耤河生態(tài)治理工程泵站電氣設備的優(yōu)化選型及主接線設計

栗禎澤（陜西省水利電力勘測設計研究院　陜西　西安　710002）

耤河生態(tài)治理工程泵站電氣設備的優(yōu)化選型及主接線設計

栗禎澤
（陜西省水利電力勘測設計研究院陜西西安710002）

本文論述了耤河生態(tài)綜合治理一期續(xù)建工程中的1#泵站的電氣系統(tǒng)的設計，其中包括負荷等級確定、供電方式的選擇、主接線的設計、主要電氣設備選擇及布置。

泵站電氣系統(tǒng)；設備選型；電氣主接線

1　工程概況

藉河生態(tài)綜合治理一期續(xù)建工程位于甘肅省天水市，是市委、市政府今年確定的重大建設項目，該工程集防洪、蓄水及景觀美化于一體，在對藉河兩岸堤防進行達標治理的基礎上，對治理河段進行蓄水景觀建設。該工程治理范圍西起已建成的藉河工程末端6#橡膠壩，東至水家溝入匯處，治理長度約4km，綠化總面積11.56萬m2，概算總投資4.37億元，其中水利工程部分概算投資2.61億元，景觀工程部分概算投資1.76億元。本工程由2座泵站、3處橡膠壩和一座鋼壩閘組成。1#泵站的主要作用為給1#橡膠壩充、排水以進行立壩或塌壩；2#泵站的主要作用為給2#、3#橡膠壩充、排水以進行立壩或塌壩；本文以1#泵站為例，詳細分析了泵站電氣系統(tǒng)在設計時的設備選型及布置問題。

2　泵站供電方式

2.1負荷等級確定

電力負荷根據對供電可靠性的要求及中斷供電在政治、經濟上所造成損失或影響的程度分為三級［1］，本工程由于涉及河道防洪要求，運行期間若突然中斷供電，停止供排水，可能會導致下游沿岸人員的人身傷亡和財產損失，所以用電負荷為一類負荷。

2.2泵站的負荷及供電方式

據統(tǒng)計，本泵站的最大機裝負荷為230.96kW，最大運行負荷為188.04kW。供電電源的選擇應該綜合本工程的用電負荷、地理位置和地方電網的分布情況等因素考慮，在保證供電質量和可靠性的同時，盡量滿足供電的經濟性和管理方便，并結合城市電網的現(xiàn)狀和發(fā)展進行規(guī)劃設計［2］。經調查本工程附近有10kV城市公網為泵站供電。初步確定本工程擬采用就近10kV城網供電。

為了提高泵站供電的可靠性，泵站采用雙電源供電，一路從就近10kV城網“T”接引入作為主供電源，另外再設一臺0.4kV的柴油發(fā)電機組，作為備用電源，以保證河道在泄洪塌壩時泵站能安全可靠運行。

圖1　不分段的單母線接線示意圖

圖2　分段式單母線接線示意圖

3　主接線設計

泵站的電氣主接線是連接泵站和變電所（電氣系統(tǒng)）用以輸送和分配電能的電路主接線圖，是泵站電氣運行人員進行各種操作和事故處理的主要依據之一，主接線形式一旦確定下來，有關的其他工作就要據此確定，主接線形式的選擇直接影響泵站建成后的用電是否可靠、機組運行方式是否靈活、操作是否方便和安全等。主接線的設計一般要滿足運行可靠、檢修靈活、接線簡單清晰和運行經濟的要求。

對容量較大的泵站，考慮到電網的聯(lián)絡和備用變電容量，一般考慮橋形接線或者單母線接線。由于橋形接線在檢修調試、運行中有局限性，母線在實際運行中出故障的幾率較大，所以在經濟條件允許的情況下，應優(yōu)先考慮單母線接線［3］。單母線接線方式在計量點設置、保護設置和整定等方面也具有很明顯的優(yōu)勢。因此，泵站電氣主接線設計中首選單母線接線。單母線接線法又分為分段式和不分段式。不分段式的單母線接線示意圖如圖1，分段式的單母線接線示意圖如圖2。

