引黃濟(jì)青改擴(kuò)建工程閘站電氣設(shè)計(jì)分析

賈振波，黎保國

（1.山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心濱州分中心，山東 濱州 256600；2.山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心博興管理站，山東 博興 256500）

引黃濟(jì)青工程自黃河打漁張灌區(qū)引黃閘引水，輸水渠全長252.5 km，年總輸水時(shí)間300余d，年供水量10億m3，累計(jì)向膠東地區(qū)供水近60億m3，發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。近年來，引黃濟(jì)青工程持續(xù)多年超負(fù)荷運(yùn)行。為了適應(yīng)新的工程運(yùn)行形勢(shì)，引黃濟(jì)青工程在2019年進(jìn)行了改擴(kuò)建，其中閘站電氣改造是改擴(kuò)建的重點(diǎn)配套工程。

1 閘站電氣工程現(xiàn)狀

引黃濟(jì)青工程沿線，從用電安全與便捷方面考慮，泵站采用雙回路供電，由泵站接出一路專用10 kV回路沿渠道布設(shè)，給各閘站供電。經(jīng)過多年運(yùn)行后，工程沿線配電有了許多變化。

1.1 配電設(shè)施老舊，難以維修

沿線閘站使用的電氣設(shè)備多是80年代產(chǎn)品，多年運(yùn)行后故障頻發(fā)，所需配件難以采購，維修困難。

1.2 用電設(shè)備增加，負(fù)荷增加

多年來，增加了用于工程清淤、工程大修、自動(dòng)化設(shè)備等設(shè)備設(shè)施，原設(shè)計(jì)配電容量為30～100 kVA，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)在的運(yùn)行要求。

1.3 老式變壓器產(chǎn)品，不符合節(jié)能要求

各閘站原來的變壓器全部是鋁心產(chǎn)品，過流能力小，耐受沖擊電流性能差，自身能耗高，易發(fā)熱，不符合當(dāng)前的節(jié)能要求。

2 改擴(kuò)建閘站電氣設(shè)計(jì)內(nèi)容

本次電氣改造涉及的內(nèi)容包括工程沿線的閘站變壓器、配電屏設(shè)備、電纜設(shè)備的改造。

2.1 雙電源供電

具有防洪、防淹沒工程的用電負(fù)荷應(yīng)為二級(jí)，故各閘站的供電設(shè)應(yīng)為兩個(gè)獨(dú)立電源。主電源采用10 kV線路供電，T接敷設(shè)；備用電源采用移動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組。

2.2 變壓器更換

按照各閘站新的工況配備變壓器，采用易維護(hù)的干式變壓器。按工程實(shí)際需要，分別配備50 kVA、80 kVA、100 kVA、160 kVA、250 kVA等 的不同容量變壓器。

2.3 配電屏更換

現(xiàn)有各站低壓配電屏為PGL型低壓屏，屬淘汰產(chǎn)品，屏內(nèi)元器件也多為淘汰產(chǎn)品，且絕緣老化嚴(yán)重，已不能使用，更新改造為GCS型。重點(diǎn)閘站增加配置環(huán)網(wǎng)柜。

2.4 電氣設(shè)備更換

各閘站變壓器房多漏雨，影響變配電設(shè)備運(yùn)行安全，故將變配電更新為戶外箱式景觀變電站。包括箱變安裝、基礎(chǔ)施工、接地裝置、不銹鋼圍欄安裝。

2.5 供電線路更換

引黃濟(jì)青沿線閘站的高壓電纜、低壓電纜全部更換。為保證工程運(yùn)行不間斷，主變至閘室啟閉機(jī)、至自動(dòng)化機(jī)房的電纜單獨(dú)敷設(shè)。

3 生產(chǎn)與施工

3.1 一次部分

高壓配電裝置采用HXGN17-12型箱型固定式環(huán)網(wǎng)高壓開關(guān)設(shè)備，內(nèi)裝高壓負(fù)荷開關(guān)和高壓熔斷器，設(shè)有完善的電氣和機(jī)械閉鎖裝置，滿足五防要求。

3.2 變壓器

采用三相雙線圈銅繞組樹脂澆注干式變壓器；高壓側(cè)10 kV電纜連接，低壓側(cè)通過銅排連接低壓柜。當(dāng)繞組溫度升高并超過允許值時(shí)，可輸出跳閘信號(hào)。

3.3 低壓配電裝置

低壓配電裝置采用GGD柜體，防護(hù)等級(jí)為IP30。在低壓柜母線上裝設(shè)FLT35/3+1 CTRL-0.9型電源浪涌保護(hù)器1組。進(jìn)線采用銅母排；出線為電纜連接。

3.4 二次元件

二次元件與高壓帶電部分具有足夠的安全距離，采取可靠的防護(hù)措施，以保證在不停電情況下進(jìn)行維護(hù)時(shí)，檢修人員不觸及運(yùn)行的高壓帶電體。

