清河橡膠壩充排水管路設(shè)計(jì)及電氣控制方式探析

林蘭蘭

(營(yíng)口奕東水利勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，遼寧 營(yíng)口 115000)

1 流域概況

清河是遼河左岸的較大支流。清河上游有南北兩支，南支為主流，發(fā)源于清原縣英額門(mén)鎮(zhèn)老虎頂山，流至開(kāi)原縣與發(fā)源于西豐縣的碾盤(pán)河在耿王莊匯合，在老城鎮(zhèn)接納寇河，在業(yè)民鎮(zhèn)大高力屯注入遼河。全長(zhǎng)159 km，流域面積5 150 km2，比降1.58‰。清河水庫(kù)是遼河流域的重要水利樞紐工程之一，位于清河干流上，控制面積2 376 km2，占清河流域總面積的49%，總庫(kù)容9.71億 m3，為大Ⅱ型水庫(kù)，壩址距下游長(zhǎng)大鐵路橋和開(kāi)原城區(qū)約13 km。工程主要位于清河水庫(kù)下游，主要建設(shè)工程為護(hù)岸工程、橡膠壩工程和河心島工程。

橡膠壩修建在清河河道內(nèi)，根據(jù)河流水文特性和地形、地質(zhì)條件，結(jié)合本工程建筑物布置特點(diǎn)，根據(jù)建設(shè)單位對(duì)工期的安排，橡膠壩工程施工導(dǎo)流方式采用土石圍堰二期導(dǎo)流方式。施工期間應(yīng)做好防洪搶險(xiǎn)預(yù)案和組織工作，確定工程安全。本工程主體建筑物級(jí)別為3級(jí)，根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，導(dǎo)流建筑物級(jí)別為5級(jí)。圍堰采用土石圍堰，5級(jí)導(dǎo)流建筑物洪水重現(xiàn)期應(yīng)為5～10 a，施工導(dǎo)流建筑物洪水重現(xiàn)期取其下限值，為5 a一遇。因本工程在非汛期施工，圍堰類(lèi)型為土石圍堰。非汛期5 a一遇洪水，相應(yīng)設(shè)計(jì)流量為22.4 m3/s。考慮清河水庫(kù)在施工期輸水洞最大放水量200 m3/s，因此，導(dǎo)流應(yīng)滿(mǎn)足200 m3/s。

2 橡膠壩水力機(jī)械

2.1 供水水源

為減少工程運(yùn)行費(fèi)用，利用上游水資源充足的條件，達(dá)到節(jié)約用水的目的[1]，在壩軸線上游建一座水源井作為供水水源，井的出水量在50.00 m3/h，故設(shè)置1臺(tái)200QJ50-52/4型深井潛水泵，水泵的額定流量為50.00 m3/h，額定揚(yáng)程為52.00 m，配套電動(dòng)機(jī)額定功率為7.50 kW。水源井直徑為500 mm，井深根據(jù)已有河道內(nèi)水井確定為45.00 m。

2.2 充、排水管路設(shè)計(jì)

2.2.1 充水管路設(shè)計(jì)

壩高2.50 m橡膠壩充水時(shí)，用深井泵從管井取水，通過(guò)一根DN200的鋼管，送至排水泵房DN400的供水總管，然后分別送至壩袋，將橡膠壩充起。橡膠壩的充水時(shí)間由水源井出水量和水泵的流量決定。

2.2.2 排水管路設(shè)計(jì)

壩高2.50 m橡膠壩在汛期或維修期間需要排出壩袋內(nèi)的水，使壩袋塌平。壩袋排水采用自排與機(jī)排相結(jié)合的方法[2]，橡膠壩剛開(kāi)始排水時(shí)，利用壩袋與下游河道的水位差，壩袋內(nèi)的水匯入一根DN400的鋼管，直接排入下游，實(shí)現(xiàn)自排。當(dāng)自排停止或汛期有突發(fā)洪水出現(xiàn)時(shí)，各壩袋內(nèi)的水通過(guò)水泵迅速排出，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)排。橡膠壩排水時(shí)考慮泵站的運(yùn)行靈活性及排水的時(shí)間要求，選用2臺(tái)SLS350-235立式離心泵，水泵的額定流量為800.00 m3/h，額定揚(yáng)程為12.50 m。配套電機(jī)額定功率為37.00 kW。排水總管管路直徑按《橡膠壩工程技術(shù)規(guī)范》中公式：

(1)

式中：Q為管段內(nèi)最大計(jì)算流量，m3/s；v為管道采用的計(jì)算流速，取2 m/s。

經(jīng)計(jì)算得出，壩高2.50 m，D=0.37 m，經(jīng)校核計(jì)算，壩高2.50 m，排水管能夠保證坍壩排水在2 h內(nèi)完成；

壩充排水管道布置在橡膠壩的底板內(nèi)，在穿越沉降縫處設(shè)置橡膠伸縮接頭，以使管道能適應(yīng)底板的沉降[3-4]。

2.2.3 充排水設(shè)備布置

排水泵房?jī)?nèi)布置兩臺(tái)SLS350-235立式便拆式管道離心泵，功率均為37.00 kW，控制充排水均采用電動(dòng)蝶閥，電動(dòng)控制屏放在配電室，壓力表安裝于排水泵房水泵進(jìn)水管側(cè)，水尺安裝于橡膠壩上游邊墩附近，以便于觀測(cè)。

