接采用两套独立的10kV配电系统，每套系统只负责为一条工艺流程用电设备供电。
另外，虽然单母线分段的配电系统结构简单、安全可靠、便于操作和管理，但当实际运行发生事故或需要倒闸操作时，所设置的备自投装置动作时间往往由于继电保护的选择性配合问题而过长，因此可使用快切装置及时回复系统供电。
3.低压系统中通过使用智能电动机保护控制器，将传统的电机保护控制方式和故障记录分析能力有质的提升，可将每个低压配电室内同一生产流程上的电动机保护控制器进行组网，可分为电动机保护控制器硬接线方式、MODBUS双网型式、MODBUS和PROFIBUS双网型式，通过与DCS设置在低压配电室内的远程控制柜相配合，将电动机的所有数据进行上传。
在全厂主控室通过建立DCS生产控制系统、ECS电力监测分析系统，既能由DCS直接控制最末级电动机实现工艺过程自动化，又能通过ECS监测和分析由大量智能元器件组成的低压配电系统的运行状态，以及电动机保护控制器所记录的电动机运行、故障数据，为未来逐步实现氧化铝厂管控一体化做好硬件方面的准备。
二、施工图设计
1.高低压配电室配置：由于土地集约化、环境保护、节能减排的重大举措的实施，要求氧化铝工艺设备大型化、生产总规模扩大化并不断提升，使得氧化铝项目所占用的土地的利用率要求越来越高，总图布置越来越紧凑，同时使得要求相应的配电室自动化水平越来越高，并逐步做到无人值守型变配电所。
为实现上述要求，可采用上中下五层紧凑配置方式：一层为电缆夹层、二层为高低压配电室、三层为电缆夹层、四层为变频器、软启动器、成套控制设备室、五层为片区DCS室和办公室。这种配置型式充分利用有限的土地进行立体方向的空间延伸，功能区划分又很明确，方便运行和维护工作。
由于配电室采用这种多层建筑设计，因此电缆夹层内的电缆数量众多，在业主电气设备未订货之前，虽然楼板已预留有盘柜穿线孔洞，但往往由于实际到货柜体结构发生变化导致洞口错位而使得上下敷设电缆不方便，因此可以采用预留通长孔洞的方式方便后期电气设备安装、电缆敷设和设备升级改造。
2.电缆敷设：由于氧化铝厂各个车间均有大量的用电设备特别是电动机，配电室又往往很集中的承担多个车间的供电，因此需要由配电室引出的电缆桥架层数很多，可通过多设立引出口的方式解决建筑墙面预留孔洞过大、与结构梁柱相碰的问题，并使得电缆桥架引出后有一定的倾斜角度及加装防雨挑檐，可有效防止雨水倒灌。
另外，由于氧化铝工艺过程中酸碱的使用和产生，使得采用常规的热镀锌钢制桥架在连接处、接地引下线处很容易产生腐蚀而影响承重性能，除加强施工管理和提高施工人员水平外，还可以采用新型抗腐蚀性能更好的桥架，但同时每隔一定距离仍要做吊装或下部支撑以防止桥架变形。
3.照明：由于氧化铝厂很多车间均为露天或敞开式多层结构，因此选用防护等级较高如IP65的三防灯具和节能新型光源，可大大减少照明灯具的能耗和更换成本，以及操作工人的灯具维护量。
4.由于节能环保在全社会及各个行业越来越受到关注，使得对工艺过程的控制越来越重视变频器的有效利用。变频器的大量应用在起到节能降耗显著效果的同时，也引起了低压电网中越来越多的谐波和在室内大量热量的产生，因此需要通过在低压配电系统中采取相应的措施，如有源滤波器等治理谐波，通过合理选择变频器并在配电室内配置空调来控制热量。
5.设计配合：施工图设计工作开展时，业主电动机定货及相应的资料交接往往滞后，设计在前定货在后的局面时常发生，很容易导致电气设计图与现场实际到货不匹配，因此，在配电柜制造厂排产前，需由业主协调设计方、制造方、订货方，将开关柜制造所需图纸按实际反馈的电动机资料做一次系统的梳理和修改，通过这一环节可以有效避免设备到达现场后的尴尬局面。
