城南排澇站二站電氣主接線和主要設(shè)備的選擇

李春保 賀淑全 楊保恩 唐 波

（宿遷市水務(wù)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司 宿遷 223800）

1 工程概況

宿遷市馬陵河城南排澇站二站位于馬陵河下游端，承擔(dān)著馬陵河的排澇和東關(guān)口公園的排澇，規(guī)劃設(shè)計(jì)流量為17.0m3/s。城南排澇站二站的建設(shè)將提升馬陵河整體的水環(huán)境質(zhì)量和打造東關(guān)口歷史文化公園的水景觀。根據(jù)泵站的設(shè)計(jì)流量，初步選擇裝機(jī)功率為3×355kW+2×75kW。根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50014-2006) 中5.1.9條規(guī)定“排水泵站供電負(fù)荷應(yīng)按二級(jí)負(fù)荷設(shè)計(jì)”,確定泵站負(fù)荷等級(jí)為二級(jí)。

2 接入方式

馬陵河城南排澇站二站位于宿遷市城區(qū)東南片，供電電源可靠，有多路電源可供選擇，根據(jù)泵站的負(fù)荷等級(jí)，按照相關(guān)規(guī)范需要兩路電源,第一路電源來自110kV付莊變10kV付黃II#121線桿供電，距離約為80m，第二路電源由110kV城中變10kV城運(yùn)143線F8-5#桿供電，距離約為150m，兩路進(jìn)線柜設(shè)置電氣閉鎖+機(jī)械聯(lián)鎖,實(shí)現(xiàn)“三合二”閉鎖功能，且要配有“三鎖兩鑰匙”。

3 電氣主接線選型

馬陵河城南排澇站二站為排澇泵站, 根據(jù)工程位置的電力供電情況，高壓側(cè)等級(jí)擬定為10kV，同時(shí)根據(jù)《評(píng)價(jià)企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則》（GB/T3485-1998）中4.1.1條“功率在200kW及以上，宜采用高壓電動(dòng)機(jī)”，故此次電動(dòng)機(jī)初步計(jì)算的軸功率大于200kW，擬定高壓電機(jī)為電壓為10kV。該工程適用的主要電氣接線方式有三種，分為單母線方案、單母線分段方案、雙母線接線方案，各種接線的優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

根據(jù)馬陵河城南排澇站二站高壓側(cè)的電壓及初步選擇的電動(dòng)機(jī)額定電壓，此次選用單母線接線方式。

4 電氣設(shè)備選擇

根據(jù)工程的重要性，按“無人值班（少人值守） ”的原則設(shè)計(jì)。同時(shí)結(jié)合所選的主接線方案進(jìn)行如下設(shè)備的選擇。

4.1 電動(dòng)機(jī)選型

根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行電動(dòng)機(jī)的分類，電動(dòng)機(jī)分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，該泵站電機(jī)功率較小，故選擇交流電動(dòng)機(jī)，交流電動(dòng)機(jī)又分為異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單、耐用、可靠、易維護(hù)、價(jià)格低、特性硬，但是起動(dòng)和調(diào)速性能差，輕載時(shí)功率因數(shù)低，一般適用于無調(diào)速要求的場(chǎng)所；同步電動(dòng)機(jī)恒轉(zhuǎn)速，功率因數(shù)可調(diào)節(jié)，價(jià)格貴，一般只在不需調(diào)速的高壓、低速、大容量的機(jī)械上采用。綜合兩種異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，結(jié)合該泵站管理單位的管理水平，該工程電動(dòng)機(jī)選型采用異步電動(dòng)機(jī)方案 。

4.2 額定功率及額定電壓

根據(jù)泵站進(jìn)出水池水位以及《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50265-2010）》《中小型泵站設(shè)計(jì)與改造技術(shù)》，電動(dòng)機(jī)的功率見下式：

式中：K1—功率的備用系數(shù)，見表2；

K2—水泵工作條件系數(shù)，見表3；

H—水泵的最不利工作揚(yáng)程，對(duì)于離心泵采用設(shè)計(jì)最低揚(yáng)程（m），對(duì)于軸流泵采用設(shè)計(jì)最高揚(yáng)程（m）；

筆者采用對(duì)比冷浸前后煤體滲透率的變化來表征液氮冷浸前后煤體孔隙變化規(guī)律，試驗(yàn)所用滲透率測(cè)量裝置為河南省瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的三軸瓦斯?jié)B流試驗(yàn)系統(tǒng)，如圖2所示。該裝置可以進(jìn)行不同溫度、不同軸壓和不同圍壓下的瓦斯?jié)B流試驗(yàn)，其圍壓范圍0～50 MPa；軸壓范圍為0～70 MPa；孔隙氣壓范圍為0～10 MPa；氣體流量監(jiān)測(cè)范圍為0～500 mL/min。試驗(yàn)加載氣體為純度99.99%的氮?dú)?，由精密壓力傳感器顯示加載的氣體壓力、軸壓和圍壓，顯示精度為0.001 MPa。

η泵—水泵在最不利工作揚(yáng)程下的效率（%）；

η傳—傳動(dòng)效率（%）；

Q—水泵在最不利工作揚(yáng)程下的流量，( m3/s）；

根據(jù)流量揚(yáng)程計(jì)算得到選用355kW電動(dòng)機(jī)滿足要求, 機(jī)組電壓為10 kV。

4.3 主要電動(dòng)機(jī)型號(hào)及參數(shù)

