淀東水利樞紐泵閘改擴(kuò)建工程電氣主接線及設(shè)備選型設(shè)計(jì)

摘要：針對淀東水利樞紐泵閘的建設(shè)規(guī)模及用電負(fù)荷特點(diǎn)，對泵閘電氣主接線設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比，確定了工程主接線設(shè)計(jì)方案、變電站（所）位置及工程所需的相關(guān)電氣設(shè)備，保證了泵閘電氣設(shè)計(jì)的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性及節(jié)能性。

關(guān)鍵詞：泵閘;電氣主接線;變電站（所）;設(shè)備選型

1 項(xiàng)目概況

淀東水利樞紐泵閘改擴(kuò)建工程位于黃浦江西岸的淀浦河上，由淀浦河段排澇泵閘、楊樹浦港引水泵閘、管理用房、水文測站等組成。其中，排澇泵閘由2孔、12 m凈寬的節(jié)制閘及90 m3/s的泵站組成，泵站設(shè)有3臺單泵流量30 m3/s的斜式軸流泵，配套10 kV高壓異步電動機(jī)，單臺電動機(jī)功率為1 600 kW;引水泵閘由1孔、5 m凈寬的節(jié)制閘及20 m3/s的泵站組成，泵站設(shè)有4臺單泵流量5 m3/s的潛水貫流泵，配套0.4 kV永磁同步電動機(jī)，單臺電動機(jī)功率為185 kW。

該工程被列入2015年度上海市重大工程，是目前上海地區(qū)規(guī)模最大的排澇泵閘工程，具有防洪擋潮、排水除澇、改善水環(huán)境、調(diào)度水資源等重要功能。根據(jù)工程主要功能，按照《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50265—2010）[1]及《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50052—2009）[2]相關(guān)要求，確定本工程用電負(fù)荷等級為二級。

2 電氣主接線設(shè)計(jì)

采用需要系數(shù)法對樞紐泵閘用電負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算負(fù)荷容量為5 783 kVA，設(shè)置2臺6 300 kVA主變壓器，外線容量為12 600 kVA。根據(jù)國家電網(wǎng)上海電力公司《單位用戶用電服務(wù)指南》的要求：“受電總?cè)萘繛? 000～40 000 kVA時(shí)，采用35 kV電壓供電?！币虼?，為保證二級負(fù)荷的用電可靠性，淀東水利樞紐采用2路35 kV電源供電。

根據(jù)市電電源電壓等級及主水泵電機(jī)電壓等級，該樞紐變電站主變高壓側(cè)為35 kV，低壓側(cè)為10 kV。按照接線簡單可靠、操作檢修方便、節(jié)約投資的原則，35 kV主接線選用以下3種方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面的比較。

方案1（圖1）：線路變壓器組接線，設(shè)置2臺SCZ11-6300/35型主變壓器，電壓比：35±3 5×2.5%/10.5 kV，所用變壓器接于主變10 kV母線側(cè)。

方案2（圖2）：單母線分段接線（不帶聯(lián)絡(luò)），所用變壓器接于35 kV母線側(cè)。

方案3（圖3）：單母線分段接線（帶聯(lián)絡(luò)），所用變壓器接于35 kV母線側(cè)，2臺35 kV高壓進(jìn)線斷路器與母聯(lián)分段斷路器設(shè)置電氣及機(jī)械閉鎖。

3種主接線設(shè)計(jì)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比如表1所示。

3種方案的分析比較結(jié)論如下：

方案1：接線簡單清晰，高壓開關(guān)柜數(shù)量少，高壓斷路器最少，設(shè)備投資最低，變電站占地面積最小;外線容量最少，節(jié)省投資。任一回線路故障或檢修，都不影響變電站運(yùn)行;任一臺主變故障或檢修，也都不影響變電站運(yùn)行。

方案2：接線較簡單，設(shè)備及外線費(fèi)投資較多，較方案1的優(yōu)點(diǎn)是一臺主變檢修或故障時(shí)，另一回線路故障，不影響站用電負(fù)荷用電。

方案3：設(shè)7臺35 kV斷路器柜，高壓開關(guān)柜數(shù)量最多，可靠性最高，但接線稍復(fù)雜，繼電保護(hù)裝置配合復(fù)雜，設(shè)備投資最大，變電站土建占地面積最大。一臺主變檢修或故障時(shí)，另一回線路故障，既不影響變電站運(yùn)行，也不影響站用電負(fù)荷用電。

