泵閘類工程電氣設(shè)計(jì)的探討

羅瑩

（上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海200125）

泵閘項(xiàng)目一般具有防洪防澇和水資源調(diào)度功能，泵閘工程對(duì)提高區(qū)域排澇能力、改善水環(huán)境、水景觀、提高周邊居民生活品質(zhì)、提高地塊價(jià)值起到越來越大的作用，對(duì)于水系較多的南方城市更為明顯。因此，泵閘工程的用電保證及合理是整個(gè)工程中最重要環(huán)節(jié)之一。泵閘工程主要為功率較大的泵組和水閘，而它們不會(huì)同時(shí)運(yùn)行的特點(diǎn)使得配電計(jì)算及設(shè)計(jì)有著它的獨(dú)特性。

1 供配電系統(tǒng)

1.1 負(fù)荷等級(jí)

泵閘一般具有防洪防澇和水資源調(diào)度功能，直接關(guān)系到該地區(qū)國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民生活安全，根據(jù)文獻(xiàn)[1]的相關(guān)規(guī)定，考慮其對(duì)政治及經(jīng)濟(jì)的影響，泵閘工用電負(fù)荷為二級(jí)負(fù)荷，采用二路10kV 電源供電，二路電源互為備用，電源備用率為100%，由電纜引入新建10kV 變配電所。

1.2 供配電方案

泵閘項(xiàng)目的主要用電設(shè)備為水泵，因此，根據(jù)水泵功率的大小也有著不同配電方式。

情況1：

若項(xiàng)目中的主要負(fù)荷為10kV 電動(dòng)機(jī)，根據(jù)供電電源及用電負(fù)荷情況，10kV 主接線擬定如下兩種方案進(jìn)行比較：

方案一：?jiǎn)文妇€接線

兩回路電纜進(jìn)線，電氣主接線采用單母線接線，進(jìn)線設(shè)兩臺(tái)10kV 斷路器，兩接線最簡(jiǎn)單可靠，設(shè)備投資較低。正常情況下一路10kV 電源作為工作電源給全部用電負(fù)荷供電，另一路電源作為備用電源，當(dāng)工作電源故障時(shí)由備用電源供電，兩路電源之間進(jìn)行電氣及機(jī)械連鎖，防止電源同時(shí)接通。

方案二：?jiǎn)文妇€分段接線

兩回路電纜進(jìn)線，電氣主接線采用單母線分段接線、進(jìn)線，母聯(lián)共設(shè)三臺(tái)斷路器，接線稍復(fù)雜，設(shè)備投資稍大。正常情況下兩路10kV 電源同時(shí)運(yùn)行，母聯(lián)聯(lián)絡(luò)斷路器斷開，兩路電源分別向兩段母線上的用電負(fù)荷供電；當(dāng)一路電源故障或檢修時(shí)，母線聯(lián)絡(luò)斷路器合上，另一路電源能承擔(dān)全部重要負(fù)荷用電。兩路10kV 電源進(jìn)線及母聯(lián)開關(guān)之間設(shè)電氣及機(jī)械閉鎖，防止電源并列運(yùn)行。任一回路線路故障或檢修，都不影響泵閘運(yùn)行，供電可靠性高。

綜上比較，雖然兩方案均能滿足一路電源故障的情況下泵閘對(duì)二級(jí)用電負(fù)荷持續(xù)供電的要求。但方案一中當(dāng)母排故障或檢修時(shí)則會(huì)導(dǎo)致停電，供電可靠性低于方案二。因此，在條件允許下，推薦選用方案二。

10kV 側(cè)電氣主接線采用單母線分段形式。正常運(yùn)行時(shí)，聯(lián)絡(luò)柜分段斷路器分開，當(dāng)一回電源故障或檢修時(shí)，母線斷路器通過自動(dòng)或手動(dòng)合上，由另一路電源同時(shí)向兩段母線供電。

0.4kV 側(cè)電氣主接線采用單母線分段（帶聯(lián)絡(luò)開關(guān)）接線方式。正常運(yùn)行時(shí)，低壓聯(lián)絡(luò)柜分段斷路器分開，由兩臺(tái)變壓器分別向兩段低壓母線供電。當(dāng)一路電源故障或檢修時(shí)，又或一臺(tái)變壓器檢修或故障時(shí)，分段斷路器自動(dòng)或手動(dòng)閉合，由另一臺(tái)變壓器對(duì)全部負(fù)荷供電。

情況2：

若項(xiàng)目中的主要負(fù)荷為0.4kV 電動(dòng)機(jī)且重要負(fù)荷總?cè)萘坎怀^300kW 時(shí)，根據(jù)供電電源及用電負(fù)荷情況，主接線擬定如下兩種方案進(jìn)行比較：

方案一：一路電網(wǎng)外線一路柴油發(fā)電機(jī)

