南寧市青龍江防洪工程電氣設(shè)計(jì)

[摘 要] 文章主要介紹南寧市青龍江防洪工程電氣設(shè)計(jì)中主要電氣設(shè)備選型的特點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)實(shí)用性和技術(shù)先進(jìn)性角度進(jìn)行論述。該工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可供同類工程借鑒。

[關(guān)鍵詞] 防洪；電氣設(shè)計(jì)；設(shè)備選型

[作者簡(jiǎn)介] 林玉珍，南寧水利電力設(shè)計(jì)院工程師，研究方向：水利水電工程電氣設(shè)計(jì)，廣西 南寧，530001

[中圖分類號(hào)] TM92 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1007-7723（2012）12-0065-0004

青龍江流經(jīng)廣西南寧市邕寧區(qū)那樓、青秀區(qū)劉圩鎮(zhèn)、長(zhǎng)塘鎮(zhèn)等，在青秀區(qū)長(zhǎng)塘鎮(zhèn)定西村王村新坡屯北1km處匯入邕江。青龍江流域雖已有兩座水庫進(jìn)行調(diào)洪，但水庫下游區(qū)域尤其是與邕江交匯口處受邕江洪水影響較大，災(zāi)情頻繁。隨著城區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，工農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，青龍江入口處尚無防洪工程設(shè)施，存在安全隱患，難以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。 青龍江防洪工程共設(shè)置1座防洪排澇閘，共5孔閘口，孔口尺寸為5×5m。5扇防洪排澇閘分別由5臺(tái)固定卷揚(yáng)機(jī)啟閉，均為電動(dòng)啟閉方式。附近無電源可配電，需對(duì)青龍江防洪工程作配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并做好防雷及接地措施。設(shè)計(jì)方法可供同類工程借鑒。

一、電氣設(shè)計(jì)

（一）電氣設(shè)計(jì)理念

電氣設(shè)計(jì)理念符合時(shí)代發(fā)展的最新要求，使設(shè)計(jì)成果在工程中經(jīng)濟(jì)實(shí)用，又有超前意識(shí)，設(shè)計(jì)工程師在對(duì)技術(shù)把關(guān)的同時(shí)，為業(yè)主方面考慮工程投資和使用功能等多方面因素，優(yōu)化系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出合理可行的項(xiàng)目成果。青龍江防洪工程共5扇閘門，啟閉電機(jī)容量為5×15kW，防洪排澇閘用電電壓為0.4kV，工程所在地沒有電源可用，電源需從附近村莊原有的10kV高壓架空線引來。防洪排澇閘工程的電氣主接線方案為：10kV進(jìn)線1回，10kV側(cè)采用單母線接線，低壓側(cè)采用單母線接線，根據(jù)工程的裝機(jī)規(guī)模、運(yùn)行方式、重要性等因素，電氣設(shè)計(jì)主接線滿足了簡(jiǎn)單可靠、操作檢修方便、節(jié)省投資等要求，方案合理可行。另外，在低壓配電柜0.4kV電源進(jìn)線處設(shè)置雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)， 轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)線一端接外部電源，另一端接電壓等級(jí)為0.4kV、功率為50kW的柴油發(fā)電機(jī)。在外部停電時(shí)，有備用電源投入，做到有備無患，保證供電的連續(xù)可靠性。