根據(jù)電機(jī)選型樣本，選擇如下：

電機(jī)型號(hào)：YLS-560-16

額定功率：355kW

額定電壓：10 kV

功率因素：0.70

電流：31.8A

最大轉(zhuǎn)矩 / 額定轉(zhuǎn)矩：1.8

堵轉(zhuǎn)電流 / 額定電流：6.0

表1 三種方案接線的優(yōu)缺點(diǎn)表

4.4 啟動(dòng)力矩及啟動(dòng)方式

由于電網(wǎng)短路容量供電公司無法準(zhǔn)確找到，根據(jù)相關(guān)資料，一般認(rèn)為10kV線路短路容量不超過300MVA，355kW電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)容量為Sst=6×10×0.0318× 3=3.30MVA。根據(jù)已確定的設(shè)備配置和接線方案，按照最后一臺(tái)355kW電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)作為最不利工況，則已經(jīng)接入的負(fù)荷考慮到一定的富余量，擬定為10MVA，則母線電壓下降為：

式中：ΔUstm—電機(jī)端子電壓相對(duì)值；

表2 功率備用系數(shù)表

表3 水泵工作條件系數(shù)表

Skm—系統(tǒng)短路容量；

Sst—系統(tǒng)啟動(dòng)容量。

根據(jù)上述母線壓降計(jì)算，母線壓降為1.0%，小于容許的15%，但是采用異步電動(dòng)機(jī)，直接啟動(dòng)方式啟動(dòng)電流很大，為此電機(jī)配套軟啟動(dòng)裝置以滿足啟動(dòng)要求。

4.5 短路電流計(jì)算

該泵站3臺(tái)高壓電機(jī)和2臺(tái)低壓電機(jī)，高壓電機(jī)功率355kW，低壓電機(jī)功率為75kW，高壓電機(jī)直接接入電網(wǎng)，電網(wǎng)的短路容量按照300MVA。則高壓短路電流為16.50kA。

4.6 站變選擇

根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)要求，站用變壓器容量應(yīng)滿足可能出現(xiàn)的最大站用電負(fù)荷，計(jì)算得出站變負(fù)荷容量為500kVA，選擇1臺(tái)容量為500kVA的廠用干式變壓器，變壓器型號(hào)為SCB11-500-10/0.4kV。

4.7 10kV電氣設(shè)備選擇及布置

近年來，成套電器技術(shù)飛速發(fā)展，已經(jīng)相當(dāng)成熟，目前10kV高壓開關(guān)柜主要有固定式和手車式，由于手車式具有供電可靠等優(yōu)點(diǎn)，深受用戶好評(píng)。此次選擇手車式開關(guān)柜，手車式又可分為落地式和中置式，中置式除了落地式的特點(diǎn)之外，還具有尺寸容易控制，精度高、操作輕巧等優(yōu)點(diǎn)，此次高壓開關(guān)柜選擇中置式高壓開關(guān)柜。高壓控制室配15臺(tái)KYN28-12高壓控制柜，高壓軟啟動(dòng)室配3臺(tái)HPMV-DN-355kW軟啟動(dòng)柜，高壓無功補(bǔ)償室配3臺(tái)TBB10-150/50-AK無功補(bǔ)償柜。本站高壓電機(jī)采用降壓?jiǎn)?dòng)，每臺(tái)電機(jī)配備一臺(tái)軟啟動(dòng)器，無功補(bǔ)償方式采用集中補(bǔ)償，補(bǔ)償量為150kVar +450kVar，補(bǔ)償后的功率因數(shù)達(dá)到0.90以上。

4.8 0.4kV電氣設(shè)備選擇及布置

0.4kV低壓開關(guān)柜目前主要有GGD型、GCK型、GCS型、MNS型，由于MNS型開關(guān)柜具有外形統(tǒng)一、精度高、抽屜具有機(jī)械聯(lián)鎖裝置、容量大，是一種非常實(shí)用、安全的新型低壓抽出式開關(guān)柜。該工程共設(shè)置6臺(tái)低壓開關(guān)柜。低壓柜、站變和直流電源柜布置在低壓室內(nèi)。

4.9 過電壓保護(hù)及接地

根據(jù)泵站的結(jié)構(gòu)和布置，泵室底板順?biāo)鞣较?7.0m，垂直水流方向?yàn)?9.9m，同時(shí)底板和側(cè)墻均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，泵室上面的廠房通過梁內(nèi)的鋼筋與側(cè)墻鋼筋進(jìn)行連接，該工程接地裝置正好利用底板、側(cè)墻和廠房的梁形成自然接地體。為進(jìn)一步做好過電壓保護(hù)，同時(shí)在泵站主廠房屋面四周裝設(shè)避雷網(wǎng)，中間形成網(wǎng)格，利用建筑物柱內(nèi)的主筋引下與泵站底板下的接地網(wǎng)相連，形成整個(gè)防雷接地系統(tǒng)。根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50265-2010）中10.9.8“對(duì)小電流接地系統(tǒng)，其接地裝置的接地電阻值不宜超過4歐姆。采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控方式聯(lián)合接地系統(tǒng)的泵站，接地電阻值不宜超過1歐姆”，施工完成后，經(jīng)過實(shí)測(cè)整個(gè)接地網(wǎng)接地電阻約0.8歐姆，未超過1歐姆，符合規(guī)范要求。

該工程高壓側(cè)在高壓柜中采用電站型避雷器，型號(hào)為HY5WZ-17/45，低壓側(cè)采用浪涌保護(hù)器，型號(hào)為KYSPD-B60/4P。

5 結(jié)語

宿遷市馬陵河城南排澇站二站是中型泵站, 目前已經(jīng)投入運(yùn)行，運(yùn)行良好。本文是對(duì)中型泵站工程設(shè)計(jì)的部分總結(jié)和探討，希望能給水機(jī)專業(yè)和電氣專業(yè)的初學(xué)者一些視野的開拓，達(dá)到共同進(jìn)步的目的■