E-House的設計及應用探討孫靖宇;王宇佳【摘要】介紹了E-House的基本常識，并結合E-House在首鋼國際實際工程的設計及應用，就E-House在工程執(zhí)行中需要注意的問題進行了闡述.【期刊名稱】《冶金動力》【年(卷)，期】2018(000)008【總頁數】4頁(P7-9,28)【關鍵詞】E-House;結構設計;接地;內燃弧;防腐【作者】孫'靖宇;王宇佳【作者單位】北京首鋼國際工程技術有限公司;北京市冶金三維仿真設計工程技術研究中心，北京100043【正文語種】中文【中圖分類】TM71前言首鋼秘鐵公司為保證1000萬t/a淡水選礦精礦生產能力的需要，配套建設一個產能為20000t/d的海水淡化廠。首鋼秘魯鐵礦位于太平洋東海岸，礦區(qū)周圍為沙漠，氣候為濱海沙漠型，常年干旱無雨。鑒于工程所在地資源緊張、人工費用昂貴、工程工期緊等原因，工程開始設計之初，就提出工程供配電系統(tǒng)設備采用E-House的想法。2E-House的概念E-House起源于20世紀90年代模塊化工廠的概念，由于不同國家或行業(yè)使用的習慣不同，E-House在實際使用中存在著多種叫法，如美國市場稱其為PDC(PowerDistributionCenter)，澳大利亞市場稱其為PowerHouse，歐洲市場稱其為E-House，石化行業(yè)的預制式撬塊，配電應用的預裝式電氣房等等，但無論在實際工程中采用的何種叫法，它們的特點和價值定位是一致的，可以統(tǒng)一歸屬為E-House的應用。E-House是一個集成的、工程化的電氣解決方案，是一個安裝在預制的、緊湊的、可運輸的、客戶化定制的、具有正壓和空調的夕卜殼內的系統(tǒng)。在不同的環(huán)境條件下為客戶提供持續(xù)的供電、監(jiān)視和控制。由于E-House的制造及電氣設備的安裝均在工廠內完成，整體測試通過后再發(fā)運到現場，減少了土建的工作量及周期，縮短了工廠的建設周期和時間、成本，使工廠能更早地運營獲利，是傳統(tǒng)水泥砌筑的開關室/變電站的高質高效替代。2.1E-House的構成要素(1)E-House的建造通常包含以下設備：房體底座框架和內外墻板搭建；暖通空調系統(tǒng)/火警安防設備；輔助電源及內外照明；支撐柱/扶梯平臺；內部互連電纜。(2)E-House內部可安裝的電氣設備包含以下設備：中壓開關柜；低壓開關柜；UPS和直流電源；變頻器；電能監(jiān)控系統(tǒng)SCADA、PLC；其他業(yè)主要求的設備。圖1顯示了E-House的整體構造和內部設備布置情況。圖1E-House構造圖E-House和傳統(tǒng)箱變的區(qū)別（見表1）表1E-House和傳統(tǒng)箱變的區(qū)別比較項目E-House傳統(tǒng)箱變設備規(guī)范多種國內國際、專業(yè)設計標準，房屋設計遵循房屋建筑結構設計規(guī)范AISC360、ASCE7-10、GB50017等IEC62271-202、GB17467《高壓/低壓預裝式變電站》使用年限>40年正常生產的產品每隔8年應進行一次試驗防護等級2IP54工業(yè)空調微正壓系統(tǒng)IP23D自然通風適用范圍環(huán)境溫度：-50°C~+45°C海拔：無限制（限于電氣設備）根據環(huán)境，可進行防塵、防煙、防腐、防鹽霧等特殊設計環(huán)境溫度：-25°C~+40°C風速：34m/s海拔：<1000m周圍空氣中無明顯塵埃、腐蝕性可燃性氣體、蒸汽或鹽霧設計方案需要進行工程設計，包括電氣、結構、舾裝、防腐、暖通、照明、消防、包裝運輸、吊裝等，每個項目提供不同的定制化方案滿足IEC標準的型式試驗產品，設計方案不允許隨意改變結構形式鋼框架結構、底座、柱、梁、屋頂整體考慮，滿足防風抗震要求底座+外墻+頂蓋加工工藝結構構造通過鋼結構焊接規(guī)范、噴涂防腐規(guī)范、檢驗驗收規(guī)范等全程把控標準中沒有結構設計、加工、制造、檢驗的詳細要求，通過試驗驗證E-House產品類別E-House產品可以細分為如下幾種：集裝箱式解決方案、模塊化設計方案、單體大尺寸結構。