（二）主要電氣設(shè)備選型

1. 變壓器

變壓器容量根據(jù)防洪排澇閘啟閉機(jī)總?cè)萘?、公用輔助設(shè)備容量及管理用電等綜合因素確定。本工程用電負(fù)荷估算如下：防洪排澇閘啟閉機(jī)容量5×15kW=75 kW；管理用電：12kW；檢修用電：10kW，總用電量為75+12+10=97kW，變壓器容量計(jì)算為S=P/cosφ，則S=97/0.8=121 kVA，選擇的變壓器容量為125kVA。目前工程配電中變壓器主要選用三類：干式變壓器、油浸式變壓器、箱式變壓器。干式變壓器是以空氣為絕緣介質(zhì)的變壓器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、防火等特點(diǎn)，帶IP20外殼適用于戶內(nèi)，用網(wǎng)孔鋁合金板制成，可防止異物進(jìn)入，可在100%的相對(duì)濕度和其他的惡劣環(huán)境中運(yùn)行，干式變壓器設(shè)備價(jià)格約4.6萬元；油浸式變壓器是線圈浸泡在油中，依靠油作冷卻介質(zhì)的一種變壓器，具有防潮性，耐熱性、穩(wěn)定性的特點(diǎn)，主要安裝于室外，戶外油浸式變壓器設(shè)備價(jià)格約2.6萬元；箱式變壓器是將變壓器集中加入在箱體內(nèi)，具有保護(hù)、配電、補(bǔ)償?shù)囊环N變壓器，設(shè)備價(jià)格約16萬元，箱式變壓器主要用于住宅小區(qū)、商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、道路照明、礦山油田等，具有成套性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便、可移動(dòng)等特點(diǎn)。從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，結(jié)合工程所在地的地形特點(diǎn)，以上三類變壓器選擇干式變壓器或油浸式變壓器均能滿足配電要求，因防洪工程地處河邊，變壓器的安裝需考慮防洪、防盜等因素，選擇油浸式變壓器有較大優(yōu)勢(shì)。因?yàn)橛徒阶儔浩骺稍陔姉U上3m高處安裝，在四周徹2.5m高的圍墻，以防洪水侵襲。因此，變壓器選用S11系列戶外節(jié)能型油浸式變壓器，電壓為10/0.4kV，容量為125kVA。戶外油浸式變壓器目前在中小型水利工程配電項(xiàng)目中已廣泛應(yīng)用，具有配電安全、穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)。

2. 高、低壓設(shè)備的選擇

近年來10kV配電線路用戶側(cè)進(jìn)線開關(guān)的選擇常用三種方案：方案1：在戶外10kV終端桿上安裝柱上真空斷路器和避雷器，室內(nèi)高壓進(jìn)線處安裝3面高壓開關(guān)柜。方案2：在10kV配電線路用戶進(jìn)線的責(zé)任分界點(diǎn)安裝智能型柱上分界開關(guān)，在終端桿上安裝新型高壓熔斷器和過電壓保護(hù)器。 方案3：直接在10kV終端桿上使用RW型跌落式熔斷器和避雷器進(jìn)行電流開斷及保護(hù)。 如使用方案1，10kV高壓開關(guān)柜具有壽命長(zhǎng)、操作方便靈活、運(yùn)行可靠的優(yōu)點(diǎn)；真空斷路器能開斷、關(guān)合電力系統(tǒng)的負(fù)載電流、過載電流及短路電流。方案1廣泛應(yīng)用于開斷容量大、操作頻繁且要求運(yùn)行可靠的配電系統(tǒng)中。由于工程啟閉設(shè)備容量不大，變壓器容量?jī)H125kVA，高壓側(cè)開關(guān)不需頻繁操作，對(duì)10kV電源電壓的開斷能力要求不高，加上工程機(jī)電設(shè)備投入資金有限，如果設(shè)計(jì)中使用3面10kV開關(guān)柜加柱上真空斷路器，共需16萬元的造價(jià)，還需足夠大的配電間來安裝這3面開關(guān)柜。如使用方案2，智能型柱上分界開關(guān)安裝于10kV架空線路上，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切除單相接地故障和自動(dòng)隔離相間短路故障；安裝于10kV配電線路用戶進(jìn)線的責(zé)任分界點(diǎn)處，能自動(dòng)閉鎖相間短路故障，快速定位故障點(diǎn)自動(dòng)切除單相接地故障；新型高壓熔斷器能切斷短路電流，減少故障率，性能穩(wěn)定，方案2開關(guān)加保護(hù)造價(jià)約4萬元。如使用方案3，RW型跌落式熔斷器操作簡(jiǎn)單，成本低廉，造價(jià)只需4千元，但有遇風(fēng)易脫落，易污染，經(jīng)常燒觸頭和熔管的缺點(diǎn)。根據(jù)工程特點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性考慮，結(jié)合工程所在地供電部門對(duì)10kV配電線路用戶進(jìn)線的責(zé)任分界點(diǎn)的要求，最終選擇方案2。在10kV配電線路用戶進(jìn)線的責(zé)任分界點(diǎn)安裝智能型柱上分界開關(guān)，在終端桿上安裝新型高壓熔斷器和過電壓保護(hù)器，能實(shí)現(xiàn)用戶進(jìn)線端的負(fù)載電流開斷和保護(hù)功能，又能滿足工程所在地供電部門對(duì)接入電網(wǎng)用戶責(zé)任分界的技術(shù)要求。

