南水北調(diào)東線一期棲霞配套工程電氣一次設(shè)計(jì)特點(diǎn)簡(jiǎn)介

嚴(yán)蕾，鞏強(qiáng)

（山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東250013）

南水北調(diào)東線一期棲霞配套工程電氣一次設(shè)計(jì)特點(diǎn)簡(jiǎn)介

嚴(yán)蕾，鞏強(qiáng)

（山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東250013）

本文針對(duì)南水北調(diào)東線棲霞配套工程特點(diǎn)，對(duì)工程主接線方案進(jìn)行比較，并對(duì)高壓電機(jī)軟啟動(dòng)器和無功補(bǔ)償?shù)仍O(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行介紹。

南水北調(diào)東線；高壓直配；高壓固態(tài)軟啟動(dòng)器；無功現(xiàn)地補(bǔ)償

南水北調(diào)東線一期工程將于2013年全面實(shí)現(xiàn)通水目標(biāo)，棲霞市是南水北調(diào)工程的受水區(qū)之一，根據(jù)南水北調(diào)東線一期工程水量分配指標(biāo)，棲霞市年分配水量為500萬m3.為了利用南水北調(diào)水，棲霞市必須配套必備的引水工程。

南水北調(diào)東線一期工程棲霞市續(xù)建配套工程是以解決棲霞市城鎮(zhèn)生活用水和工業(yè)用水為主要目的興建的調(diào)水工程。該工程利用現(xiàn)有庵里水庫和黃燕底水庫調(diào)蓄，從膠東調(diào)水干線豐粟分水口開始由后鋪一級(jí)泵站輸送至庵里水庫；再由庵里二級(jí)泵站通過管道輸送到黃巖底水庫，供水管道出黃燕底水庫進(jìn)入蛇窩泊水廠。

1 工程建設(shè)規(guī)模

（1）后鋪泵站：設(shè)計(jì)流量0.64 m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程69.51 m.

（2）庵里泵站：設(shè)計(jì)流量0.30 m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程177.60 m.

（3）豐粟分水口至庵里水庫之間的供水規(guī)模，按照南水北調(diào)來水規(guī)模確定，即0.64m3/s；

（4）庵里水庫至黃燕底水庫之間的調(diào)水規(guī)模，按照興利調(diào)算的月最大供水量確定，即0.30 m3/s；

（5）黃燕底水庫至蛇窩泊水廠之間的調(diào)水規(guī)模，按照水廠的供水規(guī)模確定，即0.27萬m3/d.

棲霞市南水北調(diào)配套工程主要建設(shè)內(nèi)容有：后鋪泵站工程、庵里泵站工程及供水管道工程。

2 負(fù)荷等級(jí)及供電電源

棲霞市南水北調(diào)配套工程以調(diào)水功能為主，兼?zhèn)涔┧δ?，水泵機(jī)組年運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，后鋪及庵里泵站工程負(fù)荷等級(jí)均為二級(jí)負(fù)荷。泵站設(shè)置專用變電所，采用雙電源供電，后鋪泵站主、備電源都從110 kV松山變電站10 kV不同母線引接，庵里泵站主、備電源都從110 kV棲城變電站10 kV不同母線引接。

3 電氣主接線

后鋪泵站采用SD250-480A型臥式雙吸離心泵4臺(tái)，其中備用1臺(tái)，水泵葉輪直徑460 mm，轉(zhuǎn)速1 450 r/min，配套電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y355M2-4，功率280kW，電壓380V，泵站總裝機(jī)容量1120 kW；庵里泵站選用D650-60×4（P）平衡型多級(jí)離心泵2臺(tái)，其中備用1臺(tái)，水泵設(shè)計(jì)流量0.18 m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程200 m，效率78%，必須汽蝕余量5.7 m，配套電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y4506-4，功率630 kW，電壓10 kV，泵站總裝機(jī)容量1 260 kW.

