电锅炉房的电气设计

电锅炉房的电气设计

摘要：电锅炉是一种高效、节能、安全可靠、减少环境污染的新型电加热设备。利用电锅炉可以将电网夜间低谷电力用于加热水并保温储存，供白天使用或供热。对于充分利用电网低谷电力，增加电力有效供给，提高电网的负荷率是一种非常有效的手段。

关键词：电锅炉 ,电热水锅炉，电热锅炉，蒸汽电锅炉

一、 概述

电锅炉是一种高效、节能、安全可靠、减少环境污染的新型电加热设备。利用它可以将电网夜间低谷电力用于加热水并保温储存，供白天使用或供热。对于充分利用电网低谷电力，增加电力有效供给，提高电网的负荷率是一种非常有效的手段。

电锅炉突出优点如下：

1 电锅炉全套设备占地面积小，不需烟囱、燃料渣堆放场所。产品成套组装出厂，在现场只需接上电源，水管，即可投入运行，可大大节省基建投资及安装费用。

2 热效率高，输送方便，损失很小。电锅炉运行热效率在95%以上。启停调节方便，比煤锅炉、油锅炉更能节约能源 。电锅炉与其它锅炉运行费用比较见表1。

几种锅炉运行费用比较表表1

注：供暧面积以9000m，采暧以每天10小时计算，采暧季为4个月。因各地区电价参数不同，此表数据仅供参考。

3

电锅炉自动化程度高、运行安全可靠

一般电锅炉都采用自动控制，快速平稳地控制电锅炉电加热管组的循环投切。并且电锅炉具有漏电保护、短路保护、过电流保护、过电压保护、压力超限保护、水位过低保护等多项保护功能。电锅炉产品实现了机电一体化，不需专职电锅炉运行工、节省费用，电锅炉避免了人为因素的影响而发生事故。 4 电锅炉保护环境、造福大众 ２

电锅炉不会排出如二氧化硫、二氧化碳等有害气体，无黑烟、灰尘，没有废物需要处理，无噪声、无污染，从环境保护角度来看，最为优越。

5 适用范围广

电锅炉产品规格品种多，可满足各种用途、各种环境和各种条件下的需要。还可根据电锅炉用户的特殊要求进行加工订货电锅炉。

二 、电锅炉房的主要设备

电锅炉房的主要设备有:电锅炉本体，电锅炉电控柜，电锅炉蓄热水箱、电锅炉蓄热水泵、电锅炉循环水泵、电锅炉补水泵及电锅炉控制箱，电锅炉软水器等。

电锅炉本体主要由电锅炉钢制壳体、电锅炉电加热管、电锅炉进出水管及电锅炉检测仪表等组成。电锅炉的加热方式有电磁感应加热方式和电阻加热方式两种。由于电磁感应加热方式为间接加热，因而热效率较低，约为96％。而电锅炉采用电阻加热方式热效率高，可达98％。电阻加热方式即采用电阻式管状电热元件加热，电锅炉在结构上易于叠加组合，电锅炉控制灵活，电锅炉更换方便。目前电锅炉基本上都采用电阻式管状电热元件加热式电锅炉。

电锅炉采用电阻式管状电热元件加热方式,电锅炉电气特点是电锅炉中的水不带电。但当电锅炉电热元件漏水或爆裂时,也会使电锅炉中的水带电,即称之为漏电。另外,受电锅炉电热元件绝缘导热层的绝缘程度的影响,电锅炉电热管也存在着一定的漏电电流。电锅炉按照国家标准, 电锅炉漏电流应不大于0.5mA。因此，电锅炉电气线路上都应设漏电保护。

电锅炉电加热管是电锅炉的心脏，电锅炉其性能好坏直接关系到电锅炉性能的好坏。电锅炉电加热管一般选用管状形式，由金属管、电热丝、引出棒、连接座和填料等组成。一般情况下,电锅炉电加热管使用寿命在10000-30000小时。电锅炉电加热管的使用寿命主要取决于电锅炉电加热管的材料,表面热负荷和电锅炉用户的运行管理水平。电锅炉电加热管为镍铬不锈钢管材，电锅炉电加热管表面热负荷为6-9 W/cm2。此外，电锅炉电加热管的额定电功率也是一个非常重要的性能指标。在额定工况下，根据国标规定，电功率偏差绝对值不应大于5％。

