渦河蒙城樞紐工程電氣一次系統(tǒng)淺析

沈家正 邢丁丹 張志濤

（中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300202）

1 工程概況

渦河蒙城樞紐舊址位于蒙城縣城北關(guān)渦河上，主體建筑物均已建成投運(yùn)超過(guò)50年。近年來(lái)，隨著當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，原蒙城船閘通航能力嚴(yán)重不足，造成大量船只滯留，制約渦河流域煤炭、建材糧食外運(yùn)，影響亳州市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

渦河蒙城樞紐移址建設(shè)工程于2018年12月正式開(kāi)工，新閘位于老閘下游10.3km 處，樞紐建筑物防洪、除澇、蓄水灌溉不降低原有功能，船閘由Ⅴ級(jí)通航建筑物提高到Ⅳ級(jí)，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為500t 級(jí)，兼顧交通航運(yùn)的發(fā)展和城市水環(huán)境和渦河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶的建設(shè)。工程計(jì)劃于2021年9月恢復(fù)通航，年底正式竣工投運(yùn)。

2 變配電系統(tǒng)主接線方案

本工程節(jié)制閘、船閘的部分重要供電負(fù)荷等級(jí)為一級(jí)，對(duì)供電可靠性的要求較高。工程整體外部供電電源采用10kV 專用線路，通過(guò)架空線路與地埋電纜結(jié)合的方式，引接自蒙城縣縣城35kV 夢(mèng)蝶變的10kV 專用出線間隔。在負(fù)荷集中區(qū)域設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組作為主電源失電時(shí)的備用電源。

在管理區(qū)生活樓一層設(shè)置10kV 開(kāi)閉所一座，采用單母線接線方式，包含1 個(gè)進(jìn)線間隔和4 個(gè)出線間隔（分別為船閘、節(jié)制閘、管理區(qū)、水文站出線），實(shí)現(xiàn)工程內(nèi)部10kV 高壓集中配電功能。

管理區(qū)變電所主要設(shè)備與開(kāi)閉所布置在同一房間內(nèi)，10kV 側(cè)采用線路-變壓器組接線方式，設(shè)置1 臺(tái)SC13 系列干式配電變壓器，容量為400kVA。0.4kV 低壓側(cè)采用單母線分段接線方式，Ⅰ段母線為常用母線，由主配電變壓器供電；Ⅱ段母線為備用母線，饋線回路連接重要負(fù)荷的備用進(jìn)線，由1臺(tái)容量為148kW 的柴油發(fā)電機(jī)組供電，投入后可保證重要負(fù)荷供電不間斷。Ⅰ段母線上設(shè)置容量為160kVar 的無(wú)功補(bǔ)償電容器組，根據(jù)負(fù)荷運(yùn)行情況分步投切，保證母線上的綜合功率因數(shù)不低于0.9，滿足電網(wǎng)側(cè)要求。低壓母線之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，運(yùn)行方式靈活可靠。

節(jié)制閘變電所設(shè)置在節(jié)制閘右岸橋頭堡的一層及二層，通過(guò)10kV 高壓電力電纜與開(kāi)閉所出線柜相連。10kV 側(cè)采用線路-變壓器組接線方式，設(shè)置1 臺(tái)容量為315kVA 的干式配電變壓器。0.4kV 低壓側(cè)為單母線分段接線形式，常用母線由配電變壓器供電，設(shè)置容量為120kVar 的無(wú)功補(bǔ)償裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)追蹤并分步投切，滿足功率因數(shù)不低于0.9；備用母線由1 臺(tái)容量為330kW 的柴油發(fā)電機(jī)組供電，保證重要負(fù)荷的供電可靠性。

船閘變電所設(shè)置在船閘右岸啟閉機(jī)房二層，主接線方案、主要設(shè)備型式與節(jié)制閘變電所基本一致，故不再重復(fù)描述。

丁大溝、丁王莊及后李節(jié)制閘等三座影響處理工程，均采用10kV 架空線路T 接自當(dāng)?shù)剞r(nóng)電線路，采用柱上變電臺(tái)區(qū)降壓供電，在啟閉機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置現(xiàn)地動(dòng)力配電和控制一體柜，技術(shù)方案經(jīng)濟(jì)合理，設(shè)備布置簡(jiǎn)潔直觀，運(yùn)行和檢修便利。

