地下水超采綜合治理地表水灌溉項(xiàng)目實(shí)施方案電氣設(shè)計(jì)

□彭云卿

地下水超采綜合治理地表水灌溉項(xiàng)目實(shí)施方案電氣設(shè)計(jì)

□彭云卿

本文分析了地下水超采綜合治理地表水灌溉項(xiàng)目中的電氣設(shè)計(jì)方案，從經(jīng)濟(jì)合理的角度出發(fā)，選用性能優(yōu)越的電氣設(shè)備與合適的水泵控制方式，以提高供水質(zhì)量，在遏制超采的同時(shí)取得節(jié)能的效果。

負(fù)荷等級(jí)；電氣主接線；變頻控制；用水計(jì)量與傳輸

河北省水資源短缺，長(zhǎng)期以來，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要依靠開采地下水，地下水超采嚴(yán)重。從2014年開始，河北省開展地下水超采綜合治理，在溝渠發(fā)達(dá)、水量充足的地區(qū)建設(shè)揚(yáng)水點(diǎn)，充分利用地表水灌溉，減少地下水開采。

1.用電負(fù)荷及負(fù)荷等級(jí)

地表水灌溉項(xiàng)目中用電建筑物主要有揚(yáng)水點(diǎn)、(涵)閘等，揚(yáng)水點(diǎn)用電負(fù)荷主要有水泵電機(jī)、配電室照明、計(jì)量?jī)x表等；(涵)閘用電負(fù)荷主要有啟閉機(jī)電機(jī)、啟閉機(jī)室照明等，用電電壓等級(jí)均為380/220V。所有揚(yáng)水點(diǎn)、(涵)閘均為農(nóng)業(yè)灌溉型，對(duì)供電連續(xù)性和可靠性沒有太高要求，因此用電負(fù)荷等級(jí)應(yīng)確定為Ⅲ級(jí)。

2.供電電源及電氣主接線

為滿足各建筑物用電需要，根據(jù)用電負(fù)荷和現(xiàn)狀電源分布情況，從供電合理性、經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，確定各揚(yáng)水點(diǎn)供電電源分兩種形式：自附近引接低壓電源與新建降壓變電站。若揚(yáng)水點(diǎn)附近有機(jī)井變壓器(揚(yáng)水點(diǎn)水泵與機(jī)井井泵不同時(shí)運(yùn)行)，并且變壓器運(yùn)行良好、未超出使用年限，變壓器容量能滿足負(fù)荷要求與電機(jī)啟動(dòng)壓降，則揚(yáng)水點(diǎn)供電電源自該變壓器引接。若變壓器容量不能滿足負(fù)荷要求，或需要加大電纜截面(截面已超出合理范圍)才能滿足電機(jī)啟動(dòng)壓降，則為揚(yáng)水點(diǎn)新建1座降壓變電站。

因揚(yáng)水點(diǎn)負(fù)荷較小，變壓器容量較小，為節(jié)省投資新建變電站選擇戶外桿上形式，高壓電源引自附近10kV線路，降壓站裝設(shè)1臺(tái)變壓器，降壓至0.4kV為設(shè)備供電。降壓站高壓側(cè)采用線路-變壓器組接線，0.4kV側(cè)采用單母線接線。計(jì)量、無功補(bǔ)償、預(yù)付費(fèi)等裝置的設(shè)置均應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)仉娏Σ块T要求確定。

根據(jù)(涵)閘功能與重要性確定其供電電源，主要考慮兩種形式，有泄洪功能或啟閉較多且相對(duì)重要的(涵)閘應(yīng)設(shè)置永久供電電源，啟閉次數(shù)很少且不太重要的(涵)閘可設(shè)置移動(dòng)拖車電站供電(可幾座閘合用1套)。拖車電站平時(shí)放于縣水務(wù)局，需要啟閉閘門時(shí)拖車開至現(xiàn)場(chǎng)。