3 電氣設(shè)計(jì)

3.1 概況

工程位于鐵嶺市清河區(qū)，新建清河橡膠壩工程是以攔河蓄水形成水面，結(jié)合開(kāi)發(fā)旅游、美化環(huán)境、改善自然景觀及灌溉的水利工程。

在河心樁號(hào)X35+685處擬建清河區(qū)橡膠壩，壩軸線方向長(zhǎng)259.50 m，底板頂高程87.70 m，壩頂高程90.20 m，壩體高度2.5 m，分三跨，每跨79 m，中墩1.5 m。2#橡膠壩左側(cè)設(shè)置調(diào)節(jié)閘，調(diào)節(jié)閘采用氣盾閘，閘底板高程87.70 m，頂高程90.20 m，閘室總凈寬18 m。

泵房設(shè)置在河道左側(cè)。主要構(gòu)建筑物有共有3個(gè)橡膠壩壩袋、充水泵房、排水泵房，充水泵房為地下建筑，安裝充水泵、電動(dòng)閥門(mén)[5]；排水泵房為一層地下泵房，安裝排水泵、電動(dòng)閥門(mén)，排水泵房左側(cè)為管理房，為地上一層建筑，有控制室、配電室、柴油發(fā)電機(jī)室和值班室等。

3.2 具體設(shè)計(jì)范圍

橡膠壩、調(diào)節(jié)閘的電氣設(shè)備的配電、自動(dòng)控制、預(yù)埋接地及照明等設(shè)計(jì)。

3.3 主要負(fù)荷

充水泵房有一臺(tái)充水泵，電機(jī)功率為7.5 kW/臺(tái)；集水坑有兩臺(tái)排水泵，電機(jī)功率為0.75 kW/臺(tái)；有兩臺(tái)強(qiáng)排排水泵，電機(jī)功率為37 kW/臺(tái)。有七臺(tái)電動(dòng)閥門(mén)，電機(jī)功率為0.37 kW/臺(tái)；有一臺(tái)電動(dòng)閥門(mén)，電機(jī)功率為0.75 kW/臺(tái)；有一臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率為0.75 kw；室內(nèi)照明及插座用電功率為5 kW。氣盾壩有一臺(tái)螺桿空壓機(jī)電功率為7.5 kW。負(fù)荷計(jì)算采用需要系數(shù)法，計(jì)算結(jié)果最大值為90 kVA。表1。

表1 負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

3.4 電源

工程為景觀工程，主體橡膠壩為充水式，有防洪要求，根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》確定該項(xiàng)工程為二級(jí)負(fù)荷，正常工作電源由附近渠首站配電柜供給。設(shè)一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源。變壓器為原有，額定容量315 kVA，距離橡膠壩約500 m。

3.5 電氣主接線

利用一路電力系統(tǒng)電源，電壓等級(jí)為0.38 kV，采用直埋電纜引接，為正常供電電源。在管理房的柴油機(jī)室設(shè)一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組，作為外部電力系統(tǒng)電源故障時(shí)的備用電源。為了防止正常電源、備用電源之間非同期并列，在低壓盤(pán)上的柴油發(fā)電機(jī)出線和系統(tǒng)電源進(jìn)線間采用雙投隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行閉鎖。因母線故障的機(jī)率較低，所以400 V母線采用單母線。強(qiáng)排水泵采用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，其它小功率電機(jī)采用直接啟動(dòng)。

3.6 無(wú)功補(bǔ)償

因本工程用電取自渠首站配電柜，況且用電負(fù)荷為短期運(yùn)行，所以本配電柜母線就不采用無(wú)功補(bǔ)償了。

3.7 主要電氣設(shè)備的選擇

為了景點(diǎn)美觀和維護(hù)方便，為了節(jié)約資金，低壓進(jìn)線斷路器采用塑殼斷路器，分?jǐn)嗄芰?5 kA。其它塑殼斷路器，分?jǐn)嗄芰?5 kA。

為了減小啟動(dòng)電流，功率較大的強(qiáng)排排水泵(兩臺(tái)有可能同時(shí)運(yùn)行，37 kW/臺(tái))采用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)。

因柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)用的幾率很小，為了節(jié)約資金，所以柴油發(fā)電機(jī)組選用國(guó)產(chǎn)PF系列，型號(hào)為：PF100GF，輸出功率為100 kW。

因泵房地下層比較潮濕，況且在泵房地下層操作的機(jī)會(huì)也不多，所以在泵房地下層不設(shè)現(xiàn)地按鈕箱。

3.8 主要電氣設(shè)備的布置

在管理房設(shè)3面低壓配電盤(pán)和1面儀表屏，柜前操作距離不小于1 500 mm，盤(pán)側(cè)維護(hù)通道寬度不小于800 mm，盤(pán)后維護(hù)通道寬度不小于600 mm。