电锅炉电加热管的连接方式，一般采用三相，对称地接成星形（Y）或三角形（△）。根据容量大小分成两组或多组。图1为750kW电锅炉主接线原理图。

电锅炉的控制技术。从电气角度来讲，电锅炉是一台大功率的电力调功设备，电锅炉的输出功率越高，电锅炉电功率的输出也就越大。电锅炉电功率的输出调节分有级功率调节和无级功率调节两种。无级功率调节适用于调节精度较高的场合，而有级功率调节则适用于调节精度要求较低的场合。由于对电锅炉的输出热功率调节精确度一般要求都不很高，因此国内绝大多数电锅炉均采用有级功率调节方式。

电锅炉采用有级功率调节采用交流接触器控制，无级功率调节则采用可控硅控制。可控硅也可用于有级功率调节，其优点是无机械动作噪声，寿命长。缺点是主回路不能完全关断，过电流和过电压能力差，自身耗电量大，需要强迫散热，价格较高。而交流接触器的优点是可实现主回路电气完全隔离，过电压和过电流的能力较强，自身耗电量小，发热量小，价格便宜。因此，一般电锅炉均采用交流接触器作为控制器件。

电锅炉的加热控制是超大电流的控制，这是电锅炉与燃油、燃气锅炉和燃煤锅炉控制上的最大差别。电锅炉在控制技术方面有以下几方面特点：

1. 电锅炉为了减少对电网的冲击影响，电锅炉采取电加热管组逐级投切方式。电锅炉各组加热器投切之间间隔时间叫做逐级投切间隔时间。电锅炉每组的功率越大，间隔时间越长。因此间隔时间因应根据需要可以任意设定。

2. 电锅炉为了延长电锅炉电加热管的使用寿命，尽量使电加热管使用均衡，避免过多地使用某一组或某几组电加热。同时由于交流接触器在大电流下工作,也应均衡使用。因此，控制原则是保证每组电锅炉电加热管总使用时间相同。控制方式采用多级控制，循环投切。即先投者先切，后投者后切，先停的先启动，后停的后启动。这样就可以保证交流接触器的动作次数完全相同，电锅炉电加热管的工作时间也大致相同。大大延长电锅炉的使用寿命。

3. 容量大的电锅炉电流将达到几百安培甚至几千安培，这么大的强大电流将对电锅炉控制装置产生干扰。因此，需要采取可靠的抗电磁干扰措施。

4．电锅炉的加热控制系统是一个大滞后的二阶惯性系统，采用一般的控制装置很难达到最佳的控制效果，往往产生交流接触器动作频繁，甚至反复振荡。国内已根据这一特点开发研制出了电锅炉电脑控制器。 国内电锅炉的控制方式有四种：（1）手动+温度显示控制仪表控制并温度显示；（2）顺序控制器或PLC控制+温度显示控制仪表控制并温度显示；（3）完全用PLC控制，包括温度输入模块和显示单元（液晶显示或触摸屏显示）；（4）专用电锅炉电脑控制器控制并温度显示。由于其控制性能好，功能全，性价比高，得到了普遍应用。

专用电锅炉电脑控制器为一体化机箱，触摸屏操作。电锅炉触摸屏可实时动感地显示电锅炉电加热管的运行状态和电锅炉系统运行模拟图。还可用数码方式显示温度、压力等参数值,并设有全方位的在线帮助,多级中文弹出式菜单和故障维修指南,适合任何层次的操作人员使用。电锅炉采用了现代先进的模糊控制技术，能够快速平稳地控制加热组循环投切，提高电锅炉加热管使用寿命。电锅炉电加热管组投切动作采取间隔控制，降低对电网的干扰。间隔时间可任意设定。取得了很好的控制效果。

电锅炉控制柜与电锅炉配套供应，作为电锅炉的控制装置。控制柜主要由柜体、低压断路器、交流接触器、电脑控制器、测量仪表等组成，与电锅炉配套的电锅炉蓄热水泵、电锅炉循环水泵、电锅炉补水泵等的控制装置一般单设电控柜（箱），根据用户要求也可装在电锅炉控制柜中。小型电锅炉可与电锅炉控制柜作成一体，以减小电锅炉房建筑面积。

三、电锅炉房的设计

一般电锅炉房的电气设计包括电源设计、配电系统线路设计、热工检测系统设计及照明设计等。照明设计与一般锅炉房设计相同，这里不作介绍。主要对电源设计、电锅炉房的线路设计作一介绍。