電網(wǎng)不佳或較偏遠(yuǎn)的地區(qū)無法提供兩路高壓電源的地區(qū)，采用一路高壓電源供電，另一路電源采用移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)。高壓電源供電為常用電源，柴油發(fā)電機(jī)為備用電源。當(dāng)常用電源故障時(shí)，由備用電源為重要負(fù)荷供電。

方案二：兩路電網(wǎng)外線

電網(wǎng)良好或較發(fā)達(dá)區(qū)域，一般可提供兩路高壓電源，并且該兩路電源來自不同上級(jí)變電站或者同一變電站的不同母排。高壓側(cè)采用單母線接線方式，低壓側(cè)采用單母線分段接線方式，兩路電源同時(shí)運(yùn)行，互為備用。

方案二供電可靠性高，安全性好，但需良好的電網(wǎng)條件。方案一，可以很好的解決無法提供兩路高壓電源的泵閘規(guī)模較小的較偏遠(yuǎn)地區(qū)。

以上兩種方案，在條件滿足的前提下優(yōu)先選用方案二，不同項(xiàng)目可根據(jù)具體情況選擇適用的方式。

1.3 用電負(fù)荷計(jì)算

泵閘工程的負(fù)荷計(jì)算一般采用需要系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式如下：

式中：Kx-需要系數(shù)；Pe-用電設(shè)備的設(shè)備功率；Pjs-計(jì)算有功功率；Qjs- 計(jì)算無功功率；Sjs- 計(jì)算是在功率；Ф- 功率因數(shù)角；KΣp，KΣq-有功功率，無功功率同時(shí)系數(shù)；

需要系數(shù)Kx 及功率因數(shù)角相關(guān)參數(shù)參考文獻(xiàn)[2] 中表1.4-1。

2 工程實(shí)例設(shè)計(jì)

2.1 工程概況

上海某泵閘工程建設(shè)為配合新科技城建設(shè)，進(jìn)一步溝通水系，增強(qiáng)區(qū)域防汛除澇能力，改善區(qū)域水環(huán)境。主要用電負(fù)荷為132kW 水泵兩臺(tái)及其它動(dòng)力負(fù)荷。

負(fù)荷計(jì)算如表1。

泵閘項(xiàng)目與其它類型項(xiàng)目不同：泵和閘門不同時(shí)使用，因此總?cè)萘康呢?fù)荷計(jì)算中較小的閘門應(yīng)不計(jì)算在內(nèi)，最終選用400kVA 變壓器。

2.2 電氣主接線方案

該項(xiàng)目用電負(fù)荷主要為0.4kV，主要用電設(shè)備為潛水灌流泵，單臺(tái)電機(jī)功率為132kw；其它用電設(shè)備為排污泵，閘門等，設(shè)有2 臺(tái)站用變壓器，單臺(tái)容量為400kVA。根據(jù)上海市電力公司要求：用戶申請(qǐng)總?cè)萘吭?50kVA 至8000kVA 時(shí)，采用10kV 電壓供電。因此該工程采用2 路10kV 進(jìn)線，經(jīng)變壓器給主水泵等設(shè)備及變電所泵房等配電。

根據(jù)工程情況0.4kV 主接線方案擬用：0.4kV 側(cè)電氣主接線采用單母線分段接線方式。正常運(yùn)行時(shí)，低壓聯(lián)絡(luò)柜分段斷路器分開，由兩臺(tái)變壓器分別向兩段低壓母線供電。當(dāng)一路電源故障或檢修時(shí)，又或一臺(tái)變壓器檢修或故障時(shí)，分段斷路器閉合，由另一臺(tái)變壓器對(duì)全部二級(jí)負(fù)荷供電。兩臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行互為備用。

2.3 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)

電動(dòng)機(jī)起動(dòng)應(yīng)按供電系統(tǒng)最小運(yùn)行方式及機(jī)組最不利的運(yùn)行組合形式，在供電系統(tǒng)為最小運(yùn)行方式，起動(dòng)第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)為最不利運(yùn)行方式。文獻(xiàn)[3]第10.5.1 條規(guī)定的母線電壓降不宜超過額定電壓的15%的要求；符合文獻(xiàn)[4]第2.2.2 條，在一般情況下電動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)時(shí)配電母線上的電壓不宜低于90%，電動(dòng)機(jī)不頻繁起動(dòng)時(shí)配電母線電壓不宜低于85%的要求。

132kW 水泵電機(jī)采用軟起動(dòng)方式起動(dòng)可滿足上述要求，其它電機(jī)均直接啟動(dòng)。

2.4 電氣設(shè)備布置

設(shè)變電所一座，靠近泵房主體即負(fù)荷中心，變配電所內(nèi)設(shè)置高壓室、低壓室、控制室。

泵組控制柜，動(dòng)力配電柜等布置于主泵房?jī)?nèi)，設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)電控柜（箱）等隨設(shè)備分散就地布置。