柴油發(fā)電機(jī)設(shè)在管理房柴油發(fā)電機(jī)機(jī)室內(nèi)。柴油機(jī)端距墻距離不小于1 000 mm，發(fā)電機(jī)端距門(mén)的距離不小于1 500 mm。柴油發(fā)電機(jī)正面距墻的距離不小于1 800 mm，柴油發(fā)電機(jī)背面距墻的距離不小于1 700 mm。

壩袋壓力傳感器安裝在與相應(yīng)壩袋相連的管道上，在排水泵房上層樓板下的電纜采用電纜架敷設(shè)，泵房?jī)?nèi)的電纜采用底板內(nèi)穿鍍鋅鋼管方式敷設(shè)。

1個(gè)PZ-30照明配電箱設(shè)在管理房值班室內(nèi)。

在控制室布置監(jiān)控臺(tái)，監(jiān)控臺(tái)上放置LCD、打印機(jī)和電話(huà)機(jī)，臺(tái)下放置工控機(jī)和不間斷電源，監(jiān)控臺(tái)前工作距離不小于2 000 mm，監(jiān)控臺(tái)后距墻不小于200 mm。

3.9 控制方式

按照技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理及運(yùn)行靈活的原則，控制采用微機(jī)監(jiān)控方式。

控制設(shè)現(xiàn)地控制與遠(yuǎn)方集中控制二級(jí)。為了保證在調(diào)試、檢修和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)因故障退出運(yùn)行時(shí)，仍能進(jìn)行正常的操作和運(yùn)行，設(shè)置簡(jiǎn)易現(xiàn)地控制作為后備。其中以微機(jī)監(jiān)控為主，現(xiàn)地手動(dòng)控制作為備用。集中操作站布置在控制室，主要由電源設(shè)備、監(jiān)控工作站等組成，主要是用于順序控制操作、電氣量數(shù)據(jù)處理并預(yù)留與下一級(jí)網(wǎng)絡(luò)通訊接口，PLC站主要是用于各水泵、閥門(mén)、空壓機(jī)的數(shù)據(jù)采集和傳輸、電氣量數(shù)據(jù)處理、控制操作。在配電盤(pán)上可手動(dòng)控制，在配電盤(pán)上分單元布置有強(qiáng)電設(shè)備，配電盤(pán)門(mén)上有電動(dòng)機(jī)啟、停的控制按鈕、電動(dòng)機(jī)狀態(tài)指示燈?，F(xiàn)地控制優(yōu)先于遠(yuǎn)方控制。集水坑排水泵利用浮球液位計(jì)控制啟停。

3.10 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

為了方便工程管理，設(shè)一套視頻監(jiān)視系統(tǒng)。在管理房頂設(shè)一攝像頭，查看管理房附近的情況，在橡膠壩左岸上游設(shè)一臺(tái)攝像機(jī)，查看橡膠壩上游情況，在橡膠壩左岸下游設(shè)一臺(tái)攝像機(jī)，查看橡膠壩下游情況，在控制室內(nèi)設(shè)一套視頻監(jiān)視主機(jī)，供值班人員查看。視頻監(jiān)視主機(jī)具有歷史查詢(xún)功能。

3.11 防雷、接地

為防止直擊雷侵害，將排水泵房頂鋼筋網(wǎng)與接地網(wǎng)可靠連接，接地網(wǎng)干線均采用-40×4鍍鋅扁鋼。接地系統(tǒng)盡量利用自然接地體，利用建筑物基礎(chǔ)主筋，水泵房底板鋼筋網(wǎng)、金屬水管作為自然接地體?？偨拥仉娮璨荒艽笥? Ω，如不能滿(mǎn)足要求，需再加敷人工接地體直到滿(mǎn)足接地要求，由自然接地體和人工接地體組成總接地網(wǎng)。所有電氣設(shè)備的不帶電金屬外殼、穿線鋼管、直埋電纜金屬鎧裝帶、照明器具金屬外殼、金屬構(gòu)架等都應(yīng)與接地網(wǎng)可靠連接。為了限制過(guò)電壓對(duì)電氣設(shè)備的危害，在各配電箱內(nèi)安裝SPD，各信息信號(hào)線均裝設(shè)信號(hào)SPD。

4 結(jié)語(yǔ)

橡膠壩充排水管路設(shè)計(jì)及電氣設(shè)計(jì)實(shí)施后具有明顯的社會(huì)效益和生態(tài)效益。工程建設(shè)能提高城市防洪抗災(zāi)能力，提高河道自身形象，增強(qiáng)城市整體環(huán)境景觀，保障人民生命和財(cái)產(chǎn)安全，改善人民群眾生產(chǎn)、生活條件、人居環(huán)境和投資環(huán)境，提升土地的使用價(jià)值，快速拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為建設(shè)和諧社會(huì)，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供有利保障，用生態(tài)的、科學(xué)的、多樣性的綠化配置，進(jìn)一步提高流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，調(diào)解局地氣候、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境的作用，促進(jìn)流域的可持續(xù)發(fā)展。