1 电源设计（1）变压器台数及容量的选择

对于较大容量电锅炉房的应专设变配电所。为减少电能损耗、便于接线和节省投资，变配电所应邻近电锅炉房。容量较小的电锅炉房可由原有的公用变电所供电。专用变压器容量或由公用变电所提供的容量应满足电锅炉、蓄热水泵、循环水泵、补水泵等设备的总用电量要求，并应考虑10％-20％的富裕量。多台电锅炉可共用一台变压器,但不允许多台变压器供一台电锅炉。如电锅炉房设置两台700KW电锅炉，则应配置两台800KW变压器。

（2）变配电所低压配电柜配电开关及线路要求

变配电所低压配电柜配电开关及线路应与电锅炉房的用电负荷容量相匹配。如有两台700KW电锅炉，变配电所低压配电柜应设置两个1500A的低压断路器和两条配电线路引至电锅炉房。配电线路可采用带N线和PE线的五芯电缆，如变配电所邻近电锅炉房，可采用封闭式母线槽。如蓄热水泵、循环水泵、补水泵等附属设备单设控制箱，但用电量与电锅炉相比很小，供电电源线路可由电锅炉控制柜引接。

2 电锅炉房的线路设计电锅炉房的线路包括电力线路和热工检测信号和控制线路。

（1）电力线路设计

电锅炉控制柜至电锅炉电加热管的电力线路一般采用四芯YJV 交联聚氯乙烯铜芯电缆或四根BV铜芯塑料电线，其中一根为PE线。电缆规格及根数见表2。电缆或电线敷设方式一般采用穿钢管埋地敷设，也可采用电缆桥架敷设或地沟敷设。

（2）热工检测信号和控制线路热工检测信号线路包括温度、压力和水位检测线路，分别由装在电锅炉本体上的温度、压力和水位传感器接到电锅炉控制柜中的电脑控制器上。为避免干扰、确保检测的准确性，检测信号线应采用屏蔽线，并与电力线路分开敷设。敷设方式可在地坪下穿钢管暗埋或架空明敷设。 控制线路主要是蓄热水泵、循环水泵、补水泵等附属设备单设控制箱时，电锅炉控制柜与附属设备控制箱之间的控制及联锁线路，一般采用1.5平方毫米的BV铜芯塑料电线。敷设方式可采用在地坪下穿钢管暗埋。 一般锅炉房设有软化水装置，其用电量不大，在软化水装置附近墙上设置一个三孔电源插座即可。

(3)电锅炉控制柜布置设计

电锅炉容量较大、台数较多的电锅炉房，电锅炉控制柜、水泵控制柜及自动化控制台等应设在控制室内。如改造工程由于条件限制，单独设置控制室有困难，或电锅炉容量较小、台数又很少时，电锅炉控制柜和水泵控制箱也可设在电锅炉房内，但应远离水泵和水处理设备，并设置50-100 mm的基础。容量大的电锅炉控制柜一般为离墙安装，单面（正面）操作，双面开门维修。根据《10kV及以下变电所设计规范》GB50053－94规定，背面离墙距离应不小于1000mm，正面操作距离应不小于1500mm。容量较小的电锅炉控制柜控制柜可靠墙安装，正面操作距离也不应小于1500mm。

(4)接地系统设计

接地系统型式应采用TN-S系统。电源进线N线应作重复接地。电锅炉控制柜、水泵控制箱、电锅炉、水泵及其它电气设备的金属外壳、电缆电线穿线管等均应可靠接地。接地电阻要求小于1Ω。并按《低压配电设计规范》GB 50054-95要求做好等电位联结。

四 、电锅炉房电气设计中存在的问题

随着我国对环保的重视，最近几年电锅炉的生产和应用发展非常迅速。但由于电锅炉在我国起步较晚，相关电锅炉技术方面的规范、标准还不够完善，各电锅炉生产厂家各自为战，电锅炉产品自定型号规格，自成系列。这给设计人员对电锅炉的选型，对电锅炉房的布置设计带来一定的困难。特别是电锅炉房设计以暖通、给排水专业为主，电锅炉的选择和订货由暖通、给排水专业负责，电气专业设计人员对电锅炉产品的技术性能和对电气专业的设计要求了解不够，使得电锅炉房电气设计中出现一些问题。据三恒电锅炉了解的情况，主要存在着以下四个问题。

