飲水源供水管網(wǎng)工程電氣設(shè)計(jì)

□王 浩（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

飲水源供水管網(wǎng)工程電氣設(shè)計(jì)

□王 浩（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

范縣城區(qū)飲水第二水源供水管網(wǎng)工程是重要的民生工程，工程從黃河水源地水廠向范縣新城區(qū)引水。文章對(duì)工程的電氣設(shè)計(jì)做了介紹分析，主要包括負(fù)荷分析、供電電源系統(tǒng)、電氣主接線、電氣設(shè)備選擇、電氣設(shè)備布置、防雷接地及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等幾個(gè)方面。在電氣設(shè)計(jì)的同時(shí)，充分結(jié)合水利工程的特殊性，綜合考慮工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件、運(yùn)行管理要求等問題，為最終實(shí)現(xiàn)工程的安全、可靠、高效運(yùn)行提供了有效支持。

電氣設(shè)計(jì)；電氣設(shè)備；計(jì)算機(jī)監(jiān)控

0 引言

范縣位于河南省東北部，黃河中下游北岸，隸屬濮陽(yáng)市。范縣城區(qū)飲水第二水源供水管網(wǎng)工程是重要的民生工程，用以改善城區(qū)居民飲用水質(zhì)量。工程從中原油田黃河水源地水廠向范縣新城區(qū)自來水廠供水，供水管線總長(zhǎng)約37 km，設(shè)計(jì)日供水量4.24萬m3/d。電氣設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)的重要組成部分，為實(shí)現(xiàn)工程的安全、可靠、高效運(yùn)行提供支持。

1 水利工程電氣設(shè)計(jì)原則

水利工程電氣設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程的任務(wù)和規(guī)模、用電需求、水工建筑物布置、當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)條件、環(huán)境保護(hù)等要求，并結(jié)合工程的運(yùn)行方式和自然環(huán)境條件，經(jīng)濟(jì)合理地制定設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)中應(yīng)積極慎重地采用通過試驗(yàn)并經(jīng)過工業(yè)試運(yùn)行考驗(yàn)的新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、使用安全、維護(hù)方便，節(jié)省占地、保護(hù)環(huán)境。水利工程電氣設(shè)計(jì)除應(yīng)符合以上要求外，同時(shí)還應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

2 電氣設(shè)計(jì)

2.1 負(fù)荷分析

范縣城區(qū)飲水第二水源供水管網(wǎng)工程供水目標(biāo)包括新區(qū)水廠、辛莊鎮(zhèn)政府供水站、濮城水廠。輸水主管線向新區(qū)水廠供水，辛莊鎮(zhèn)政府供水站與濮城水廠分別由兩路支線供水。辛莊支線進(jìn)口處和濮城支線進(jìn)口處在主管線和支線上分別設(shè)有電動(dòng)蝶閥；辛莊支線出口處和濮城支線出口處均設(shè)有調(diào)流閥；輸水主管線進(jìn)口處、辛莊支線出口處、濮城支線進(jìn)口處、濮城支線出口處、新區(qū)水廠出口處設(shè)有流量計(jì)；輸水管線全線設(shè)壓力計(jì)，共計(jì)36個(gè)。

供水管線源頭黃河水源地水廠泵站根據(jù)工程需要進(jìn)行相應(yīng)的電氣設(shè)備改造。原有兩臺(tái)75 kW變頻電動(dòng)機(jī)改造為兩臺(tái)132 kW變頻電動(dòng)機(jī)。另外新增設(shè)有4臺(tái)電動(dòng)蝶閥。

工程需要建設(shè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控中心設(shè)在新區(qū)水廠，以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程有關(guān)設(shè)備的監(jiān)測(cè)及控制，為工程的安全、可靠、高效運(yùn)行提供支持。

負(fù)荷等級(jí)：輸水管線的電動(dòng)蝶閥、調(diào)流閥、流量計(jì)、監(jiān)控設(shè)備為二類負(fù)荷，其它均為三類負(fù)荷。

2.2 供電電源系統(tǒng)

供電電源系統(tǒng)是電氣設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)，應(yīng)首先進(jìn)行電源引接的設(shè)計(jì)工作，根據(jù)負(fù)荷容量、負(fù)荷等級(jí)等實(shí)際情況，綜合考慮可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性，選擇合適的電壓等級(jí)、輸電容量、供電電源數(shù)量、電源引接點(diǎn)及距離、電源線路敷設(shè)方式等。

工程供電電源系統(tǒng)選擇就近接入附近管理站或廠區(qū)低壓供電回路，對(duì)附近無低壓電回路的負(fù)荷點(diǎn)，選擇外接一路10kV架空線路作為電源。為保證工程的安全可靠運(yùn)行，配置EPS應(yīng)急電源作為備用。管道沿線設(shè)置的壓力計(jì)負(fù)荷容量小，選擇自配可充電電池，保證至少使用一年再更換充電。

