蒙陰縣青山埠攔河閘電氣設(shè)計(jì)

【摘 要】介紹了青山埠攔河閘工程電氣主接線、電氣計(jì)算、設(shè)備選擇、電氣布置及自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、組成及功能特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】電氣設(shè)計(jì)；青山埠攔河閘

青山埠攔河閘位于蒙陰縣蒙陰街道辦事處夏家莊村西北。攔河閘自建成運(yùn)用以來(lái)，一直由青山埠電灌站管理所進(jìn)行運(yùn)行管理，效益顯著，但由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，年久失修等原因，老化、退化嚴(yán)重，攔河閘主體工程已被沖垮，不能正常蓄水、防洪。青山埠攔河閘是蒙陰縣重點(diǎn)大型水閘，位置舉足輕重，為盡早消除安全隱患，充分發(fā)揮水庫(kù)效益，急需除險(xiǎn)加固。攔河閘工作閘門采用10×6m（寬×高）露頂式平面鋼閘門，共17孔，工作閘門的啟閉機(jī)選用雙吊點(diǎn)固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，配套電機(jī)YZ200L—8，功率15KW，電壓等級(jí)380V。

1、配電系統(tǒng)接線

綜合考慮工程附近電力系統(tǒng)現(xiàn)狀、工程規(guī)模及其重要性，擬從污水處理廠專用10kV架空線路“T”接一回10kV專用輸電線路（導(dǎo)線為L(zhǎng)GJ-70，長(zhǎng)度約900m）至本工程變電室作為其永久電源，同時(shí)設(shè)1套柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源。

2、電氣主接線

在管理所和攔河閘橋頭堡分別設(shè)變配電室。10KV高壓架空線路分別經(jīng)終端桿上的跌落式熔斷器、高壓電纜接至兩變壓器高壓側(cè)，變壓器低壓側(cè)及備用電源（柴油發(fā)電機(jī)組）經(jīng)電源進(jìn)線柜接至380/220V低壓母線。0.4kV母線為單母線分段接線，兩段之間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。兩變壓器低壓側(cè)及備用電源開關(guān)設(shè)有電氣閉鎖。管理所變配電室設(shè)配電柜1臺(tái)，主要供管理所日常用電；橋頭堡變配電設(shè)電源進(jìn)線柜1臺(tái)，低壓配電柜2臺(tái)，電容補(bǔ)償屏1臺(tái)。1#低壓配電柜共設(shè)置5個(gè)出線回路，水閘主電源、水閘備用電源、進(jìn)水閘、檢修閘門各占一個(gè)出線回路，剩余3路出線作為備用；2#低壓配電柜共設(shè)置5個(gè)出線回路，交通橋照明及左、右橋頭堡各占一個(gè)出線回路，剩余2路出線作為備用。

3、電氣計(jì)算及主要電氣設(shè)備選擇

3.1、變壓器

按需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，經(jīng)計(jì)算，攔河閘在穩(wěn)定運(yùn)行條件下計(jì)算負(fù)荷Sjs=110.78kVA，故選擇SC11-160-10±5%/0.4樹脂澆注干式銅芯變壓器1臺(tái)。管理所計(jì)算負(fù)荷Sjs=48.61kVA，故選擇SC11-50-10 ±5%/0.4樹脂澆注干式銅芯變壓器1臺(tái)。

3.2、無(wú)功功率補(bǔ)償計(jì)算

根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50052-95）的規(guī)定，采用下列公式計(jì)算無(wú)功補(bǔ)償容量Qc。

式中P——用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷（KW）；

——補(bǔ)償前用電設(shè)備自然功率因數(shù)的正切值；

——補(bǔ)償后用電設(shè)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。

無(wú)功補(bǔ)償容量計(jì)算表

補(bǔ)償前補(bǔ)償后計(jì)算負(fù)

荷（kw）無(wú)功補(bǔ)償容量

（kvar）

cosφ1tgφ1cosφ2tgφ2P30Qc=P30（tgφ1-tgφ2）

0.820.700.950.33110.7840.9

考慮一定裕量，實(shí)際補(bǔ)償容量采用48kvar，由于過(guò)補(bǔ)償要罰款，本工程無(wú)功功率不穩(wěn)定，季節(jié)性變化較大，采用無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置可獲得合理的經(jīng)濟(jì)效果。

3.3、啟閉機(jī)電機(jī)起動(dòng)方式的確定

根據(jù)攔河閘泄洪控制運(yùn)用的要求，在電力系統(tǒng)正常供電情況下，閘門最大穩(wěn)定運(yùn)行方式為4臺(tái)啟閉機(jī)同時(shí)運(yùn)行；最不利運(yùn)行方式為3臺(tái)閘門啟閉機(jī)同時(shí)運(yùn)行，再同時(shí)起動(dòng)1臺(tái)閘門啟閉機(jī)電機(jī)。在自備應(yīng)急電源供電情況下，閘門最大穩(wěn)定運(yùn)行方式為2臺(tái)啟閉機(jī)同時(shí)運(yùn)行；最不利運(yùn)行方式為1臺(tái)閘門啟閉機(jī)同時(shí)運(yùn)行，再同時(shí)起動(dòng)1臺(tái)閘門啟閉機(jī)電機(jī)。

本工程閘門啟閉機(jī)電機(jī)為斷續(xù)周期工作制或短時(shí)工作制且為不頻繁起動(dòng)，根據(jù)《通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50055 -2011）規(guī)定：電機(jī)不頻繁起動(dòng)時(shí)，其配電母線上的電壓不宜低于額定電壓的85%。經(jīng)計(jì)算，啟閉機(jī)電機(jī)采用全電壓直接起動(dòng)方式。