低壓配電柜選用GGD型固定柜，啟閉機(jī)房動(dòng)力箱選用XL-21型動(dòng)力箱。GGD型低壓配電柜，適用于交流50HZ，額定工作電壓380V的低壓配電系列中作為受電、饋電、母聯(lián)、電動(dòng)機(jī)控制用。分別在配電柜內(nèi)和動(dòng)力箱內(nèi)的電源進(jìn)線端加裝電涌保護(hù)器。電涌保護(hù)器是低壓配電系統(tǒng)雷電防護(hù)中必不可少的一種裝置，俗稱“避雷器”或“過電壓保護(hù)器”。因本工程靠近河邊，地勢(shì)較高，遇到惡劣天氣，例如閃電，會(huì)給電源線帶來破壞性的雷電過電壓，損壞用電設(shè)備；另外，防洪排澇閘的啟閉及任何低壓開關(guān)的操作，都會(huì)帶來電涌。在配電柜內(nèi)和動(dòng)力箱內(nèi)的電源進(jìn)線端分別加裝電涌保護(hù)器，具有過電壓保護(hù)功能，電涌保護(hù)器能夠吸收危險(xiǎn)的額外電壓，使用電設(shè)備免受雷電過電壓和各種浪涌電壓的侵害，從而保證配電的安全與穩(wěn)定。日常生活中我們常見在雷電天氣，運(yùn)行中的電氣設(shè)備被雷擊，燒壞電子元件，損壞電氣設(shè)備甚至威脅人的生命安全的現(xiàn)象。防洪工程在汛期閘門需頻繁啟閉，有時(shí)遇到雷雨天，閃電雷鳴，如不做好配電安全防護(hù)，一旦因雷擊損壞配電設(shè)備，閘門不能正常啟閉，防洪排澇不起作用，則后果將不堪設(shè)想。因此，在配電箱內(nèi)的電源進(jìn)線端加裝電涌保護(hù)器，將有效保護(hù)電氣設(shè)備，避免不必要的損失。

3. 無功補(bǔ)償裝置

為提高防洪排澇閘啟閉設(shè)備的功率因數(shù)和降低線損，在0.4kV電壓母線上需裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置，按《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50227-2008要求，電容器安裝容量可按變壓器的容量的10%～30%確定。本工程按變壓器125kVA容量的0.25確定，需補(bǔ)償容量為：Q=0.25S=0.25×125=30kVAR，即裝設(shè)30kVAR的無功補(bǔ)償裝置。低壓無功補(bǔ)償主要分為動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償和靜止無功補(bǔ)償，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償采用晶閘管復(fù)合開關(guān)作為投切電器，根據(jù)無功量動(dòng)態(tài)投切電容。動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置主要由反并聯(lián)的晶閘管、磁保持繼電器及微處理器構(gòu)成，當(dāng)該器件接收到無功補(bǔ)償控制器發(fā)出的投入指令時(shí)，微處理器發(fā)出脈沖指令，晶閘管導(dǎo)通，電容器投入；切除電容器時(shí)無功補(bǔ)償控制器發(fā)出切除指令，磁保持繼電器接點(diǎn)馬上斷開，晶閘管關(guān)斷。因低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置同時(shí)具備了晶閘管和接觸器，可實(shí)現(xiàn)快速投切，無需增加散熱措施，首選用于對(duì)無功功率需要?jiǎng)討B(tài)補(bǔ)償和分相補(bǔ)償，改善三相不平衡電網(wǎng)的場(chǎng)合，尤其適用于負(fù)荷變化大的電力系統(tǒng)中。靜止補(bǔ)償主要使用固定電抗的電容器組或電抗器，不能根據(jù)無功量的變化投切電容，一旦投入則補(bǔ)償量固定，適用于負(fù)荷穩(wěn)定的電力系統(tǒng)中，靜止補(bǔ)償裝置設(shè)備價(jià)格相對(duì)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置較便宜。青龍江防洪工程共5扇閘門，每扇閘門啟閉電動(dòng)機(jī)功率為15kW，在汛期洪水較大時(shí)，出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)關(guān)閉5扇閘門的情況；在外江水位不高時(shí)，出現(xiàn)只開啟1～3扇閘門的情況，負(fù)荷變化大的特殊性，決定了無功補(bǔ)償量需動(dòng)態(tài)變化并實(shí)現(xiàn)快速投切，以保證配電系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性。故本工程選用低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，結(jié)合工程使用中要求的技術(shù)先進(jìn)性特點(diǎn)，這一選擇是合理的。