縱觀工程整體變配電系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)清晰合理。以10kV 開(kāi)閉所作為各區(qū)域分系統(tǒng)的總體配電樞紐，便于集中管理和控制。各分系統(tǒng)通過(guò)各自獨(dú)立的饋線回路供電，能夠有效地控制電氣故障的影響范圍，避免因設(shè)備或線路故障連帶造成臨近區(qū)域的分系統(tǒng)失電，提高了供電可靠性。在主供電系統(tǒng)故障工況下，備用電源系統(tǒng)能夠分區(qū)域獨(dú)立運(yùn)行，按需投入，在一定程度上節(jié)省了工程運(yùn)行期成本。

3 主要電氣設(shè)備選型

本工程10kV 高壓柜采用HXGN17-12 型環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜，開(kāi)關(guān)設(shè)備采用高壓真空斷路器或“負(fù)荷開(kāi)關(guān)-熔斷器”組合電器。柜內(nèi)主要元器件均采用固定式安裝，封閉性能較好，具有較高的集成程度和低故障率；占地面積小，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，便于運(yùn)行維護(hù)；技術(shù)成熟，柜內(nèi)可以集成多種電氣元件，此類產(chǎn)品目前廣泛應(yīng)用于民用住宅、水利工程、工廠礦山、電網(wǎng)樞紐站等場(chǎng)合變配電系統(tǒng)中。具備信號(hào)上送和遠(yuǎn)傳遠(yuǎn)控功能，基于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)智慧化運(yùn)行功能。

配電變壓器采用SC13 系列低噪聲、低局放、低損耗環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器，外形美觀占地空間小；采用具有自熄阻燃特性的絕緣材料，變壓器自身防火防爆。變壓器鐵芯采用冷軋高導(dǎo)磁晶粒取向硅鋼片，有效降低空載損耗和空載電流；優(yōu)化鐵芯模型，避免空腔共鳴，變壓器噪聲顯著低于國(guó)標(biāo)要求。繞組線圈采用優(yōu)質(zhì)銅導(dǎo)線，以玻璃纖維作為絕緣和結(jié)構(gòu)加強(qiáng)材料，線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠明顯提高變壓器抗雷電沖擊能力，具有良好的電氣性能。

0.4kV低壓開(kāi)關(guān)柜采用MNS2.0型抽出式開(kāi)關(guān)柜，柜體采用標(biāo)準(zhǔn)化模塊組合設(shè)計(jì)，滿足各種元件的安裝要求。柜體結(jié)構(gòu)緊湊，配電回路布置經(jīng)濟(jì)，單面柜體內(nèi)根據(jù)回路額定電流大小可集成9～36 個(gè)配電回路。采用標(biāo)準(zhǔn)化元件布置，便于后期更新擴(kuò)容；設(shè)備運(yùn)行連續(xù)性和可靠性高，特有的抽屜式結(jié)構(gòu)對(duì)操作人員有較高的人身安全保障。低壓斷路器均采用韓國(guó)原裝進(jìn)口產(chǎn)電TS 系列塑料外殼斷路器，機(jī)械和電氣性能優(yōu)良，能夠大幅度延長(zhǎng)檢修維護(hù)周期和使用壽命年限。

本工程電氣一次動(dòng)力電纜均選用ZR-YJV（22）阻燃型交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜，護(hù)套采用無(wú)氯材質(zhì)，大幅降低對(duì)環(huán)境造成的不利影響。各電壓等級(jí)電力電纜及附件均由國(guó)內(nèi)知名廠家生產(chǎn)制造，線芯采用高純度銅材絞制，具有良好的機(jī)械和電氣性能。高壓電纜終端采用工廠預(yù)制冷縮式電纜終端，將重要工序在干燥無(wú)塵的工廠車間內(nèi)加工完成，能夠有效延長(zhǎng)使用壽命，降低故障率。電纜外護(hù)套阻燃防火，電纜構(gòu)筑物內(nèi)設(shè)置防火封堵及隔板，能夠有效降低電氣火災(zāi)蔓延風(fēng)險(xiǎn)。