根據(jù)供電電源及本泵站總裝機(jī)容量、臺(tái)數(shù)及電源的進(jìn)線回路數(shù)及泵站運(yùn)行的特點(diǎn)，對(duì)兩個(gè)泵站的電氣主接線進(jìn)行如下初步比較：

方案一：35 kV電源雙回路進(jìn)線，設(shè)兩臺(tái)主變和一臺(tái)10 kV站用變，其中后鋪泵站二臺(tái)主變?yōu)? 250 kVA，庵里泵站二臺(tái)主變?yōu)? 000 kVA，變比均為35/10 kV.各設(shè)一臺(tái)站用變?yōu)?0 kVA，變比為35/0.4 kV. 35 KV為單母線隔離分段接線，10 kV母線為單母線分段接線。

方案二：35 kV電源雙回路進(jìn)線，設(shè)兩臺(tái)主變和一臺(tái)35 kV站用變，其中后鋪泵站二臺(tái)主變?yōu)? 250 kVA，庵里泵站二臺(tái)主變?yōu)? 000 kVA，變比均為35/ 10 kV.各設(shè)一臺(tái)站用變?yōu)?0 kVA，變比為35/0.4 kV. 35 kV側(cè)為單母線斷路器分段接線，10 kV側(cè)為單母線分段接線。

方案三：10 kV電源雙回路進(jìn)線，采用直配方式，不設(shè)主變，只設(shè)10 kV站用變一臺(tái)，為50 kVA，變比為10/0.4 kV.10 kV側(cè)為單母線不分段接線。

接線型式見圖1。

圖1 泵站方案圖

比較上述三個(gè)方案：

方案一具有運(yùn)行可靠、操作維護(hù)方便，當(dāng)一段母線故障時(shí)，不影響另一段母線正常工作等優(yōu)點(diǎn)。與方案三相比增加變壓器及相應(yīng)高低壓配電設(shè)備，與方案二相比減少一組斷路器，設(shè)備投資適中。

方案二具有具有運(yùn)行靈活可靠，維護(hù)方便，當(dāng)一段母線故障時(shí)，不影響另一段母線正常工作等優(yōu)點(diǎn)。與方案一相比增加一組斷路器，與方案三相比增加變壓器及相應(yīng)的高低壓配電設(shè)備，設(shè)備投資最高，控制保護(hù)復(fù)雜。

方案三具有接線簡(jiǎn)單，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，可靠性、靈活性差，設(shè)備投資最少，缺點(diǎn)是當(dāng)母線故障時(shí)，將造成全泵站停機(jī)，但是考慮到是從110 kV的變電所引接電源，可靠性高并且電源距離泵站較近，中間較少有其他負(fù)荷接入，采用直配方式，最大的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備投資少，也同時(shí)減少了很多故障點(diǎn)。

經(jīng)綜合比較，擬推薦方案三，即10 kV側(cè)為單母線直配方案。

為了提高靈活性、可靠性，縮小故障范圍，10 kV側(cè)接線形式經(jīng)比較也采用單母線不分段接線，泵站內(nèi)異步電動(dòng)機(jī)及1臺(tái)10 kV站用變分別從母線引接。

4 機(jī)組啟動(dòng)方式

對(duì)于大中型泵站工程，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式根據(jù)供電系統(tǒng)的情況、電機(jī)型式、電機(jī)容量等進(jìn)行計(jì)算分析確定。

后鋪及庵里泵站為10 kV異步電機(jī)，容量分別為280 kW及630 kW，后鋪泵站距離松山變電站3.5 km，距10 kV線路800 m；庵里泵站距離棲城變電站4.5 km，距10 kV線路300 m.經(jīng)過最大及最小運(yùn)行方式下短路及啟動(dòng)計(jì)算，確定兩個(gè)泵站采用高壓固態(tài)軟啟動(dòng)方式。