（1）集裝箱式解決方案制造方案基于標準貨運集裝箱設計，標準ISO集裝箱尺寸或定制化的尺寸，全焊接或噴漆鋼結構，適用于電纜底部進線和側面進線場合，通過集裝箱模塊拼接可以搭建成更復雜的組合。模塊化設計方案設計基于定制化的E-House布局和尺寸，布局和尺寸基于需安裝設備的量身訂做，為了滿足運輸和物流要求，E-House的設計采用模塊化切割，現場拼裝后，實現更大的整體布局。單體大尺寸結構單體鋼結構框架實現大尺寸，大尺寸的E-House單體運輸，消除了運輸模塊及現場模塊再拼接的要求，但需要提前確認現場和運輸物流對最大運輸尺寸的要求。3E-House的設計首鋼秘鐵海水淡化工程分為取水泵站及海水淡化本體2個區(qū)域，進線電壓為4.16kV，配電電壓為460V，照明電壓為220V，控制電壓為125VDC/120VAC,總計算負荷為7000kVA。本工程共設置了4套E-House，在總結本工程經驗、教訓的基礎上，就工程執(zhí)行中需要注意的一些問題闡述如下。3.1E-House結構設計由于E-House自身是為了工程量身定制的，因此它的結構設計具有較大的靈活性，它的尺寸大小基本取決于它內部所需要安裝的設備情況，同時還要考慮長距離運輸的要求。因此，如何用最小的空間合理布置設備，是E-House結構設計成功的關鍵。合理布局本工程將設備進行合理的分區(qū)，并結合室外進、出線電纜的走向，做到高壓與低壓分開、強電與弱電分開布局。設備布置遵循緊湊合理的原則，在緊湊的前提下便于設備安裝、操作、搬運、檢修、試驗和巡視。電氣柜選用了背后免維護的型式，將柜子靠墻布置，省去了柜后維護通道，從而大大節(jié)省空間。（2） 合理設計梁柱E-House的電氣柜往往是下出線設計，這樣可以避免上出線帶來的防水問題，而且便于運抵現場后與室外的電纜橋架相接。針對電氣室布置時，常常遇到的結構梁對下出線電纜的影響問題，本工程在布置開關柜的同時，就將設備的基礎尺寸和底板開孔要求提供給結構設計工程師，從而使電纜避開橫梁的遮擋。（3） 內部電纜路由設置本工程的每個E-House的配電和控制都是相對獨立的，其內部有許多的動力和控制電纜，這些電纜都不需要進出E-House，因此，本工程在柜體頂部規(guī)劃了電纜橋架，在E-House交貨時就完成了內部接線。本工程經過多方案比較，最終采用單體大尺寸結構E-House，其中最大E-House尺寸為18mx5mx3.5m（長x寬x高），重52t。3.2接地系統(tǒng)設計接地對電力系統(tǒng)和電氣設備的安全及其可靠運行，對操作、維護、運行人員的人身安全，都起著至關重要的作用。E-House作為一個獨立的配電站，一般矗立于荒郊野外，易受雷電襲擊，對防雷接地的要求更為嚴格。E-House集聚了工作接地、保護接地、防雷接地、電磁兼容性接地等于一體，如果不妥善處理好這些接地的關系，容易造成設備的損壞甚至危及人身安全。本工程采用聯合接地的方式，設置了幾個主接地排，對箱內設備進行了等電位連接。并對接地系統(tǒng)的接觸電壓、跨步電壓進行了校驗。3.3抗內燃弧措施中壓開關柜在柜頂設置了泄壓通道，在使用過程中發(fā)生燃弧故障時，由于飛濺而出的滾燙金屬顆粒以及火光極大的偶然性，即使產品試驗滿足IEC61641-2014燃弧保護等級條款，也不能完全保證在使用過程中發(fā)生內部燃弧故障時絕對不會對人員造成致命傷害。