4 站用電和應(yīng)急電源系統(tǒng)

本工程管理區(qū)、節(jié)制閘、船閘等各區(qū)域站用電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式類似，本節(jié)以節(jié)制閘站用電系統(tǒng)作為舉例，簡(jiǎn)要介紹和解析站用電和應(yīng)急電源系統(tǒng)配置方案和運(yùn)行方式。

節(jié)制閘0.4kV 站用電系統(tǒng)采用單母線分段接線方式。其中Ⅰ段母線為常用母線，由一臺(tái)10/0.4kV降壓配電變壓器供電，容量為315kVA，饋線回路為站用電負(fù)荷的主電源回路，包括無(wú)功補(bǔ)償裝置出線、1#～16#閘門啟閉機(jī)動(dòng)力配電箱（兩兩一組）主供電源共8 個(gè)出線、左右岸橋頭堡照明配電箱出線、電梯出線、UPS 電源柜出線等。Ⅱ段母線為備用母線，由1 臺(tái)容量為330kW 的柴油發(fā)電機(jī)組供電，饋線回路為8 面啟閉機(jī)動(dòng)力箱的備用電源出線。兩段母線間設(shè)置聯(lián)絡(luò)斷路器，與兩個(gè)電源進(jìn)線斷路器之間設(shè)置閉鎖與備自投裝置。啟閉機(jī)動(dòng)力箱內(nèi)設(shè)置一主一備兩路供電電源，ATS 雙電源自動(dòng)切換裝置可以自動(dòng)切換至正常工作電源保證供電持續(xù)性。

正常工況下，10kV 配電變壓器投入運(yùn)行，變壓器低壓側(cè)斷路器閉合，母聯(lián)斷路器和柴油機(jī)出線斷路器斷開(kāi)，Ⅰ段母線帶負(fù)荷運(yùn)行，柴油發(fā)電機(jī)組和Ⅱ段母線作為冷備用。當(dāng)主供電源或主變壓器失電時(shí)，需要運(yùn)行人員手動(dòng)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，閉合Ⅱ段母線進(jìn)線斷路器，由柴油發(fā)電機(jī)組通過(guò)Ⅱ段母線為8 面啟閉機(jī)動(dòng)力箱供電，保證閘門能夠正常實(shí)現(xiàn)啟閉功能。此時(shí)如有必要，也可閉合母聯(lián)斷路器，低壓配電系統(tǒng)呈單母線運(yùn)行，電梯及戶內(nèi)外照明系統(tǒng)正常投入使用。外部供電電源恢復(fù)正常運(yùn)行或主供電回路設(shè)備故障解除后，站用電系統(tǒng)需恢復(fù)正常運(yùn)行工況。根據(jù)電網(wǎng)側(cè)要求，兩路電源不能并列運(yùn)行；即主變壓器和柴油發(fā)電機(jī)組同時(shí)帶電運(yùn)行的情況下，母聯(lián)斷路器必須保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)，以避免自備電源對(duì)開(kāi)閉所和電網(wǎng)側(cè)開(kāi)關(guān)站設(shè)備運(yùn)行造成反向沖擊造成設(shè)備故障。

5 照明系統(tǒng)

本工程照明標(biāo)準(zhǔn)按照《水利水電工程照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL641-2014）及《建筑照明設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50034-2013）相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，按照各類工作場(chǎng)所的照度要求，設(shè)置環(huán)保節(jié)能新型照明設(shè)備，保證照度均勻亮度合適，滿足值班運(yùn)行人員的視覺(jué)衛(wèi)生條件。

