新疆某泵站電氣設計特點

阿瓦古麗·肉孜

（新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000）

1 泵站概況

新疆某泵站位于新疆省昌吉州，泵站滿足本地州的工業(yè)、生活及環(huán)境保護用水的長距離管道輸水工程。供水輸水管線全長200多公里、在輸水管線起頭設一座泵站，站裝機規(guī)模為3×2800kW單機額定功率為2800kW臥式異步調速電動機泵站，總裝機容量為 8400kW，共 3臺電機。本工程用水量發(fā)展情況分期建設。一期裝機2臺機，其中，1臺工作泵，1臺備用泵。二期裝1臺機。

泵站按“無人值班（少人值守）”原則進行設計，自動化水平較高。

根據(jù)工地所在地電網(wǎng)情況及為了提高泵站供電可靠性采用雙電源供電，引入兩回35kV線路供電。

泵站所在地區(qū)的氣象特征值為：

1）多年平均氣溫：6.12℃。

2）極端最高氣溫：35.9℃。

3）極端最低氣溫：-29.8℃。

4）多年平均降水量：110.28mm。

5）多年平均蒸發(fā)量：1455.8mm。

2 電氣主接線

泵站附近有瑤池220kV變電所和上戶溝110kV變電所，瑤池220kV變電所離泵站有35km距離、上戶溝110kV變電所離泵站有22km距離，這兩所變電所是當?shù)仉娋W(wǎng)的主力電源之一。

為了提高泵站供電可靠性采用雙電源供電，從瑤池220kV變電所引入1回35kV線路作為第一個電源點給泵站供電，導線截面采用 LGJ-185、上戶溝110kV變電所引入1回35kV線路第二個電源給泵站供電，導線截面采用LGJ-185。

電氣主接線的接線確定應是綜合考慮系統(tǒng)狀況、建設規(guī)模、接入系統(tǒng)設計、等因素；電氣主接線應滿足電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠性的要求以及電力系統(tǒng)對泵站水泵運行方式的要求，同時應滿足供電可靠、運行靈活、檢修方便、接線簡單、便于實現(xiàn)自動化和分期過渡、經(jīng)濟合理等要求。

（1）電氣主接線方案

泵站主接線 35kV側采用雙回線路進線，采用單母線接線。6kV側采用單母線接線。為了滿足泵站分期建設，電機側采用單母線接線。電機額定電壓采用6kV，額定功率因數(shù)0.85。

（2）站用電電源的引接

提高供電可靠性泵站站用電 400V系統(tǒng)采用單母線分段的接線方式，并選用兩臺 630kVA站用變壓器。1臺站用變壓器接在電機母線側（SC10-630/6kV，6±2×2.5%/0.4kV）；另一臺變壓器接在 35kV母線側（SC10-630/35kV，35±2×2.5%/0.4kV）。

（3）泵站電氣主接線簡易圖如圖1所示。

圖1 泵站電氣主接線簡晚圖

3 電機起動方式

根據(jù)泵站供電系統(tǒng)接入情況，經(jīng)過電機起動電壓損失計算，主電動機起動時機端壓降超過15%，泵組起動不能完成全壓直接起動，需通過高壓變頻器或高壓軟起動器等輔助設備拖動完成起動過程。

高壓軟起動器主要應用于大功率電機設備的起動過程，以解決起動電流過大引起壓降損失過大而造成電機起動失敗或沖擊電網(wǎng)的問題，對泵站還需要為電機設備配套無功補償裝置以提高功率因數(shù)而滿足電網(wǎng)要求。

目前國內外主要應用的完美無諧波高壓變頻器，能夠在不設置消諧裝置的條件下滿足電網(wǎng)的諧波干擾標準要求。在變頻器投入運行時對所拖動的電機進行無功補償，從而可以減少泵站為電機設備配套無功補償裝置的容量；該裝置能夠響應0～100%負載運行工況要求。