2.3 電氣主接線

電氣主接線是水利工程電氣設(shè)計(jì)的主體，它與電力系統(tǒng)、工程條件、供電的可靠性、經(jīng)濟(jì)性等密切相關(guān)，反應(yīng)了供電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和性能，在運(yùn)行中表明電能的輸送和分配關(guān)系、一次設(shè)備的運(yùn)行方式，是實(shí)際運(yùn)行操作的依據(jù)，同時(shí)也對(duì)電氣布置、設(shè)備選擇、繼電保護(hù)和控制都有較大影響。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，合理選定電氣主接線。

與工業(yè)用電相比，水利工程用電負(fù)荷容量一般較小，年運(yùn)行時(shí)間較短，且大多數(shù)為三級(jí)負(fù)荷，對(duì)電氣主接線可靠性要求不高，電氣主接線設(shè)計(jì)應(yīng)適當(dāng)簡(jiǎn)化，應(yīng)盡量采用一種電源電壓等級(jí)。水利工程規(guī)模確定后，一般不考慮擴(kuò)建，主接線設(shè)計(jì)可不考慮擴(kuò)建或分期過渡。

工程電氣主接線設(shè)計(jì)方案中高壓10 kV側(cè)選擇采用線路-變壓器組接線方式，低壓0.40 kV側(cè)采用單母線接線方式。此主接線系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用設(shè)備少、配電裝置方便布置、占地少、投資少、施工工期短等特點(diǎn)。

2.4 電氣設(shè)備選擇

變配電裝置型式可分為屋內(nèi)式和屋外式。型式的選擇，應(yīng)根據(jù)供電規(guī)模、水工建筑物布置及進(jìn)出線方式，因地制宜考慮工程所在地區(qū)的地理情況及環(huán)境條件，與相應(yīng)水利工程總體布置協(xié)調(diào)一致。

工程用電負(fù)荷采用屋外式預(yù)裝組合箱式變電站供電。組合箱式變電站將傳統(tǒng)變壓器設(shè)備集中設(shè)計(jì)在箱式殼體中，具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、便于安裝、低噪聲、低損耗、高可靠性等特點(diǎn)。其型號(hào)為：ZBW-30/10。箱式變電站變壓器選擇容量為30 kVA的干式變壓器，聯(lián)結(jié)組別為D，yn11，有利于限制高次諧波、切除單相接地短路故障。10 kV高壓負(fù)荷開關(guān)柜柜內(nèi)配置高壓真空負(fù)荷開關(guān)（自帶接地開關(guān)及熔斷器）、避雷器及帶電顯示器。0.40 kV開關(guān)柜選用低壓固定分隔式開關(guān)柜。低壓配電柜內(nèi)配置高性能塑殼開關(guān)。開關(guān)柜外殼防護(hù)等級(jí)均需滿足設(shè)備對(duì)相應(yīng)環(huán)境條件的要求。

EPS應(yīng)急電源由互投裝置、自動(dòng)充電機(jī)、逆變器及蓄電池組等組成。在交流電正常時(shí)逆變器不工作，經(jīng)過互投裝置給負(fù)荷供電。當(dāng)交流電斷電后，互投裝置立即投切至逆變電源供電。當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)時(shí)，互投裝置將會(huì)投切至交流電供電。EPS應(yīng)急電源主要供電對(duì)象為電動(dòng)蝶閥、調(diào)流閥、流量計(jì)等。

2.5 電氣設(shè)備布置

電氣設(shè)備布置應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模、設(shè)備型式，生產(chǎn)、生活、管理及交通運(yùn)輸?shù)纫?，遵循安全、環(huán)保、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、節(jié)省占地的原則，并結(jié)合自然環(huán)境條件及總體布置特點(diǎn)，統(tǒng)籌規(guī)劃。選定進(jìn)出線方式、主變壓器、高壓配電裝置布置型式和位置。

電氣設(shè)備布置應(yīng)能滿足帶電距離、設(shè)備搬運(yùn)、安裝、運(yùn)行、維護(hù)、檢修等要求以及防火、防爆、防潮、防淹、防塵、防鼠、防蟲、防腐、防電磁輻射、防振動(dòng)和抗地震等特殊要求，并為工程有序建設(shè)、安全運(yùn)行創(chuàng)造條件。