2.5 防雷與接地

泵閘項(xiàng)目?jī)?nèi)的建筑物屬于一般工業(yè)性建筑物。根據(jù)當(dāng)?shù)仄骄妆┤諗?shù)據(jù)及建筑情況，計(jì)算出預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)小于0.25 次/a，則根據(jù)文獻(xiàn)[5]該建筑按第三類防雷建筑物。為防直擊雷造成傷害，在各建筑物屋頂均裝設(shè)接閃帶作保護(hù)，避雷帶采用25mm×4mm 熱鍍鋅扁鋼成小于等于20*20 網(wǎng)格敷設(shè)，接閃帶接地引下線與各單體建筑物接地網(wǎng)可靠連接。所有設(shè)施管道、電纜橋架、配電箱等金屬物均與接地網(wǎng)可靠連接。低壓側(cè)采用TN-S 接地系統(tǒng)，充分利用構(gòu)（建）筑物的基礎(chǔ)接地體，利用梁柱內(nèi)的主鋼筋作為接地引下線。變配電所及泵閘內(nèi)所有電氣設(shè)備，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的接地系統(tǒng)均共用一個(gè)總接地裝置，其接地電阻值不大于1Ω。

表1

2.6 照明

建筑物室內(nèi)常規(guī)照明按照文獻(xiàn)[6]要求設(shè)置。變電所內(nèi)除常規(guī)照明外需設(shè)置應(yīng)急照明，在各建筑物主要通道，出口均設(shè)置帶充電電池的應(yīng)急疏散指示燈。

主泵房等潮濕部位應(yīng)采用防潮型燈具。

2.7 主要電氣設(shè)備選擇

本工程設(shè)備選型遵循技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則。采用國(guó)內(nèi)外性能價(jià)格比高的電氣設(shè)備：

10kV 開關(guān)柜：采用金屬中置式成套開關(guān)柜。

0.4kV 開關(guān)柜：采用符合IEC60439 標(biāo)準(zhǔn)的具有敷鋁鋅鋼板外殼的帶有智能終端或接口的封閉抽出式開關(guān)柜。

變壓器采用帶防護(hù)罩殼的低損耗少填料薄絕緣環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器或其它節(jié)能型變壓器。帶風(fēng)機(jī)及溫控裝置，現(xiàn)場(chǎng)總線接口。

泵閘項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)一般較為潮濕，宜選用不銹鋼材質(zhì)。戶內(nèi)設(shè)備外殼防護(hù)等級(jí)IP44,戶外設(shè)備外殼防護(hù)等級(jí)IP65,均采用不銹鋼材質(zhì)。

2.8 電纜及敷設(shè)方式

泵閘內(nèi)主要配電電纜非直埋的選用YJV，需直埋的選用YJV22 型，控制電纜選用KYJV 型，水下電纜選用YJY 型。

變電所內(nèi)電纜沿電纜溝敷設(shè)。構(gòu)建筑物內(nèi)的電纜主要采用穿電纜橋架、預(yù)埋保護(hù)管、沿電纜溝敷設(shè)的方式。室外電纜主要采用直埋敷設(shè)，過路段采用穿保護(hù)鋼管敷設(shè)。

2.9 節(jié)能

2.9.1 在低壓側(cè)設(shè)置無功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置，以補(bǔ)償?shù)蛪涸O(shè)備的無功功率和變壓器的無功損耗，消除諧波影響，減少供電線路導(dǎo)線的截面，節(jié)約有色金屬，減少電力系統(tǒng)中的功率損耗和電能損耗。

2.9.2 在設(shè)備和材料選用方面，設(shè)計(jì)采用低損耗的11 系列或13 系列的干式變壓器、高效率電機(jī)、銅芯電線電纜、LED 燈等。

2.9.3 變電所設(shè)置在負(fù)荷中心，尤其靠近大功率設(shè)備，以減少電能損耗。

3 結(jié)論

經(jīng)過對(duì)不同泵閘工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，本文通過整體方案對(duì)比及案例設(shè)計(jì)介紹，在設(shè)計(jì)中主要需要注意的事項(xiàng)如下：

3.1 用電負(fù)荷等級(jí)宜采用二級(jí)負(fù)荷，采用兩路進(jìn)線設(shè)計(jì)；對(duì)于含有高壓設(shè)備的系統(tǒng)，建議高低壓段均采用帶母聯(lián)的單母線分段接線方式；對(duì)于僅含有低壓設(shè)備的系統(tǒng)，建議采用變組接線方式，低壓側(cè)采用帶母聯(lián)的單母線分段接線方式。

3.2 用電負(fù)荷主要為泵、閘，但泵和閘并不會(huì)同時(shí)使用，因此需要系數(shù)的選取要特別注意，往往功率較小的閘門不計(jì)入總負(fù)荷計(jì)算。

3.3 泵閘項(xiàng)目所處環(huán)境較為潮濕，在設(shè)備選擇時(shí)要注意防潮。