高壓固態(tài)軟啟動(dòng)器由旁路真空接觸器、可控硅高壓組件、RC吸收電路、觸發(fā)電路等組成。采用晶閘管作為主要元器件，是通過微處理器CPU對(duì)主回路晶閘管的導(dǎo)通角進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)的，平滑的增加電機(jī)轉(zhuǎn)矩來啟動(dòng)電機(jī)，并且在停車時(shí)消除了水錘，管路系統(tǒng)的振動(dòng)也消失了，減少了事故。

固態(tài)軟啟動(dòng)器在拖動(dòng)負(fù)載時(shí)設(shè)計(jì)延長(zhǎng)8秒的切換時(shí)間，從而不會(huì)因?yàn)檫^早切換帶來過大的電流沖擊；在高壓軟啟動(dòng)領(lǐng)域，只有高壓變頻器及繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)軟啟動(dòng)兩種方式及高壓固態(tài)軟啟動(dòng)器具有限制起動(dòng)電流于2倍以下的功能，從而也保證電流在電動(dòng)機(jī)線圈和轉(zhuǎn)子鼠籠條上產(chǎn)生的沖擊力矩不打，不會(huì)破壞繞組絕緣等，大大地延長(zhǎng)了電動(dòng)機(jī)的使用壽命。

（1）、供電系統(tǒng)上級(jí)變給泵站的最小短路容量為：

（2）、三臺(tái)電機(jī)運(yùn)行一臺(tái)電機(jī)軟起動(dòng)所需的最大容量為：

高壓架空線路阻抗值為：

起動(dòng)回路額定輸入容量

預(yù)接無功容量為：

三臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，第四臺(tái)高壓電機(jī)軟起動(dòng)時(shí)，母線電壓輸出水平相對(duì)值為：

則泵站端母線電壓為：

產(chǎn)生的線路壓降為：

（1-0.83）×100%=17%

超過了相應(yīng)規(guī)范中不頻繁起動(dòng)配電電網(wǎng)起動(dòng)壓降不超過額定電壓的15%的規(guī)定要求，所以系統(tǒng)供電不能滿足以上起動(dòng)要求。

采用電纜YJV22-3×300供電時(shí)，軟起第四臺(tái)的可行性驗(yàn)證：

（1）電纜供電線路阻抗值為：

（2）起動(dòng)回路額定輸入容量

三臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，第四臺(tái)高壓電機(jī)軟起起動(dòng)時(shí)，母線電壓輸出水平相對(duì)值Uj1為：

則泵站端母線電壓為：

產(chǎn)生的線路壓降為：

（1-0.94）×100%=6%

滿足規(guī)定要求，故設(shè)計(jì)中采用了高壓電纜的供電方式。為減少電機(jī)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，仍然采用了軟啟動(dòng)的方式。

5 機(jī)組無功功率因數(shù)補(bǔ)償方式

在工業(yè)系統(tǒng)由于系統(tǒng)無功功率因數(shù)低下，通常需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，提高系統(tǒng)的無功功率因數(shù)以提高輸電效率，降低電網(wǎng)電能損耗，減少電網(wǎng)中因電機(jī)啟動(dòng)產(chǎn)生的電壓降。通常存在二類無功補(bǔ)償補(bǔ)償裝置：1.高壓無功集中補(bǔ)償裝置，即我們常見的TBB模式。2.高壓電動(dòng)機(jī)無功就地補(bǔ)償裝置。集中進(jìn)行無功補(bǔ)償，需要同時(shí)對(duì)所有負(fù)載進(jìn)行功率補(bǔ)償，適合于每天負(fù)載工作情況不斷變化的情況。由于水利泵站電機(jī)功率大，在整個(gè)泵站負(fù)荷中占的比例高，大部分的無功功率集中在水泵，本設(shè)計(jì)采用就地?zé)o功補(bǔ)償?shù)姆绞健?/p>

