橡膠壩充排水系統(tǒng)水泵選型及電氣設計

李 亮

（臨沂市水利水電工程建設監(jiān)理中心，山東 臨沂 276000）

近年來，隨著橡膠壩技術的日趨成熟，小型橡膠壩在中小河流上的應用越來越廣泛，興建小型橡膠壩蓄水工程可以充分利用雨洪資源，開發(fā)水資源，緩解當?shù)厮Y源供需矛盾，同時，改善當?shù)厮h(huán)境和區(qū)域景觀，增加項目受益區(qū)群眾的收入。本文以某小型橡膠壩為例，探討橡膠壩充排水系統(tǒng)在水泵選型和電氣設計中要點。

1 供排水系統(tǒng)設計

1.1 充排水系統(tǒng)布置形式

某小型橡膠壩壩長80m，共1節(jié)，采用充水式橡膠壩，壩高4.0m。設置1根排水主管，壩袋設4根支管（De200）與主管連接，主管與排水池連接。排水泵從池內吸水，通過壓力排水管排水，將水流排向下游。水泵引水管由集水池引至泵室。由于橡膠壩充、排水不可能同時進行，故橡膠壩充排水管道合用同一管路。充水水泵抽水到排水泵室內，通過排水管路實現(xiàn)對橡膠壩的充水。

1.2 壩袋排水時間的確定

根據(jù)河道比降、流域以及行洪能力，并結合周邊區(qū)域已建橡膠壩運行經驗以及《橡膠壩技術規(guī)范》，綜合分析確定橡膠壩的壩袋設計充壩時間為4h，排水時間為2h。

1.3 水泵機組選型

水泵選型應根據(jù)壩的規(guī)模、起（塌）壩時間及擬定的系統(tǒng)計算充排水水泵的流量和揚程確定。橡膠壩共一節(jié)，壩袋容積2202m3。擬設1臺充水泵，2臺主排水泵，其中1臺工作，1臺備用。

水泵的流量參照《橡膠壩技術規(guī)范》計算公式，經計算，充水泵的流量為550m3/h，排水泵的流量為1101m3/h。

水泵的揚程參照《橡膠壩技術規(guī)范》計算公式，經計算，充水泵的揚程為7.9m，排水泵的揚程為8.7m。

根據(jù)計算的水泵流量和揚程，經管路水力計算，并驗算水泵的工作狀態(tài)后，充水泵確定采用1臺300WQ600-6-18.5型潛水泵，其主要性能參數(shù)如下：流量 500～750m3/h，揚程 5～7m，電機功率18.5kW。排水泵確定采用2臺350WQ1100-12-55型潛水泵，1臺工作，1臺備用，其主要性能參數(shù)如下：流量900～1500m3/h，揚程8～14m，電機功率55kW。

2 電氣設計

2.1 供電電源及供電方案

擬從附近電網(wǎng)線路各T接一回10kV輸電線路至橡膠壩作為永久電源，另各設柴油發(fā)電機組1套作為備用電源。

2.2 主要用電負荷及負荷等級

1）主要用電負荷。2臺350WQ1100-12-55型排水泵，一用一備，配套電機額定參數(shù)：功率為55kW，電壓為380V。1臺300WQ600-6-18.5型充水泵，配套電機額定參數(shù)：功率為=18.5kW，電壓為380V。其他動力、照明用電負荷約15kW。

2）負荷等級。在汛期河道行洪期間，若橡膠壩不能及時塌壩泄洪，會使壩上水位上漲，對周圍村莊的安全構成威脅，鑒于此，橡膠壩的動力系統(tǒng)、防汛指揮調度系統(tǒng)設備和通信系統(tǒng)等設備的供電不應中斷，均按二級用電負荷考慮。泵站日常用電等負荷按三級負荷考慮。

2.3 電氣主接線

變配電室設在橡膠壩泵房地面層，10kV高壓電纜進線接至變壓器高壓側，變壓器低壓側及備用電源經低壓柜接至380/220V低壓母線，該母線接電源進線及上述全部用電負荷。變壓器低壓側和柴油發(fā)電機組電源互相閉鎖。

變配電室設低壓進線柜1臺，低壓配電柜1臺，排水泵、充水泵站用電等各占一個出線回路，另設2個備用回路。

2.4 水泵電機啟動方式的確定

根據(jù)本工程控制運用的要求，在電力系統(tǒng)正常供電情況下，動力系統(tǒng)最大穩(wěn)定運行方式為1臺壩袋排水泵運行；最不利運行方式為啟動1臺排水泵電機。在自備應急電源供電情況下，動力系統(tǒng)最大穩(wěn)定運行方式為1臺壩袋排水泵運行；最不利運行方式為啟動1臺排水泵電機。

本工程排水泵電機為不頻繁起動的連續(xù)工作制電機，根據(jù)《通用用電設備配電設計規(guī)范》（GB50055-2011）規(guī)定：電機不頻繁起動時，其配電母線上的電壓不宜低于額定電壓的85%。

經計算，該橡膠壩配電母線上的電壓均低于額定電壓的85%，不滿足全電壓直接起動條件?？紤]到排水泵屬輕載負荷，故采用軟啟動器起動，充水泵采用全壓直接啟動。

2.5 主要電氣設備選擇

1）變壓器。泵站動力用電與管理單位照明等用電合用1臺變壓器。變壓器容量參照《機電排灌設計手冊》計算公式，經計算，變壓器容量為83.1kVA，選用SC11-125-10/0.4kV干式變壓器。

2）無功功率補償計算。根據(jù)《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB50052-2009）的規(guī)定，采用下列公式計算無功補償容量Qc。

式中：P為用電設備的計算負荷，單位kW；tanφ1為補償前用電設備自然功率因數(shù)的正切值；tanφ2為補償后用電設備功率因數(shù)的正切值，一般按cosφ2不小于0.9考慮，取cosφ2=0.95，則tgφ2=0.33。

考慮一定裕量，該小型橡膠壩實際補償容量采用36kvar。本工程無功功率不穩(wěn)定，季節(jié)性變化較大，采用無功自動補償裝置可獲得合理的經濟效果。

3）柴油發(fā)電機組。應急柴油發(fā)電機組的容量根據(jù)《工業(yè)與民用配電設計手冊》（第三版）所列公式計算確定。經計算，該小型橡膠壩發(fā)電機組功率應不小于109.9kW，選用KH120GF型柴油發(fā)電機組1套作為備用電源。

4）10kV高壓電氣設備。泵站變配電室10kV高壓進線采用電纜穿管敷設的方式，在10kV架空線與進線電纜連接處設Y5WS-12.7/50型避雷器1組。10kV高壓電纜選用YJV-10型銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜。

5）0.4kV低壓電氣設備。低壓配電系統(tǒng)選用2臺GGD型低壓配電柜，選用GGJ型無功補償屏1臺，低壓電纜主要選用YJV-1型銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜。

3 結語

橡膠壩控制系統(tǒng)的設計，主要是橡膠壩袋的充水升壩、排水塌壩，而水泵的合理選型及電氣設計是充排水系統(tǒng)設計的關鍵。本文通過對某小型橡膠壩的充排水系統(tǒng)中的水泵機組選型及電氣設計中分析介紹，說明該類小型橡膠壩在機組選型及電氣設計中的計算條件、要點和應注意的問題，希望為其他同類小型橡膠壩工程在充排水系統(tǒng)中的水泵機組選型及電氣設計提供參考和借鑒。