本泵站根據(jù)用水量和冬季安全運行情況對泵組揚水流量進行調節(jié)，并考慮供水流量穩(wěn)定靈活可靠的要求及故適應本泵站離心泵組0～50%流量調節(jié)范圍要求，選用高壓變頻器起動方式。

本泵站配置一臺高壓變頻器時，在泵站兩臺水泵均需作為工作水泵情況下，可以通過起動母線實現(xiàn)“一拖一”起動不同水泵；但是，由于每臺泵組起動不能完成全壓直接起動，在高壓變頻器故障或檢修時，將造成全站泵組停運。

結合本泵站一期、二期建設情況，由于泵站供水保證率為97%，為保證泵組起動可靠性，配置兩臺高壓變頻器（容量與電機對應），電機起動接線形式設置起動母線。一期運行中，一用一備；二期擴建同容量1臺泵組時，不再增加高壓變頻器，并依照泵站供電主接線采用電機起動分段母線，實現(xiàn)互相備用。

本泵站地處烏魯木齊電網(wǎng)負荷中心，因此電網(wǎng)對于用電戶電氣設備的諧波干擾有嚴格要求。因高壓變頻器DSP控制系統(tǒng)對調制波形的優(yōu)化處理，確保高壓變頻器具備完美無諧波電壓輸出的技術特性，運行中不需另行配置消諧裝置，從而節(jié)省消諧裝置投資、減少占地。

根據(jù)規(guī)范要求，泵站應實現(xiàn)泵組無功就地補償?shù)囊?。一期工程中兩臺泵組運行方式為“一用一備”，結合高壓變頻器配置，并出于節(jié)能高效減耗的產(chǎn)能目標，在“一拖一”運行過程中，高壓變頻器能自行補償泵組電機的無功消耗并提升功率因數(shù)達到0.95以上，故在一期工程中暫不設置無功補償裝置，留待二期擴建時增1臺泵組數(shù)量和運行工況需要再行配置電容器無功補償裝置。

因此泵站終期建設中配一套6kV電容器組進行無功補償。電容器組單獨組柜，與對應水泵電機6kV進線開關柜進行同步投切。泵組電機功率因數(shù)為0.85，經(jīng)過計算，補償后功率因數(shù)為 0.95，滿足電力系統(tǒng)對泵站的無功補償要求。

4 泵站繼電保護

1）基本原則

本泵站主要電氣設備及母線的繼電保護采用微機型繼電保護裝置。其中，對于主變、電動機等主要電氣設備，按照獨立且利于維護原則單獨組柜；其它35kV和6 kV線路及饋線等對象采用綜合測控保護模塊，集成布置于對應的開關柜內。

2）電機保護

#1、#2泵組電機合并設1面發(fā)電機保護屏。

3）變壓器保護

2臺變壓器合并設1面變壓器保護屏。

4）35kV和6kV線路保護

35kV線路微機保護，65kV線路微機保護均安裝在開關柜本體內。

5）電能量計費系統(tǒng)

本泵站電能量計費裝置是系統(tǒng)電能量計費系統(tǒng)的組成部分，計量對象為2回35kV線路，電度表計柜布置在繼保間。

5 泵站廠房布置

泵站廠房主要包括主廠房、副廠房等。主廠房總長43.450m、寬15.700m，副廠房總長47.230m、寬14.620m。

泵站為臥式機組，主、副廠房按兩層布置并采用L型布置方案。副廠房位于主廠房左側。主、副廠房分為兩層，電纜層、設備層、控制層?？刂茖优c安裝間同高程。副廠房控制層布置有中央控制室及繼電保護室、35kV高壓開關室、6kV高壓開關室、高壓變頻器室、無功補償室、低壓開關室、通信室。

