技术 | 浅谈水泥工厂电气设计中几个事关安全的问题

前言

安全是企业生产的头等大事。现在国家对水泥厂安全生产的管理和监督越来越重视，工程建设初步设计阶段就必须编制独立的《安全专篇》。2018年发布并实施了《新型干法水泥生产安全规程》，规定了一系列强制性的安全技术要求。例如，油浸式变压器必须设置100％变压器油量的储油池；总降、高低压配电室等重要部位须设置应急照明和疏散指示照明；成排布置的配电屏长度超过6m时，屏后通道应设置两个出口；皮带机等输送设备的拉绳开关和斗提急停按钮等在停车后不得自动恢复，必须手动恢复等。我公司近阶段总承包的部分大型水泥工程项目均已按一级安标的要求进行设计，本文就电气设计中经常遇到的几个事关安全的问题进行分析和探讨。

我们在设计中经常要将设备的故障信号引入DCS系统用以报警或者停车连锁。有些设计人员会将表示故障信号的中间继电器常开触点接入系统中，这种做法其实是有安全隐患的。如下图中故障信号1，当信号断线或者控制电源丢失时，控制系统将一直无法获得故障信号。因此应该将继电器常闭触点作为故障信号引入系统，如下图中故障信号2，这样当发生断线或控制电源丢失的情况时，系统可以第一时间获得信息并作出处理。

图1 设备的故障信号引入DCS系统

目前我们水泥厂的低压配电系统通常采用TN-S系统。低压配电变压器的低压侧中性点直接接地后，N线和PE线就此分离不再有连接；同时将用电设备的金属外壳等与PE线直接连通。但是这样的做法并不能很好的保护人身安全，TN-S系统必须与等电位联结配合才能确保人身安全。比如水泥厂的大门传达室，传达室配电箱电源引自厂区电气室，电动伸缩门与PE线连通，如下图所示。如果远处a点设备发生接地故障，同时防护电器未及时切断故障回路，故障电压就会沿着PE线传导至电动门上，此时如果人体触碰到伸缩门就有可能发生触电事故。

图2 设备的故障信号引入DCS系统

为此应该在电动门处做接地网并于传达室处设等电位端子箱(LEB)，形成可靠的等电位联结；没有电位差，也就不可能发生触电事故了。目前国内水泥工厂的电气设计与施工对等电位联结的重视程度普遍不足，做完重复接地及在桥架或电缆沟内放置扁钢后就认为万事大吉；有相当多的工程并未认真按照标准图集《15D502等电位联结安装》执行。这一点应该引起大家的充分重视。

目前水泥厂的中压开关柜大多采用直流操作电源，由直流电源柜提供控制及合分闸回路电源。通常直流电源柜的提供的电源是可靠的，但不排除中压开关柜直流电源掉电及跳闸回路断线的可能。当以上两种情况发生时，通过中压开关柜的二次回路是无法实现断路器的分闸的，会导致紧急停车的失败。为解决此问题可为中压断路器配套欠压脱扣器，将欠压脱扣器接于直流电源回路并与紧急停车按钮串联。当直流电源掉电、欠压脱扣器回路断线、紧急停车按钮按下时，欠压脱扣器分断中压断路器实现了紧急停车功能。同理欠压脱扣器也可适用于低压系统，为低压主进线柜配套欠压脱扣器即可实现紧急停车功能。

国内项目水泥窑的燃料通常为煤，但国外项目中通常还会有用油以及天然气作为燃料的情况。为此窑尾可燃气体检测应该包含一氧化碳以及甲烷(油、气做燃料时)，检测信号应接入系统做报警及故障连锁；同时DCS程序里的安全连锁不得轻易解锁。某国外水泥厂在切换燃料的过程中未按规程操作由此引起事故。这一点要引起大家的重视。

为了预防在安装调试及生产过程中发生事故，有必要设计和安装紧急停车装置。紧急停车装置分单体、车间、中压紧急停车三类。这三类紧急停车的停车范围逐级递增。

单体紧急停车就是为每个电机设置急停装置，可以通过低压电机现场VCS、红色蘑菇式按钮、拉绳开关等实现。以上几种方式中VCS直接作用于一次回路，实现能量隔离。拉绳开关及低压红色蘑菇式按钮通过分断接触器控制回路实现紧急停车。中压电机的紧急停车通过中压开关柜的分闸脱扣器或欠压脱扣器来实现。

车间紧急停车系指通过安装于车间区域的红色蘑菇式停车按钮关停该车间区域内的所有电机(包括了中压、低压及变频电机)。通常采用在各电气室及变配电站内设置辅助电压控制盘来实现车间紧急停车。辅助电压控制盘内设安全继电器，安全继电器与车间区域的红色蘑菇式停车按钮串联。停车按钮按下时，安全继电器发出信号切断相关的MCC进线断路器、中压电机开关柜等以实现整个车间区域的紧急停车。

中压紧急停车系指通过红色蘑菇式按钮切断中压配电站进线电源。中压紧急停车按钮通常安装于中压进线柜、变配电站及中控室等处。通常可在中压进线柜上安装安全继电器，安全继电器与各蘑菇式按钮串联，安全继电器触点接入断路器跳闸回路以实现紧急停车。也可采用蘑菇式按钮与中压断路器的欠压脱扣器串联的方式实现紧急停车。

紧急停车系统对于紧急状况下事故的预防和减轻有重要作用，具体实现方式需要作进一步探讨。

安全第一，预防为主。水泥厂生产过程中的不安全因素我们从设计阶段就应该加以预防。以上所谈的几个措施都是在现实发生过的事故基础上的经验的总结与思考，值得我们在今后的设计过程中加以注意而避免类似事故的再次发生。

作者：王蕾，池圣汉

来源：《中材株洲水泥有限责任公司》

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