另外，氧化铝厂使用很多大型的成套设备，如隔膜泵、球磨机、煤气发生炉等，需要积极配合业主索要设备制造厂的电气资料并及时进行交流，确定设计界区和设备接口条件，可以避免设计空白或设备到货后现场大量修改二次接线等情况。
三、改善措施
前述诸多问题虽然根据实际工程设计经验列举了相应的解决办法，但毕竟不是一种从根本上解决问题的措施，要避免设计、招标、制造、施工、调试等各个环节所产生的衔接和配合问题，需要各个环节严格按照一定的管理程序去按步骤实施，不能只单一的追求进度，而是要把优秀的工程质量、合理的工程总体性价比、工程高度自动化作为目标，用规范和标准来严格管理工程的各个环节，并通过多调研如钢铁、化工、水泥生产等行业，学习和借鉴其经验，进行技术交流扩大视野，对照国外同行业取长补短，以提高整体水平，达到工艺先进、设备可靠、自动化程度高、投资优化的根本目的，才能更好地提升氧化铝行业的现代化程度和整体国际竞争力。
关键词：氧化铝；电气；措施
中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：1001-828X（2013）07-0-01
氧化铝厂由于工艺产品的综合电单耗约为220kWh/t，一座以40万吨/年为一条工艺流程线的氧化铝厂用电负荷约为14MW左右，因此可以采用10kV电压等级对一条工藝生产线进行供电。虽然电压等级不高，但是氧化铝厂供配电设计却涉及很多内容，因此，在方案规划和施工图设计阶段往往会出现一系列问题，现汇总常见的设计问题并探讨相应的解决办法：
一、方案规划
1.应认真与工艺、水道等主体专业配合确定相对准确的工艺配置方案，并了解用电设备情况，为方案规划阶段用电负荷容量的估算打下良好的基础，使得各个生产片区的供配电范围、生产车间变压器的选择在合理范围内，这样才能为上级系统主变容量的合理确定提供有力的数据支持。
2.按40万吨/年的生产规模和一条线的工艺流程，通常划分为原料、溶出、沉降、分解、蒸发、焙烧区域，每个区域设置一处10kV配电室，配电系统采用单母线分段结构。为满足不同业主的分期建设要求和考虑停电对生产所产生的影响，可提供两种可行的设计方案：一种为只配置一期所需10kV开关设备，并在每段10kV母线最端部配置一台隔离柜或断路器柜，方便后期或扩建时进行并柜；另一种为直接采用两套独立的10kV配电系统，每套系统只负责为一条工艺流程用电设备供电。
另外，虽然单母线分段的配电系统结构简单、安全可靠、便于操作和管理，但当实际运行发生事故或需要倒闸操作时，所设置的备自投装置动作时间往往由于继电保护的选择性配合问题而过长，因此可使用快切装置及时回复系统供电。
3.低压系统中通过使用智能电动机保护控制器，将传统的电机保护控制方式和故障记录分析能力有质的提升，可将每个低压配电室内同一生产流程上的电动机保护控制器进行组网，可分为电动机保护控制器硬接线方式、MODBUS双网型式、MODBUS和PROFIBUS双网型式，通过与DCS设置在低压配电室内的远程控制柜相配合，将电动机的所有数据进行上传。
在全厂主控室通过建立DCS生产控制系统、ECS电力监测分析系统，既能由DCS直接控制最末级电动机实现工艺过程自动化，又能通过ECS监测和分析由大量智能元器件组成的低压配电系统的运行状态，以及电动机保护控制器所记录的电动机运行、故障数据，为未来逐步实现氧化铝厂管控一体化做好硬件方面的准备。