3.控制方式

各揚(yáng)水點(diǎn)水泵電機(jī)、各閘門啟閉機(jī)電機(jī)均采用手動(dòng)按鈕起停，所有開關(guān)均采用手動(dòng)操作方式。各揚(yáng)水點(diǎn)采用恒壓供水模式。恒壓供水控制系統(tǒng)中，常用的有以下控制方式。

一拖多變頻運(yùn)行方式，即單臺(tái)變頻器帶多臺(tái)水泵，在某一時(shí)間節(jié)點(diǎn)多臺(tái)定速泵加一臺(tái)變頻泵并聯(lián)運(yùn)行的系統(tǒng)配置方式。以最簡(jiǎn)單的情況分析，即系統(tǒng)中有2臺(tái)水泵，回路接通，變頻器啟動(dòng)1號(hào)電機(jī)，系統(tǒng)用水量增加時(shí)，管道壓力減小，變頻器輸出頻率增加，提高電機(jī)轉(zhuǎn)速以保證系統(tǒng)壓力恒定。當(dāng)變頻器輸出頻率達(dá)到50HZ時(shí)，系統(tǒng)壓力仍達(dá)不到設(shè)定值，則將1號(hào)電機(jī)切換到工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器連接到2號(hào)電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)。這種一拖多控制方式，變頻器頻繁起停，使用壽命大大縮短；而且，控制回路復(fù)雜，增加故障率，額外增加維護(hù)成本。

一拖一變頻運(yùn)行方式，即單臺(tái)變頻器帶單臺(tái)水泵，多臺(tái)變頻調(diào)速水泵并聯(lián)供水的系統(tǒng)配置方式。在這種控制方式下，各水泵電機(jī)分別由各自的變頻器驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)控制器根據(jù)出水總管壓力值與設(shè)定值的偏差，改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速及投入運(yùn)行的臺(tái)數(shù)，以保證整個(gè)系統(tǒng)的壓力恒定。且低壓小功率變頻設(shè)備價(jià)格很低。

綜合以上分析，地表水灌溉項(xiàng)目中田間分區(qū)灌溉，工作水頭變化較大，為使水泵能夠高效、穩(wěn)定運(yùn)行，水泵采用一拖一變頻控制方式。根據(jù)田間實(shí)際灌溉壓力情況分區(qū)，實(shí)現(xiàn)分區(qū)變頻恒壓供水，達(dá)到更加穩(wěn)定節(jié)能的效果。

4.用水計(jì)量及采集傳輸裝置

各揚(yáng)水點(diǎn)用水計(jì)量設(shè)施采用電磁流量計(jì)，并設(shè)置信號(hào)采集傳輸裝置RTU。RTU采用GPRS/Internet遠(yuǎn)程傳輸，配置RS485接口與開關(guān)量接口，接收流量信號(hào)與變頻器信號(hào)，采用固定IP模式，實(shí)現(xiàn)各揚(yáng)水站點(diǎn)總流量、累計(jì)水量和機(jī)泵工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集（在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)）、自動(dòng)存儲(chǔ)（不少于10000條記錄）與遠(yuǎn)程傳輸（將信息上傳至河北省地下水超采綜合治理試點(diǎn)項(xiàng)目信息監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心）。

5.結(jié)語(yǔ)

河北省地下水超采綜合治理地表水灌溉項(xiàng)目以減少地下水開采為出發(fā)點(diǎn)，電氣方案的設(shè)計(jì)也應(yīng)從經(jīng)濟(jì)合理的角度出發(fā)，選用性能優(yōu)越的電氣設(shè)備，同時(shí)選擇合適的水泵控制方式，以提高供水質(zhì)量，減少對(duì)設(shè)備的沖擊，在遏制超采的同時(shí)達(dá)到節(jié)能的效果?！?/p>

2016-05-06

彭云卿，女，漢族，河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，助理工程師。