（三）電氣設(shè)備布置

配電房?jī)?nèi)安裝低壓配電柜、無功補(bǔ)償柜、低壓計(jì)量箱、柴油發(fā)電機(jī)。啟閉機(jī)房?jī)?nèi)掛墻壁安裝一面動(dòng)力配電箱，方便啟閉機(jī)控制柜實(shí)現(xiàn)就地配電操作及檢修用電。

（四）防雷及接地保護(hù)

排澇閘防雷接地和保護(hù)接地共用同一接地裝置，要求接地電阻≤4Ω，接地網(wǎng)盡量利用排澇閘啟閉機(jī)房?jī)?nèi)基礎(chǔ)鋼筋作天然接地線，并將塔身縱向主鋼筋焊接接成統(tǒng)一電氣整體。啟閉機(jī)房敷設(shè)接地線要注意，在啟閉機(jī)底座基礎(chǔ)和金結(jié)埋件分別做接地引出線，分別用-40×4鍍鋅扁鋼暗敷，從基礎(chǔ)接地網(wǎng)分別引出至啟閉機(jī)底座外殼和金結(jié)埋件外殼，以便啟閉機(jī)房?jī)?nèi)所有機(jī)電設(shè)備外殼及金結(jié)埋件全部與主接地網(wǎng)連接成統(tǒng)一接地整體。

三、結(jié) 語

當(dāng)前國(guó)家大力發(fā)展農(nóng)村水利設(shè)施建設(shè)，但由于我國(guó)的水利設(shè)施相對(duì)較落后，資金有限，因此，用有限的資金把相對(duì)落后的水利設(shè)施建設(shè)好，絕非易事。作為項(xiàng)目建設(shè)的設(shè)計(jì)工作者，既要考慮設(shè)計(jì)成果的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性，又要考慮先進(jìn)性，使之服務(wù)于民，要經(jīng)得起時(shí)代的考驗(yàn)。電氣設(shè)計(jì)在設(shè)備選型應(yīng)使用經(jīng)濟(jì)實(shí)用的設(shè)備，避免使用過于昂貴和過于先進(jìn)的設(shè)備，以免造成國(guó)家資金浪費(fèi)；設(shè)計(jì)方案保持先進(jìn)技術(shù)，使用目前市場(chǎng)上先進(jìn)又價(jià)位合理的產(chǎn)品，加入相應(yīng)的保護(hù)功能，使設(shè)計(jì)成果能真正發(fā)揮較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。電氣設(shè)計(jì)應(yīng)用到本工程的實(shí)踐中，能保證防洪排澇閘的安全、穩(wěn)定啟閉，為青龍江防洪工程的正常運(yùn)行發(fā)揮重要作用，更有利于保護(hù)區(qū)內(nèi)取得防洪及灌溉的良好效益。

[參考文獻(xiàn)]

[1]戈東方.電力工程電氣設(shè)備手冊(cè).電氣一次部分[M].北京：中國(guó)電力出版社，1998.

[2]供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50052/95[S].

[3]電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無功電力管理辦法CGS/MS 0308-2005[S].南方電網(wǎng).