首先我們對(duì)二類無功補(bǔ)償裝置的原理和特點(diǎn)進(jìn)行介紹：

（1）高壓無功集中補(bǔ)償裝置的工作原理及特點(diǎn)：在高壓母線上并聯(lián)高壓電力電容器向用戶負(fù)荷提供無功功率，減少用戶負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)的無功功率需要，以提高系統(tǒng)功率因數(shù)，特點(diǎn)：配有功率因數(shù)控制器，可以根據(jù)系統(tǒng)的需要進(jìn)行分組投切，和高壓開關(guān)配套有過流、速斷、過壓、低電壓等保護(hù)功能，適應(yīng)性更強(qiáng)，主要是針對(duì)系統(tǒng)來進(jìn)行補(bǔ)償。

（2）高壓電動(dòng)機(jī)無功就地補(bǔ)償裝置的工作原理及特點(diǎn)：對(duì)3～10 kV感性負(fù)載用電設(shè)備直接進(jìn)行無功就地補(bǔ)償。主要針對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)，有效地提高電機(jī)功率因數(shù)，節(jié)電效果明顯?！?/p>

無功就地補(bǔ)償裝置適用于大功率高壓電動(dòng)機(jī)，與電動(dòng)機(jī)并聯(lián)同步運(yùn)行，能夠提高功率因數(shù)，節(jié)能、穩(wěn)壓和改善供電質(zhì)量。設(shè)計(jì)采用GK10系列裝置，該設(shè)備采用三相高壓自愈式電力電容器，具有介質(zhì)損耗小，運(yùn)行溫度低、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、體積小、重量輕等特點(diǎn)。首先放電起始電壓高和密封性能好是其突出特點(diǎn)。其電容器內(nèi)置放電元件,使裝置脫離電網(wǎng)后,可在五分鐘內(nèi)將殘余電壓降至50 V以下；其次使用安全：采用高壓噴逐式熔斷器或限流式熔斷器作為單臺(tái)電容器的短路保護(hù)，確保設(shè)備安全運(yùn)行；再有配有高壓帶電顯示器和電磁鎖，具有強(qiáng)制閉鎖功能，確保運(yùn)行和維護(hù)人員安全。供電系統(tǒng)中的大量非線性負(fù)荷在運(yùn)行中會(huì)引起電網(wǎng)電流、電壓波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生大量的諧波。并聯(lián)電容器裝置如果沒有采取措施，將會(huì)在接入母線處產(chǎn)生一定的諧波放大。串聯(lián)電抗器的主要作用是印制諧波和限制合閘涌流。此無功補(bǔ)償裝置也按照電機(jī)容量在補(bǔ)償單元進(jìn)行電抗器的配置。

6 結(jié)束語

南水北調(diào)東線一期工程棲霞市續(xù)建配套工程不僅實(shí)現(xiàn)了南水北調(diào)一期工程膠東調(diào)水工程在棲霞市的分水任務(wù)，并且調(diào)蓄其所分配的長(zhǎng)江水量，解決干線分水與用戶用水之間的時(shí)空分配矛盾，提高供水保證程度；同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)厮c長(zhǎng)江水的聯(lián)合調(diào)度，并通過長(zhǎng)江水的供給減少區(qū)域地下水的開采量，改善區(qū)域環(huán)境，減緩由于旱災(zāi)造成的經(jīng)濟(jì)損失，實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置。

An Introduction to the Design of an Electrical Design in the First Phase of the Eastern Route of the South-to-north Water Diversion Project

YAN Lei，GONG Qiang
（Shandong Water Conservancy Survey Design Institute，Shandong 250013，China）

Iin this paper,according to the characteristics of the eastern qixia supporting project for engineering main wiring scheme are compared,and the high voltage motor soft starter and introduces the design content such as reactive power compensation.

the eastern line of the south-to-north water diversion；high pressure straight match；high pressure solid-state soft starter；no work is done

S277.9

A < class="emphasis_bold">文章編號(hào)：1

1672-545X（2017）05-0295-03

2017-02-25

嚴(yán)蕾（1971-），女，河南信陽人，本科，高級(jí)工程師，研究方向：大中型水利水電工程電氣設(shè)計(jì)及自動(dòng)化控制。