3.5 高低壓安裝

高壓電纜采用直埋方式敷設(shè)，電桿處鍍鋅套管。高壓電纜頭均采用冷縮管保護(hù)。低壓電纜自箱式變電站低壓柜敷設(shè)至閘站采用直埋式敷設(shè)。

3.6 高壓避雷及接地

高壓避雷器采用YH5WS-17/50金屬氧化物避雷器，下引線采用50 mm2導(dǎo)線+4 mm×40 mm熱鍍鋅扁鐵。高壓接地采用L型50 mm×50 mm接地極，接地阻抗4 Ω。

3.7 低壓接地及保護(hù)接地

箱式變電站采用L型40 mm×4 mm熱鍍鋅角鋼與40 mm×4 mm熱鍍鋅扁鐵連接安裝接地網(wǎng)，接地極埋深250 cm。350 mm寬鍍鋅鋼板，采用焊接方式連接至箱變基礎(chǔ)接地極預(yù)埋件。低壓柜接地電阻不大于1 Ω。

4 設(shè)計(jì)問題分析

在引黃濟(jì)青工程沉沙池出口閘電氣施工中。該閘站的電氣改造內(nèi)容完成并測(cè)試合格后，通過低壓配電柜合閘送電。這時(shí)斷路器立即跳閘，顯示漏電保護(hù)跳閘，合閘送電失敗。

4.1 改造前的閘站電氣系統(tǒng)

圖1 改造前的閘站電氣系統(tǒng)

從圖1中可以看出，改造前的閘站供電系統(tǒng)為TN-C系統(tǒng)，也就是三相四線制，采用的是剩余電流漏電保護(hù)方式。在三相四線制中，工作零線與保護(hù)地線是直接連接在一起的，即用電設(shè)備中性點(diǎn)、外殼、地線是接在一起的，既用作保護(hù)功能，也用作中性線功能。保護(hù)接零是將漏電電流擴(kuò)大為短路事故的保護(hù)措施。當(dāng)發(fā)生漏電時(shí)，漏電電流回流零線，類似于某相火線與零線短路，此時(shí)線路過載或短路電流大迫使短路保護(hù)器動(dòng)作。

4.2 改造后的閘站電氣系統(tǒng)

圖2 改造后的閘站電氣體系

從圖2 中可以看出，改造后的閘站供電系統(tǒng)為TN-S系統(tǒng)。TN-S供電方式的最大特點(diǎn)就是供電線路中的零線與地線是分開的，也就是三相五線制，采用的是剩余電流漏電總保護(hù)方式。在低壓側(cè)，變壓器的中性點(diǎn)接地，作為工作接地，零線是工作零線，與地線是不連接的。地線是單獨(dú)敷設(shè)的，用作保護(hù)地線，與用電設(shè)備的外殼相連，以實(shí)現(xiàn)對(duì)人的安全防護(hù)。TN-S系統(tǒng)在正常工作時(shí)，零線上有不平衡電流通過，保護(hù)PE線上是沒有電流的，PE線對(duì)地沒有電壓。因?yàn)橛袑ｉT的工作零線，PE保護(hù)線也不接入漏電開關(guān)。一旦發(fā)生設(shè)備漏電，漏電電流從PE線流回供電系統(tǒng)，漏電保護(hù)器檢測(cè)到不平衡電流，立即跳閘切斷電源。

4.3 問題及處理

在閘站電氣供電系統(tǒng)改造過程中，沉沙池出口閘在設(shè)備安裝完成后，電氣設(shè)備中性點(diǎn)、外殼、地線接在一起，并將用電設(shè)備接到了工作零線、保護(hù)地線分開的三相五線制TN-S供電系統(tǒng)中，保護(hù)地線接漏電保護(hù)器。此時(shí)三相五線制的TN-S系統(tǒng)的PE保護(hù)接地線中出現(xiàn)了工作電流，漏電保護(hù)裝置檢測(cè)到此電流，認(rèn)為是漏電電流，即跳閘保護(hù)動(dòng)作，出現(xiàn)不能合閘、送不上電的情況。

查看低壓用電系統(tǒng)的接線符合新供電系統(tǒng)的要求，與供電方式要求的接線一致。分開用電負(fù)載中所有連在一起的的零線、接地線，接地線使用供電線路中的接地線。所有的零線、保護(hù)接地線分開以后，用絕緣電阻表進(jìn)行測(cè)試，線間絕緣電阻正常。對(duì)高低壓配電斷路器合閘送電，這次漏電保護(hù)沒有動(dòng)作跳閘，一次送電成功。

5 結(jié)束語

從這次電氣跳閘保護(hù)的實(shí)例中可以看出，在電氣改造過程中，一定要對(duì)改造前后的設(shè)計(jì)方案、供電系統(tǒng)類型考慮清楚。在設(shè)計(jì)時(shí)，就要考慮全面，保證改造前后的設(shè)備供電方式要一致。施工時(shí)不僅要完成設(shè)備的安裝調(diào)試，還要考慮供電方式前后的銜接，這一過程不能忽略，關(guān)系著工程項(xiàng)目實(shí)施的成功與否。