1 电源容量与电锅炉房用电负荷不匹配。

主要表现在改造工程项目上，或新建电锅炉房，但变配电所未改造，使得变配电所中变压器容量满足了电锅炉房用电要求，或变压器容量能满足要求，但引到电锅炉房的线路出线开关容量不够。希望建设单位在改建锅炉房时，应根据电锅炉房的负荷容量，对原变配电所增容扩建和改造。

2 电锅炉房建筑面积偏小，使电锅炉、电锅炉控制柜及其它配套设备布置很困难。

如有的锅炉房，电锅炉控制柜距电锅炉只有500㎜，控制柜的门都打不开，更不用说操作距离了。出现这一问题的原因是利用原有的锅炉房,或还未选择确定电锅炉设备,建筑设计时没有按设备的安装要求设计锅炉房幅员尺寸。结果造成了设备大，锅炉房建筑面积明显偏小的弊端。设计单位应在电锅炉及其配套设备都确定的条件下，再作电锅炉房设计为好。

3 电锅炉与蓄热水泵、循环水泵、补水泵等附属设备等不是由同一厂家，而是由几个厂家配套供货，造成水泵控制箱与电锅炉控制柜不匹配。

根据控制要求，电锅炉与蓄热水泵之间应互相联锁，但由于蓄热水泵控制箱没有考虑，这给施工安装带来很大的麻烦。 希望建设单位或承包商订货时，电锅炉和蓄热水泵、循环水泵、补水泵等附属设备及其控制箱应尽量由电锅炉供货商配套供货，水泵的控制装置最好集成到电锅炉控制柜中，由电脑控制器集中控制，即方便了安装接线，操作维护，又减少了故障，提高了安全可靠性。

4 电锅炉房电气施工设计图纸不够完整。

电锅炉房电气施工设计图纸应包括电力系统图、电力管线平面布置图。但由于设计人员对电锅炉设备资料掌握不全，再加上施工图设计时电锅炉设备的选型还未定下来，无法作施工图设计，造成电气施工设计图纸的空缺。 以上问题虽然只是个别现象，但希望引起大家注意。随着电锅炉应用的普及，电锅炉房设计的增多，规范标准的不断完善，相信电锅炉房的电气设计水平必将会大大提高。

一般电锅炉房的电气设计包括电源设计、配电系统线路设计、热工检测系统设计及照明设计等。照明设计与一般锅炉房设计相同，这里不作介绍。主要对电源设计、电锅炉房的线路设计作一介绍。

1 电源设计

（1）变压器台数及容量的选择

对于较大容量电锅炉房的应专设变配电所。为减少电能损耗、便于接线和节省投资，变配电所应邻近电锅炉房。容量较小的电锅炉房可由原有的公用变电所供电。专用变压器容量或由公用变电所提供的容量应满足电锅炉、蓄热水泵、循环水泵、补水泵等设备的总用电量要求，并应考虑10％-20％的富裕量。多台电锅炉可共用一台变压器,但不允许多台变压器供一台电锅炉。如电锅炉房设置两台700KW电锅炉，则应配置两台800K W变压器。

（2）变配电所低压配电柜配电开关及线路要求

变配电所低压配电柜配电开关及线路应与电锅炉房的用电负荷容量相匹配。如有两台700KW电锅炉，变配电所低压配电柜应设置两个1500A的低压断路器和两条配电线路引至电锅炉房。配电线路可采用带N线和PE线的五芯电缆，如变配电所邻近电锅炉房，可采用封闭式母线槽。如蓄热水泵、循环水泵、补水泵等附属设备单设控制箱，但用电量与电锅炉相比很小，供电电源线路可由电锅炉控制柜引接。

2 电锅炉房的线路设计

电锅炉房的线路包括电力线路和热工检测信号和控制线路。

（1）电力线路设计

电锅炉控制柜至电锅炉电加热管的电力线路一般采用四芯YJV 交联聚氯乙烯铜芯电缆或四根BV铜芯塑料电线，其中一根为PE线。电缆规格及根数见表2。电缆或电线敷设方式一般采用穿钢管埋地敷设，也可采用电缆桥架敷设或地沟敷设。

（2）热工检测信号和控制线路

热工检测信号线路包括温度、压力和水位检测线路，分别由装在电锅炉本体上的温度、压力和水位传感器接到电锅炉控制柜中的电脑控制器上。为避免干扰、确保检测的准确性，检测信号线应采用屏蔽线，并与电力线路分开敷设。敷设方式可在地坪下穿钢管暗埋或架空明敷设。