本工程在開關柜柜頂設置專用燃弧泄壓通道，并與各柜泄壓通道有效連接，箱體外設置泄壓口，以確保電氣故障時運維人員的人身安全。設置泄壓通道時，開關柜柜頂不應設置泄壓板。3.4箱體防腐由于使用E-HouseT程的自然條件一般都比較惡劣，因此箱體的防腐至關重要，直接影響E-House的使用壽命。E-House箱體的防腐處理應遵循ISO12944《色漆和清漆防護漆體系對鋼結構的腐蝕防護》標準，采用多道防腐工藝，包括前處理、鋅層、中間層、面層等多重處理工藝。ISO12944-2標準中，定義了6類大氣腐蝕環(huán)境：C1很低、C2低、C3中、C4高、C5-I很高（工業(yè)）、C5-M很高（海洋）。本工程位于海邊，箱體防腐按照C5-M級別考慮。3.5箱體密封與防塵為了給E-House內部設備提供良好的使用環(huán)境，保證設備安全穩(wěn)定運行。箱體的防護等級要達到IP54以上的要求，并安裝微正壓系統(tǒng)，配置微正壓空調或風機及多層過濾措施，配合風道均壓系統(tǒng)，使箱體內部產生略高于外部大氣壓25Pa的氣壓差，實現艙內均衡的微正壓環(huán)境，使得外界的潮氣、灰塵、鹽霧等不能侵入E-House內部。3.6供貨商的選擇與傳統(tǒng)電氣設備供貨以及傳統(tǒng)箱變工程相比，E-house!程需要提供完整的變配電站設備及系統(tǒng)，需要考慮到眾多電氣設備及系統(tǒng)的接口銜接，除最常見的電氣部分外，還涉及建筑結構強度計算、結構施工、油漆防腐、建筑室內暖通空調系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、監(jiān)控及門禁系統(tǒng)、輔助照明系統(tǒng)、弱電通信系統(tǒng)、運輸包裝、吊裝方案等等諸多方面。從供貨范圍、工程管理的角度來看，E-house工程相當于一個小型EPC工程總包的工作，是一個交鑰匙的工程解決方案，因此，選擇一個有整體實力、具有成功制造、安裝經驗的供應商尤為重要。本工程執(zhí)行中，在原理接線圖的設計環(huán)節(jié)上遇到了瓶頸，由于供貨商在設備制造實力很強，但缺少根據生產工藝條件進行系統(tǒng)集成設計的經驗，造成后期溝通任務量大，建議與生產工藝聯系緊密的原理接線圖由設計院負責，供貨商據此進行相應的轉化，比較符合國情，以確保工程順利進行。4E-House的特點及應用E-House與以前配套使用的設備分批運輸，現場搭建廠房進行固定、調試及使用相比，具有明顯的優(yōu)勢：優(yōu)化成本、進度可控采購階段：對于總包方而言，對供應商的接口簡單明了，減少了協調、管理及采購的成本，節(jié)省了采購審批時間。施工階段：工程設計、安裝、內部連接及預調試全部在工廠內部完成，實現整體運輸、現場交付，并且設備就位即安裝完畢，(下轉第頁)(上接第頁)減少了現場安裝、調試成本，大大縮短了現場施工周期，節(jié)約了工程施工成本。保證質量、確保安全全部在制造工廠預測試和校核過的電氣系統(tǒng)，嚴控生產過程，保證預期質量水準和交貨期。減少現場交叉施工帶來的安全隱患，確保電氣設備和施工人員的安全。目前，E-House在國夕卜工程中已被廣泛應用，國內工程中E-House的應用也在逐漸增多。E-House主要應用于下列市場：(1)化工、石油和天然氣行業(yè)——防爆和非防爆陸上E-House。(2)礦產及采礦行業(yè)——露天E-House及可拖動撬裝模塊。電網等公用工程——車載移動變及傳統(tǒng)箱式變電站、開閉所。(4)鐵路——專用E-