由圖1可以看出，電源回路（發(fā)電機或變壓器出線）和線路出線WL回路都經過斷路器QF和隔離開關QS共同接到同一組母線WB上。在斷路器側安裝隔離開關QS1和QS2是為了保證檢修人員的安全，QS1為母線隔離開關，QS2為線路隔離開關。為了能在接通和斷開電源，并在故障情況下能自動斷電，每一個電源回路和出線回路中都裝有斷路器QF。當出線回路的另一端無電源時，線路側的隔離開關可以省掉。其中的QE為接地刀閘，可以在檢測時替代臨時接地線。

單母線分段如圖2所示。用分段斷路器QF將母線分為兩段（I段和II段）。分段斷路器QF在正常工作時可以投入使用，也可以斷開。正常運行時，QF接通，任一端母線故障時，連在母線上的斷路器QS1和分段斷路器QF會斷開，另一端母線仍舊工作。

分段單母線接線的接線形式簡單，易于操作，可靠性強，且調度方便，擴建規(guī)劃也較容易，此外出線回路較多，能多分擔母線的電流，相關的投資增加不高該接線除具有單母線接線的諸多優(yōu)點外，增加了供電的可靠性和靈活性。當母線或母線上隔離開關故障或檢修時，僅該段母線停電，縮小了停電范圍，分段越多，停電范圍就越小。

根據對比結果以及按本工程的運行要求分析，決定高壓采用10kV供電系統(tǒng)，低壓側按單母線分段方案設計。由于本工程的用電負荷為一類負荷，不允許停止供電，所以為了保證泵站的安全可靠運行，低壓進線屏設雙投開關。雙投刀閘一端接主變低壓側，另一端接備用柴油發(fā)電機。

4　主要電氣設備選擇及布置

4.1主要電氣設備選擇

（1）電動機選擇

電動機的選擇應該在節(jié)約能效的基礎上滿足功率要求，因此考慮選用性能參數(shù)先進，工作特性優(yōu)良，運行可靠，安裝維修方便的YE2系列高效率電動機。

電動機的容量的選擇就是對功率的選擇。泵的功率通常指的是輸入功率，也就是從電動機傳到泵軸上的功率，也稱為軸功率，用Pb表示。

在確定所需電動機的功率時，電動機功率須留有一定的安全裕量，電動機的功率以計算功率Pj來確定。Pj=KPb

K為安全系數(shù)，見表1。

表1　　軸功率與安全系數(shù)的關系

根據所需計算功率Pj，按照Pj功率向上靠選用標準功率的電動機。

經過計算，選擇功率為75kW的電動機2臺，電壓等級選擇為0.38kV。

（2）箱式戶外變電站

按泵站設計結合后期景觀的要求，本工程設計戶外箱式變電站一座。箱式變電站包括變壓器一臺、高壓環(huán)網柜三臺、低壓配電屏5面、無功補償屏一面。具體優(yōu)化選型如下：

①變壓器

油浸式變壓器雖然有噪音大、體積大等缺點，但是新型的全密封結構保證變壓器油與空氣完全隔離，延長變壓器油的使用壽命，減少變壓器的維護工作量，在一定程度上減少了油浸式變壓器對泵站的潛在危險［4］。出于經濟方面的考慮，本工程選用全封閉式油浸式變壓器。

目前，國家已明文規(guī)定淘汰高能耗變壓器，推廣S9系列、S10系列、S11系列節(jié)能變壓器。與S9系列變壓器相比，S10和S11系列變壓器損耗更低、噪聲更低，并且價格相差不大，所以本工程選擇最先進的S11系列變壓器。

除了冷卻方式，變壓器的容量選擇也很重要。容量過大不但增加一次性投資也會加大損耗；容量過小就無法滿足用電要求，而損耗也往往偏高。一般來說，使變壓器的負荷率在0.5～0.6時，有功功率損失最?。划斪儔浩鞯呢摵陕试?.75～0.8左右時，功率因數(shù)最大。因此，一般設計時應盡量使變壓器的負荷率在0.6～0.75左右。根據本泵站的負荷統(tǒng)計可知，泵站的最大工作負荷為188.04kW，經計算，本泵站變壓器需要的容量為250kVA。