控制线路主要是蓄热水泵、循环水泵、补水泵等附属设备单设控制箱时，电锅炉控制柜与附属设备控制箱之间的控制及联锁线路，一般采用1.5平方毫米的BV铜芯塑料电线。敷设方式可采用在地坪下穿钢管暗埋。

一般锅炉房设有软化水装置，其用电量不大，在软化水装置附近墙上设置一个三孔电源插座即可。

(3)电锅炉控制柜布置设计

电锅炉容量较大、台数较多的电锅炉房，电锅炉控制柜、水泵控制柜及自动化控制台等应设在控制室内。如改造工程由于条件限制，单独设置控制室有困难，或电锅炉容量较小、台数又很少时，电锅炉控制柜和水泵控制箱也可设在电锅炉房内，但应远离水泵和水处理设备，并设置50-100 mm的基础。

容量大的电锅炉控制柜一般为离墙安装，单面（正面）操作，双面开门维修。根据《10kV及以下变电所设计规范》GB50053－94规定，背面离墙距离应不小于1000mm，正面操作距离应不小于1500mm。容量较小的电锅炉控制柜控制柜可靠墙安装，正面操作距离也不应小于1500mm。

(4)接地系统设计

接地系统型式应采用TN-S系统。电源进线N线应作重复接地。电锅炉控制柜、水泵控制箱、电锅炉、水泵及其它电气设备的金属外壳、电缆电线穿线管等均应可靠接地。接地电阻要求小于1Ω。并按《低压配电设计规范》GB 50054-95要求做好等电位联结。

四 电锅炉房电气设计中存在的问题

随着我国对环保的重视，最近几年电锅炉的生产和应用发展非常迅速。但由于电锅炉在我国起步较晚，相关电锅炉技术方面的规范、标准还不够完善，各生产厂家各自为战，产品自定型号规格，自成系列。这给设计人员对电锅炉的选型，对电锅炉房的布置设计带来一定的困难。特别是电锅炉房设计以暖通、给排水专业为主，电锅炉的选择和订货由暖通、给排水专业负责，电气专业设计人员对电锅炉产品的技术性能和对电气专业的设计要求了解不够，使得电锅炉房电气设计中出现一些问题。据笔者了解的情况，主要存在着以下四个问题。

1 电源容量与电锅炉房用电负荷不匹配。主要表现在改造工程项目上，或新建电锅炉房，但变配电所未改造，使得变配电所中变压器容量满足了电锅炉房用电要求，或变压器容量能满足要求，但引到电锅炉房的线路出线开关容量不够。希望建设单位在改建锅炉房时，应根据电锅炉房的负荷容量，对原变配电所增容扩建和改造。

2 电锅炉房建筑面积偏小，使电锅炉、电锅炉控制柜及其它配套设备布置很困难。如有的锅炉房，电锅炉控制柜距电锅炉只有500㎜，控制柜的门都打不开，更不用说操作距离了。出现这一问题的原因是利用原有的锅炉房,或还未选择确定电锅炉设备,建筑设计时没有按设备的安装要求设计锅炉房幅员尺寸。结果造成了设备大，锅炉房建筑面积明显偏小的弊端。设计单位应在电锅炉及其配套设备都确定的条件下，再作电锅炉房设计为好。

3 电锅炉与蓄热水泵、循环水泵、补水泵等附属设备等不是由同一厂家，而是由几个厂家配套供货，造成水泵控制箱与电锅炉控制柜不匹配。根据控制要求，电锅炉与蓄热水泵之间应互相联锁，但由于蓄热水泵控制箱没有考虑，这给施工安装带来很大的麻烦。

希望建设单位或承包商订货时，电锅炉和蓄热水泵、循环水泵、补水泵等附属设备及其控制箱应尽量由电锅炉供货商配套供货，水泵的控制装置最好集成到电锅炉控制柜中，由电脑控制器集中控制，即方便了安装接线，操作维护，又减少了故障，提高了安全可靠性。

4 电锅炉房电气施工设计图纸不够完整。电锅炉房电气施工设计图纸应包括电力系统图、电力管线平面布置图。但由于设计人员对电锅炉设备资料掌握不全，再加上施工图设计时电锅炉设备的选型还未定下来，无法作施工图设计，造成电气施工设计图纸的空缺。

以上问题虽然只是个别现象，但希望引起大家注意。随着电锅炉应用的普及，电锅炉房设计的增多，规范标准的不断完善，相信电锅炉房的电气设计水平必将会大大提高。