通過比較，3種方案均能滿足樞紐泵閘二級負(fù)荷的用電要求，且電氣設(shè)計(jì)中一般只考慮單一故障，不考慮二重故障因素，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)最佳方面考慮，35 kV高壓側(cè)接線采用方案1線路變壓器組接線。

10 kV側(cè)電氣主接線采用單母線分段接線（帶聯(lián)絡(luò)）形式[3]，進(jìn)線及母聯(lián)開關(guān)之間應(yīng)設(shè)電氣及機(jī)械聯(lián)鎖，防止電源并列運(yùn)行。

3 變電站（所）設(shè)置

根據(jù)工程變電站（所）布置地理位置圖（圖4），考慮線路供電距離，以減少配電網(wǎng)路損耗及電壓降。淀東水利樞紐變電站布置時(shí)深入負(fù)荷中心，采用“一站二所”的總體布置方式，在排澇泵閘主要負(fù)荷中心處設(shè)置一座35/10 kV變電站及一座10/0.4 kV變電所;引水泵閘10 kV電源引自35/10 kV變電站，在引水泵閘主要負(fù)荷中心處設(shè)置一座10/0.4 kV變電所。

35/10 kV變電站設(shè)有35 kV開關(guān)室、主變室、10 kV開關(guān)室、高壓電容器室、二次繼保室等，用于布置35 kV高壓開關(guān)柜、35/10 kV主變壓器、10 kV高壓開關(guān)柜、高壓電容器柜、直流屏、繼電保護(hù)屏等;排澇泵閘變電所設(shè)有10 kV配電室、0.4 kV低壓配電室等，用于布置10 kV高壓開關(guān)柜、高壓軟起動柜、10/0.4 kV站用變壓器、0.4 kV低壓開關(guān)柜等;引水泵閘設(shè)有高低壓配電室及二次設(shè)備室，用于布置10 kV高壓開關(guān)柜、10/0.4 kV主變壓器、0.4 kV低壓開關(guān)柜、水泵電機(jī)出線柜、PLC控制柜等。

4 電氣設(shè)備選型

4.1? ? 電動機(jī)

（1）排澇泵閘斜式軸流泵主電動機(jī)。根據(jù)電動機(jī)額定功率（1 600 kW），額定電壓可取10 kV或6 kV。10 kV、6 kV電機(jī)同屬高壓電機(jī)，從電機(jī)廠家的制造水平看，產(chǎn)品都很成熟且具有通用性。制造工藝上10 kV電機(jī)電流小、繞組線圈截面小、絕緣厚;而6 kV電機(jī)電流大、繞組線圈截面大、絕緣較薄。從電機(jī)投資看，6 kV電機(jī)較10 kV電機(jī)要略少些。但采用6 kV電機(jī)，需相應(yīng)增加6 kV變配電設(shè)備，綜合考慮后6 kV電機(jī)方案與10 kV電機(jī)方案總投資接近。

根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50265—2010）對電動機(jī)額定電壓的選取，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件相近時(shí)，優(yōu)先選用10 kV電壓等級電機(jī)，同時(shí)異步電動機(jī)不需要同步電動機(jī)的勵(lì)磁裝置，造價(jià)較低，起動故障少，操作簡單，維護(hù)管理較方便。因此，排澇泵閘斜式軸流泵電動機(jī)選用10 kV異步電動機(jī)。

（2）引水泵閘潛水貫流泵主電動機(jī)。引水泵站電機(jī)功率185 kW，年運(yùn)行時(shí)間約4 000 h，目前國內(nèi)水利泵站多采用0.4 kV異步電動機(jī)，為減少電機(jī)運(yùn)行對周邊環(huán)境的影響，從節(jié)能角度出發(fā)，引水泵閘水泵電機(jī)采用0.4 kV永磁同步電動機(jī)。永磁電機(jī)占地面積比正常的異步電動機(jī)減少約50%，運(yùn)行時(shí)具有振動小、噪聲低、效率高等特點(diǎn)，節(jié)能效果顯著，與異步電動機(jī)相比節(jié)能最少達(dá)22%，年節(jié)能約651 200 kWh。