3.4、柴油發(fā)電機(jī)組容量選擇

在系統(tǒng)電源因事故或故障中斷供電時(shí)，為保證汛期能安全可靠泄洪，保持通信暢通，在攔河閘橋頭堡內(nèi)設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組一套作為備用電源。

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的容量根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）所列公式分別按穩(wěn)定負(fù)荷、尖峰負(fù)荷和發(fā)電機(jī)母線允許壓降計(jì)算確定。經(jīng)計(jì)算，發(fā)電機(jī)組容量應(yīng)不小于146.02KW，本工程選用150GFZ型柴油發(fā)電機(jī)組1套作為備用電源。

3.5、配電裝置及載流導(dǎo)體

0.4kV配電及電容補(bǔ)償裝置均選用MNS系列成套低壓屏。電源進(jìn)線回路的高壓電纜和低壓回路選擇YJV系列銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚乙烯護(hù)套電力電纜和VV系列銅芯交聯(lián)聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電力電纜。

4、過(guò)電壓保護(hù)及接地

為防止雷電直擊，沿?cái)r河閘橋頭堡和啟閉機(jī)房、管理所辦公樓屋頂屋脊裝設(shè)避雷帶。避雷帶采用φ8圓鋼，用預(yù)埋角鋼做支柱，通過(guò)專設(shè)的引下線與接地體可靠連接，引下線的沖擊接地電阻Rsh≤30Ω。

為防止雷電侵入波造成危害，在10kV架空線與進(jìn)線電纜連接處裝設(shè)1組避雷器，以保護(hù)變配電室電氣設(shè)備。

為防止雷電電磁脈沖引起的過(guò)電流和過(guò)電壓對(duì)電氣設(shè)備造成危害，在變壓器低壓側(cè)裝設(shè)一組電涌保護(hù)器SPD。

相關(guān)電氣設(shè)備的防雷接地、工作接地、保護(hù)接地及自動(dòng)控制系統(tǒng)的接地共用接地網(wǎng)，接地網(wǎng)充分利用建筑基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋作為自然接地體，保證整個(gè)接地裝置的工頻接地電阻RE≤1Ω。

5、自動(dòng)化監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)

根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)總體規(guī)劃架構(gòu)如下：監(jiān)控中心下設(shè)閘門自動(dòng)化控制、閘壩滲壓監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、廣播預(yù)警4大子系統(tǒng)，采集到子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)經(jīng)系統(tǒng)融合處理，由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心統(tǒng)一下達(dá)操作指令。子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互可采用開放式數(shù)據(jù)平臺(tái)，利用編程指令完成。子系統(tǒng)與調(diào)度指揮中心平臺(tái)信息傳輸采用樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

5.1、閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)閘門上、下游水位、閘門荷重、閘門啟閉狀態(tài)與開度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)站、管理單位、上級(jí)管理機(jī)關(guān)（預(yù)留擴(kuò)展接口）三級(jí)監(jiān)控管理，達(dá)到能夠在管理單位監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制閘門啟閉。

系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)控制單元（LCU）、PLC控制站、信號(hào)傳送線纜及監(jiān)控中心組成。每個(gè)閘門配備1套獨(dú)立的LCU，每個(gè)LCU都需配備必要的閘門測(cè)控儀器，操作人員可用此進(jìn)行就地控制；配備1套帶觸摸顯示的PLC屏，用來(lái)采集、顯示各設(shè)備參數(shù)及控制啟閉機(jī)設(shè)備；閘室的上、下游各配備1套水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用U型管連通方式，并設(shè)計(jì)防護(hù)平臺(tái)，便于測(cè)量當(dāng)前水位變化。系統(tǒng)還可以根據(jù)用戶要求和系統(tǒng)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地單控、群控，也可在異地遠(yuǎn)程遙控。

5.2、閘壩滲壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為實(shí)時(shí)了解閘的工作狀態(tài)和閘門可能存在的事故隱患，建立安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)。

5.3、視頻監(jiān)控系統(tǒng)

為保證攔河閘正常運(yùn)轉(zhuǎn)和安全管理工作的需要，設(shè)計(jì)對(duì)重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)視頻監(jiān)控。

5.4、廣播預(yù)警系統(tǒng)

攔河閘總體跨度較長(zhǎng)，基于開、關(guān)閘過(guò)程中，對(duì)周邊人員的人身安全考慮，設(shè)計(jì)1處智能廣播預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)下設(shè)1個(gè)廣播操作站，2個(gè)廣播點(diǎn)。

6、電氣設(shè)備布置及電纜敷設(shè)

中央控制室、低壓配電室、柴油發(fā)電機(jī)室均設(shè)在右岸橋頭堡。變壓器、發(fā)電機(jī)布置在橋頭堡一層，發(fā)電室滿足通風(fēng)、散熱、排氣的要求。配電室設(shè)在橋頭堡二層，低壓配電柜布置在配電室內(nèi)。中央控制室設(shè)在橋頭堡三層，操作臺(tái)、自動(dòng)化和微機(jī)監(jiān)控等均布置在該層。啟閉機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)閘門電機(jī)動(dòng)力柜9臺(tái)，每臺(tái)動(dòng)力柜控制兩孔閘門啟閉。

10kV電源進(jìn)線電纜由戶外進(jìn)線終端桿至戶內(nèi)變壓器穿鋼管埋地敷設(shè)，變壓器及柴油發(fā)電機(jī)回路的電纜均采用電纜橋架敷設(shè)。橋頭堡和機(jī)房沿墻設(shè)有電纜橋架，低壓動(dòng)力及控制電纜主要采用電纜橋架敷設(shè)，無(wú)橋架的地方采用穿管敷設(shè)。

作者簡(jiǎn)介：

劉明（1983—），男，助理工程師，主要從事水利工程設(shè)計(jì)工作。