生活樓、辦公樓、節(jié)制閘橋頭堡及啟閉機(jī)房、船閘啟閉機(jī)房等室內(nèi)空間，照明燈具以嵌入和吸頂式安裝的LED 格柵燈為主。相比于傳統(tǒng)的管型熒光燈，相同光通量的LED 光源耗電量?jī)H為熒光燈的10%，使用壽命超過(guò)5 萬(wàn)小時(shí)；采用陣列式燈珠設(shè)計(jì)，光線柔和均勻，不易造成視覺(jué)疲勞；光源發(fā)熱量低，能夠明顯降低熱輻射造成的燈具外殼和塑料零部件的老化速度。戶內(nèi)重要疏散通道和重要場(chǎng)所，設(shè)置自帶蓄電池的應(yīng)急照明燈具，能夠在正常供電電源斷電后自動(dòng)啟動(dòng)，持續(xù)照明時(shí)間不小于90 分鐘，應(yīng)急工況下保證人員正?；顒?dòng)所需的照明條件。

管理園區(qū)、封閉堤和中隔堤交通道路、節(jié)制閘交通橋、船閘閘室左右岸交通橋及上下游靠船墩鋼便橋等區(qū)域，設(shè)置戶外照明路燈；節(jié)制閘閘門上方設(shè)置戶外投光燈。戶外路燈均采用高壓鈉燈光源，光線在雨雪霧等惡劣天氣具有較強(qiáng)的穿透性，對(duì)主航道及陸上連接道路的交通安全起到全天候的照明保障作用。節(jié)制閘戶外投光燈主要作用是在夜間能夠觀察各孔閘門的啟閉情況，方便現(xiàn)地值班運(yùn)行人員巡視和檢查。戶外照明燈具外殼防護(hù)等級(jí)不低于IP65，具有優(yōu)良的防雨防塵性能；照明系統(tǒng)設(shè)備兼顧功能性與造型美觀，提升整體工程的夜間景觀亮化效果。

6 接地防雷系統(tǒng)

為防止直擊雷危害，本工程生活樓及辦公樓、節(jié)制閘啟閉機(jī)房、船閘啟閉機(jī)房的頂部，均裝設(shè)了避雷帶；通過(guò)埋設(shè)在結(jié)構(gòu)柱及墻面內(nèi)的接地引下線，與主接地網(wǎng)相連，保證雷電入侵波能夠以最短路徑導(dǎo)入大地，避免對(duì)運(yùn)行人員及設(shè)備造成安全隱患。

在船閘、節(jié)制閘上下游側(cè)及船閘閘室內(nèi)的混凝土底板中，預(yù)埋人工接地網(wǎng)。充分利用浸水混凝土及底板下原狀河道沙石黏土的低電阻率特性，并與底板鋼筋、閘門槽等金屬構(gòu)件進(jìn)行可靠焊接，達(dá)到主接地網(wǎng)的接地電阻不大于1Ω 的要求。

各區(qū)域站用電系統(tǒng)的10kV 配電變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地，開(kāi)關(guān)柜、動(dòng)力配電箱、現(xiàn)地LCU 柜、啟閉機(jī)機(jī)架、液壓泵站、通信及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)盤(pán)柜等電氣設(shè)備的外殼與接地網(wǎng)可靠連接，形成TN-C-S接地系統(tǒng)，充分保障出現(xiàn)操作過(guò)電壓時(shí)的人身及設(shè)備安全。

7 結(jié)束語(yǔ)

在參建各單位的通力合作下，渦河蒙城樞紐建設(shè)工程于2021年8月29日通過(guò)電氣與控制系統(tǒng)安裝單位工程驗(yàn)收，所有機(jī)電設(shè)備調(diào)試完畢，試運(yùn)行狀況良好，具備正常投運(yùn)條件。8月31日整體工程通過(guò)完工驗(yàn)收，為9月中旬渦河主航道恢復(fù)通航和2021年底工程通過(guò)竣工驗(yàn)收打下了良好基礎(chǔ)，也在工程爭(zhēng)創(chuàng)水利工程“大禹獎(jiǎng)”的征程中邁出了重要一步■