4.2? ? 變壓器

（1）35/10 kV主變壓器。根據(jù)《35～110 kV變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50059—2011）第3.1.3條，裝有2臺及以上主變壓器的變電站，當(dāng)斷開1臺主變壓器時(shí)，其余變壓器的容量（包括過負(fù)荷能力）應(yīng)滿足全部一、二級負(fù)荷用電的要求[4]，結(jié)合負(fù)荷計(jì)算容量，主變壓器選用SCZ11-6300/35型低損耗三相雙繞組全銅芯環(huán)氧樹脂澆注干式電力變壓器，電壓比：35±3 5×2.5%/

10.5 kV，10 kV側(cè)中性點(diǎn)采用經(jīng)小電阻接地方式，聯(lián)結(jié)組別：D，yn11。

（2）10/0.4 kV變壓器。排澇泵閘設(shè)置2臺站用變壓器供泵閘輔機(jī)系統(tǒng)、廠用電系統(tǒng)、節(jié)制閘、控制電源等用電，變壓器選用SCB11型環(huán)氧樹脂澆注干式銅芯變壓器，單臺變壓器容量為400 kVA，聯(lián)結(jié)組別：D，yn11。

引水泵閘設(shè)置1臺主變壓器供主水泵電機(jī)、滲漏排水系統(tǒng)、泵房用電、節(jié)制閘、管理用房、控制電源等用電，變壓器選用SCB11型環(huán)氧樹脂澆注干式銅芯變壓器，變壓器容量為1 250 kVA，電壓比：10±2×2.5%/0.4 kV，聯(lián)結(jié)組別：D，yn11。

4.3? ? 高低壓開關(guān)柜

（1）35 kV、10 kV高壓開關(guān)柜。35 kV高壓開關(guān)柜選用KYN37-40.5型鎧裝移開式交流金屬封閉開關(guān)柜，10 kV高壓開關(guān)柜選用KYN28A-12型鎧裝移開式金屬封閉開關(guān)柜，配真空斷路器，操作機(jī)構(gòu)為電動彈簧儲能式，操作電壓為DC110 V，柜內(nèi)設(shè)置微機(jī)保護(hù)裝置。

（2）低壓開關(guān)柜。0.4 kV低壓開關(guān)柜選用MNS抽屜式開關(guān)柜，柜內(nèi)配置框架斷路器及塑殼斷路器，引水泵閘水泵電機(jī)出線柜內(nèi)配置變頻器。

4.4? ? 無功補(bǔ)償

（1）排澇泵閘高壓異步電動機(jī)采用就地?zé)o功補(bǔ)償方式，單臺水泵電機(jī)無功補(bǔ)償容量為300 kvar，與電機(jī)同時(shí)投入或退出運(yùn)行，使消耗的無功功率得到及時(shí)就地補(bǔ)償，無需頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量，安裝維護(hù)方便。

（2）排澇泵閘及引水泵閘均在10/0.4 kV變壓器低壓側(cè)設(shè)置集中補(bǔ)償，采用微機(jī)控制的低壓無功補(bǔ)償柜，根據(jù)無功負(fù)荷的波動實(shí)時(shí)改變投入電容器組的數(shù)量[5]，實(shí)現(xiàn)無功就地平衡，保證10 kV側(cè)功率因數(shù)在0.9以上。

5 結(jié)語

根據(jù)淀東水利樞紐泵閘建設(shè)規(guī)模及用電負(fù)荷特點(diǎn)，結(jié)合上海供電條件，介紹了本工程電氣主接線、變電站（所）位置、主要電氣設(shè)備選型等方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容，體現(xiàn)出了該設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)合理性、電氣運(yùn)行安全可靠性、環(huán)保節(jié)能性。

淀東水利樞紐泵閘于2018年竣工通過驗(yàn)收并投入運(yùn)行，運(yùn)行期間，變配電設(shè)備運(yùn)行安全可靠，保證了泵閘防洪排澇及水資源調(diào)度功能的有效發(fā)揮，工程建成后顯著提高了上海市青松控制片區(qū)的防洪排澇能力，保證了松江、青浦2個(gè)新城區(qū)和28個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的防洪除澇安全。

[參考文獻(xiàn)]

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[2] 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50052—2009[S].

[3] 20 kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50053—2013[S].

[4] 35～110 kV變電所設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50059—2011[S].

[5] 中國航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司.工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊[M].4版.北京：中國電力出版社，2017.

收稿日期：2020-04-01

作者簡介：徐海林（1987—），男 ，江蘇鹽城人，工程師，從事水利工程電氣及自動化設(shè)計(jì)研究工作。