二、施工图设计
1.高低压配电室配置：由于土地集约化、环境保护、节能减排的重大举措的实施，要求氧化铝工艺设备大型化、生产总规模扩大化并不断提升，使得氧化铝项目所占用的土地的利用率要求越来越高，总图布置越来越紧凑，同时使得要求相应的配电室自动化水平越来越高，并逐步做到无人值守型变配电所。
为实现上述要求，可采用上中下五层紧凑配置方式：一层为电缆夹层、二层为高低压配电室、三层为电缆夹层、四层为变频器、软启动器、成套控制设备室、五层为片区DCS室和办公室。这种配置型式充分利用有限的土地进行立体方向的空间延伸，功能区划分又很明确，方便运行和维护工作。
由于配电室采用这种多层建筑设计，因此电缆夹层内的电缆数量众多，在业主电气设备未订货之前，虽然楼板已预留有盘柜穿线孔洞，但往往由于实际到货柜体结构发生变化导致洞口错位而使得上下敷设电缆不方便，因此可以采用预留通长孔洞的方式方便后期电气设备安装、电缆敷设和设备升级改造。
2.电缆敷设：由于氧化铝厂各个车间均有大量的用电设备特别是电动机，配电室又往往很集中的承担多个车间的供电，因此需要由配电室引出的电缆桥架层数很多，可通过多设立引出口的方式解决建筑墙面预留孔洞过大、与结构梁柱相碰的问题，并使得电缆桥架引出后有一定的倾斜角度及加装防雨挑檐，可有效防止雨水倒灌。
另外，由于氧化铝工艺过程中酸碱的使用和产生，使得采用常规的热镀锌钢制桥架在连接处、接地引下线处很容易产生腐蚀而影响承重性能，除加强施工管理和提高施工人员水平外，还可以采用新型抗腐蚀性能更好的桥架，但同时每隔一定距离仍要做吊装或下部支撑以防止桥架变形。
3.照明：由于氧化铝厂很多车间均为露天或敞开式多层结构，因此选用防护等级较高如IP65的三防灯具和节能新型光源，可大大减少照明灯具的能耗和更换成本，以及操作工人的灯具维护量。
4.由于节能环保在全社会及各个行业越来越受到关注，使得对工艺过程的控制越来越重视变频器的有效利用。变频器的大量应用在起到节能降耗显著效果的同时，也引起了低压电网中越来越多的谐波和在室内大量热量的产生，因此需要通过在低压配电系统中采取相应的措施，如有源滤波器等治理谐波，通过合理选择变频器并在配电室内配置空调来控制热量。
5.设计配合：施工图设计工作开展时，业主电动机定货及相应的资料交接往往滞后，设计在前定货在后的局面时常发生，很容易导致电气设计图与现场实际到货不匹配，因此，在配电柜制造厂排产前，需由业主协调设计方、制造方、订货方，将开关柜制造所需图纸按实际反馈的电动机资料做一次系统的梳理和修改，通过这一环节可以有效避免设备到达现场后的尴尬局面。
另外，氧化铝厂使用很多大型的成套设备，如隔膜泵、球磨机、煤气发生炉等，需要积极配合业主索要设备制造厂的电气资料并及时进行交流，确定设计界区和设备接口条件，可以避免设计空白或设备到货后现场大量修改二次接线等情况。
三、改善措施
前述诸多问题虽然根据实际工程设计经验列举了相应的解决办法，但毕竟不是一种从根本上解决问题的措施，要避免设计、招标、制造、施工、调试等各个环节所产生的衔接和配合问题，需要各个环节严格按照一定的管理程序去按步骤实施，不能只单一的追求进度，而是要把优秀的工程质量、合理的工程总体性价比、工程高度自动化作为目标，用规范和标准来严格管理工程的各个环节，并通过多调研如钢铁、化工、水泥生产等行业，学习和借鉴其经验，进行技术交流扩大视野，对照国外同行业取长补短，以提高整体水平，达到工艺先进、设备可靠、自动化程度高、投资优化的根本目的，才能更好地提升氧化铝行业的现代化程度和整体国际竞争力。