工程各負(fù)荷點(diǎn)電氣設(shè)備布置：辛莊支線管理站電氣設(shè)備均安裝在箱式管理站內(nèi)，箱式管理站布置在辛莊鎮(zhèn)政府供水站內(nèi)；濮城支線進(jìn)口管理站電氣設(shè)備均安裝在箱式變電站內(nèi)，箱式變電站布置在濮城支線與干線連接處附近；濮城支線出口管理站電氣設(shè)備均安裝在箱式管理站內(nèi)，箱式管理站布置在濮城水廠內(nèi)；新區(qū)水廠監(jiān)控中心電氣設(shè)備均安裝布置在監(jiān)控中心室內(nèi)；黃河水源地水廠泵站變頻器柜、低壓開關(guān)柜、蝶閥動(dòng)力箱均布置在泵站副廠房?jī)?nèi)。水利工程電纜敷設(shè)一般采用三種方式，即電纜溝、電纜橋架和電纜穿管，具體形式應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇，保證安全性、經(jīng)濟(jì)性。

2.6 防雷接地

根據(jù)《電力設(shè)備過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》及《電力設(shè)備接地設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》等相關(guān)規(guī)范規(guī)定，為防止雷電侵入，在10kV電纜與架空線的變換處，應(yīng)裝設(shè)一組避雷器，在10kV電纜進(jìn)線柜內(nèi)裝設(shè)一組避雷器，以保護(hù)電纜頭及變電設(shè)備。

所有水利工程設(shè)施，均應(yīng)根據(jù)大、小接地短路電流系統(tǒng)及工作接地、保護(hù)接地、防雷接地、接地電阻率等要求，設(shè)置保護(hù)人身和設(shè)備安全運(yùn)行的由自然接地網(wǎng)和人工接地網(wǎng)構(gòu)成的接地網(wǎng)，并進(jìn)行接地網(wǎng)接地電阻計(jì)算，提出接地電阻值要求。不同用途和不同電壓的電氣設(shè)備，除特殊要求外，應(yīng)使用一個(gè)總的接地系統(tǒng)，接地電阻應(yīng)符合其中最小值的要求。接地裝置應(yīng)做到場(chǎng)區(qū)電位分布均勻、接地電阻不超標(biāo)和接地引線導(dǎo)通性良好。

此次箱式變電站、箱式管理站、監(jiān)控中心等所有電氣設(shè)備均以接地線與供水站或水廠的接地網(wǎng)可靠連接。其它相關(guān)電氣設(shè)備的保護(hù)接地、工作接地、防雷接地共用接地極，并確保工程接地裝置的接地電阻≤1Ω。若不滿足要求，需另增設(shè)接地體直至滿足要求。

2.7 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控是水利現(xiàn)代化的重要組成部分。重要工程的主要機(jī)電設(shè)備應(yīng)設(shè)置計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方集中控制，提高水利工程的經(jīng)濟(jì)效益和管理水平，逐步實(shí)現(xiàn)“無人值班、少人值守”的現(xiàn)代化運(yùn)行管理方式。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控范圍包括黃河水源地水廠泵站內(nèi)的水泵變頻機(jī)組，各管理站的電動(dòng)蝶閥、調(diào)流閥、流量計(jì)，供水管線上的壓力計(jì)等設(shè)備的監(jiān)測(cè)與控制。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布、開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。典型的結(jié)構(gòu)分為三層，即主控層、通信層、現(xiàn)地層。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主控層設(shè)置在新區(qū)水廠監(jiān)控中心，通過集中監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)主要機(jī)電設(shè)備實(shí)行集中監(jiān)視控制，完成系統(tǒng)的運(yùn)行自動(dòng)化及其管理，包括水泵機(jī)組運(yùn)行，電動(dòng)蝶閥的開閉，歷史數(shù)據(jù)存檔、歸類、檢索和管理，運(yùn)行報(bào)表生成與打印。工作站還具備人機(jī)接口功能，即完成設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制。非運(yùn)行期間，可對(duì)運(yùn)行人員進(jìn)行培訓(xùn)。監(jiān)控中心設(shè)置計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的值班員控制臺(tái)，使值班員通過屏幕顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)等人機(jī)聯(lián)系設(shè)備實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視控制?，F(xiàn)地層LCU用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)視管理，對(duì)機(jī)組、電動(dòng)蝶閥、調(diào)流閥、流量計(jì)等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理、安全運(yùn)行監(jiān)視、自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)等。

3 結(jié)論

文章從多個(gè)方面對(duì)范縣城區(qū)飲水第二水源供水管網(wǎng)工程電氣設(shè)計(jì)做了介紹分析，主要包括負(fù)荷分析、供電電源系統(tǒng)、電氣主接線、電氣設(shè)備選擇、電氣設(shè)備布置、防雷接地及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。在電氣設(shè)計(jì)的同時(shí)，充分結(jié)合水利工程的特殊性，綜合考慮工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件、運(yùn)行管理要求等問題，為最終實(shí)現(xiàn)工程的安全、可靠、高效運(yùn)行提供了有效支持。

TV213.4

：B

：1673-8853（2017）02-0061-02

2016-12-09

編輯：劉長(zhǎng)垠

王浩（1988-），男，工程師，主要從事水利水電工程電氣設(shè)計(jì)工作。