由于泵站裝機臺數(shù)較少（少于5臺），負荷波動不大且間隔的時間不長，所以一臺變壓器就可以滿足性能需求。

綜上所述，本工程選用S11-250/10kV，10/0.4kV系列油浸式全封閉節(jié)能變壓器一臺。

②高壓環(huán)網柜

高壓環(huán)網柜是為提高供電可靠性，使用戶可以從兩個方向獲得電源，通常將供電網連接成環(huán)形。在選擇高壓環(huán)網柜時須選用“五防型”，即防誤合、分斷路器；防帶負荷的分、合隔離開關；防帶電掛地線和帶地線合閘；防誤入帶電間隔。五防型高壓開關柜從電氣和機械聯(lián)鎖方面采取具體措施，實現(xiàn)了系統(tǒng)的高壓安全操作程序化，提高了可靠、安全性能。

綜合性能和經濟兩方面因素考慮，本工程選用國內比較主流的使用SF6型斷路器的XGN型柜。

③低壓配電屏選擇

低壓配電屏是將低壓電路所需要的開關設備，測量儀表和輔助設備，按一定的接線方案安裝在金屬柜內構成的一種組合式電氣設備，用來進行控制、保護、分配和監(jiān)視等，起到低壓配電的作用。

本泵站選用價格低廉、運行安全可靠并且標準化程度高的GGD1型交流低壓配電屏。

④無功補償

無功補償起降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境的作用。泵站功率因數(shù)根據《全國供用電規(guī)劃》及《功率因數(shù)調整電費辦法》的要求，無功功率采取就地平衡的原則進行補償，補償容量為45kVAR，補償后的功率因數(shù)按主變高壓側0.95計算。

本泵站采用電容器就地集中補償方式，集中補償電容器安裝在低壓柜內。

4.2電氣設備布置

泵站的電氣設備布置一般應遵守以下兩個原則［5］：

（1）必須結合泵站樞紐總體規(guī)劃，交通道路、地形、地質條件，自然環(huán)境和水工建筑物等特點進行布置，應減少占地面積和土建工程量，降低工程造價。

（2）布置應緊湊，并有利于主要電氣設備之間的電氣連接和安全運行，且檢修維護方便。降壓變電站應盡量靠近主泵房、輔機房。

結合本工程的實際情況，泵站房按二層設計，±0.000地面以下部分為泵房，±0.000地上部分為輔助用房部分。地面下泵房內布置有水泵電動機組、充排水電動蝶閥、檢修動力箱、蝶閥動力箱、排水泵控制箱等設備。輔助用房分為控制室及柴油發(fā)電機室，控制內布置機組PLC屏、軟啟動柜、工業(yè)電視柜、照明配電箱、風機配電箱設備；柴油發(fā)電機室布置柴油發(fā)電機設備。泵站室外布置成套箱式變電站一座，包含主變設備、高壓設備及低壓屏等設備。

5　結論

本文從電氣系統(tǒng)設計選型實際出發(fā)，結合國家政策、設計經驗和現(xiàn)場實際工況進行綜合設計選型，對設施負荷等級的確定、供電方式的選擇、主接線的設計、主要電氣設備選擇及布置進行了詳細的論述。通過對已有泵站的主接線圖的研究后，分析發(fā)現(xiàn)景觀泵站的電氣設備選型應以節(jié)能型產品為主，電力變壓器等設備應優(yōu)先選擇戶外一體化箱變，既可以節(jié)約土建費用，又可以與景觀相結合增加美化度。

［1］牛雙國，劉金平.水利工程施工場地用電負荷分析與措施 ［J］.中國農村水利水電，2008（2）:105-106.

［2］金珍宏.績溪抽水蓄能電站施工供電設計［J］.水利規(guī)劃與設計，2015（10）:91-94.

［3］黃京俊，孟曄，劉志偉.國外油田項目低壓變電所主接線設計要點 ［J］.電氣應用，2013（23）.

［4］宋宛凈，姚建剛，汪覺恒，等.全壽命周期成本理論在主變壓器選擇中的應用 ［J］.電

力系統(tǒng)及其自動化學報，2013，24（6）: 111-116.

［5］閆明.泵站電氣設備安全運行管理［J］.城市建設理論研究：電子版，2013.

（責任編輯：唐紅云）

TU991

B