工程地處沙漠地區(qū)，風沙大，采用戶外設備受環(huán)境影響較大，高壓開關戶內布置方案較戶外敞開式設備方案占地面積少、安裝周期短、有利于設備安全運行、延長設備檢修周期、減少運行維護工作量、運行維護方便，且戶內方案設備及土建綜合投資較戶外方案差別并不大，戶內方案在技術及經(jīng)濟方面均優(yōu)于戶外方案，故確定 35kV配電裝置設備選用戶內手車式高壓開關柜。6kV設備選用金屬鎧裝戶內手車式12 kV高壓開關柜。

為了滿足泵站分期建設選用兩臺8000kVA的油浸式雙繞組主變壓器，（S10-8000/35kV 8000kVA，35±5%/6kV，連接組別 Yd11Ud%=7.5）；主變布置在戶外副廠房下游側，高壓側均通過電纜與戶內35kV開關柜、6kV開關柜連接。

6 泵站照明

由于泵站對供電可靠性有較高的要求，泵站照明分為工作照明和事故照明兩個系統(tǒng)，工作照明采用交流380/220V三相五線制。事故照明采用交、直流供電方式。

照明電源的可靠性是整個泵站照明設計的重要因素。泵站照明電源從廠用電的兩段母線引接，并且根據(jù)廠房內有自然采光和無自然采光分別考慮設置工作照明。主要供電范圍為主、副廠房控制層、主廠房設備層、副廠房電纜層、安裝間、中控室、廠區(qū)及圍堤周圍，這些場所易獨立控制，互不影響，根據(jù)負荷重要性，可直接從廠用配電屏（或照明配電屏）引出，當某一回路或開關發(fā)生故障時，不影響其他照明供電。在照明回路中設置獨立的配電箱以便對場所內的照明燈具進行控制，減小故障的范圍。泵站設置的事故照明，以保證在交流電源消失時，泵站內重要場所及主要通道的照明。事故照明的電源引自泵站設置的交直流切換裝置，交直流切換裝置電源引自泵站低壓屏和直流屏。

7 泵站過電壓保護及接地

泵站35kV線路進線段1～2km處宜架設避雷線進行直擊雷保護，35kV線路終端桿進戶段采用氧化鋅避雷器，35kV PT開關柜設置柜裝避雷器以防止系統(tǒng)傳導過電壓。選用一只高20m避雷針保護主變平臺的電氣設備。

主、副廠房直擊雷保護措施為在其屋頂上以－50×5扁鐵焊成防雷接地網(wǎng)，并通過每個排架柱內主鋼筋與總接地網(wǎng)可靠連接。

泵站的接地系統(tǒng)為主、副廠房接地網(wǎng)散流接地區(qū)以及進水池和出水池水下接地體。泵站接地電阻要求R≤4?。

8 結論

1）考慮泵站水泵電機數(shù)量級泵站運行工況6kV、35kV側采用單母線接線，此接線方式經(jīng)濟合理，技術先進原則，故對其接線的可靠性、靈活性要求高、投資相對增加不多。

2）根據(jù)泵組進行流量調節(jié)、系統(tǒng)電壓降損失、高壓變頻器在一拖一工況下，能夠通過調頻完成大功率電機設備的平滑起動過程，能夠實時調節(jié)電機的轉速用于調節(jié)流量等，適應泵站復雜工況的運行要求即采用高壓變頻器起動方式。

3）因泵站泵組結構形式臥式機組，所以泵房平面尺寸小，泵房開挖深度較小，水泵機組的安裝與檢修方便。

主、副廠房按兩層布置并采用L型布置方案。L型布置美觀、水泵運行對電氣設備的影響很低。

工程地處沙漠地區(qū)，風沙大，采用戶外設備受環(huán)境影響較大，高壓開關戶內布置方案較戶外敞開式設備方案占地面積少、安裝周期短、有利于設備安全運行、延長設備檢修周期、減少運行維護工作量、運行維護方便，且戶內方案設備及土建綜合投資較戶外方案差別并不大，戶內方案在技術及經(jīng)濟方面均優(yōu)于戶外方案。