阿瓦古麗·肉孜

（新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000）

1 泵站概況

新疆某泵站位于新疆省昌吉州，泵站滿足本地州的工業(yè)、生活及環(huán)境保護(hù)用水的長距離管道輸水工程。供水輸水管線全長200多公里、在輸水管線起頭設(shè)一座泵站，站裝機(jī)規(guī)模為3×2800kW單機(jī)額定功率為2800kW臥式異步調(diào)速電動(dòng)機(jī)泵站，總裝機(jī)容量為 8400kW，共 3臺電機(jī)。本工程用水量發(fā)展情況分期建設(shè)。一期裝機(jī)2臺機(jī)，其中，1臺工作泵，1臺備用泵。二期裝1臺機(jī)。

泵站按“無人值班（少人值守）”原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，自動(dòng)化水平較高。

根據(jù)工地所在地電網(wǎng)情況及為了提高泵站供電可靠性采用雙電源供電，引入兩回35kV線路供電。

泵站所在地區(qū)的氣象特征值為：

1）多年平均氣溫：6.12℃。

2）極端最高氣溫：35.9℃。

3）極端最低氣溫：-29.8℃。

4）多年平均降水量：110.28mm。

5）多年平均蒸發(fā)量：1455.8mm。

2 電氣主接線

泵站附近有瑤池220kV變電所和上戶溝110kV變電所，瑤池220kV變電所離泵站有35km距離、上戶溝110kV變電所離泵站有22km距離，這兩所變電所是當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的主力電源之一。

為了提高泵站供電可靠性采用雙電源供電，從瑤池220kV變電所引入1回35kV線路作為第一個(gè)電源點(diǎn)給泵站供電，導(dǎo)線截面采用 LGJ-185、上戶溝110kV變電所引入1回35kV線路第二個(gè)電源給泵站供電，導(dǎo)線截面采用LGJ-185。

電氣主接線的接線確定應(yīng)是綜合考慮系統(tǒng)狀況、建設(shè)規(guī)模、接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)、等因素；電氣主接線應(yīng)滿足電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠性的要求以及電力系統(tǒng)對泵站水泵運(yùn)行方式的要求，同時(shí)應(yīng)滿足供電可靠、運(yùn)行靈活、檢修方便、接線簡單、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和分期過渡、經(jīng)濟(jì)合理等要求。

（1）電氣主接線方案

泵站主接線 35kV側(cè)采用雙回線路進(jìn)線，采用單母線接線。6kV側(cè)采用單母線接線。為了滿足泵站分期建設(shè)，電機(jī)側(cè)采用單母線接線。電機(jī)額定電壓采用6kV，額定功率因數(shù)0.85。

（2）站用電電源的引接

提高供電可靠性泵站站用電 400V系統(tǒng)采用單母線分段的接線方式，并選用兩臺 630kVA站用變壓器。1臺站用變壓器接在電機(jī)母線側(cè)（SC10-630/6kV，6±2×2.5%/0.4kV）；另一臺變壓器接在 35kV母線側(cè)（SC10-630/35kV，35±2×2.5%/0.4kV）。

（3）泵站電氣主接線簡易圖如圖1所示。

圖1 泵站電氣主接線簡晚圖

3 電機(jī)起動(dòng)方式

根據(jù)泵站供電系統(tǒng)接入情況，經(jīng)過電機(jī)起動(dòng)電壓損失計(jì)算，主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)機(jī)端壓降超過15%，泵組起動(dòng)不能完成全壓直接起動(dòng)，需通過高壓變頻器或高壓軟起動(dòng)器等輔助設(shè)備拖動(dòng)完成起動(dòng)過程。

高壓軟起動(dòng)器主要應(yīng)用于大功率電機(jī)設(shè)備的起動(dòng)過程，以解決起動(dòng)電流過大引起壓降損失過大而造成電機(jī)起動(dòng)失敗或沖擊電網(wǎng)的問題，對泵站還需要為電機(jī)設(shè)備配套無功補(bǔ)償裝置以提高功率因數(shù)而滿足電網(wǎng)要求。

目前國內(nèi)外主要應(yīng)用的完美無諧波高壓變頻器，能夠在不設(shè)置消諧裝置的條件下滿足電網(wǎng)的諧波干擾標(biāo)準(zhǔn)要求。在變頻器投入運(yùn)行時(shí)對所拖動(dòng)的電機(jī)進(jìn)行無功補(bǔ)償，從而可以減少泵站為電機(jī)設(shè)備配套無功補(bǔ)償裝置的容量；該裝置能夠響應(yīng)0～100%負(fù)載運(yùn)行工況要求。

本泵站根據(jù)用水量和冬季安全運(yùn)行情況對泵組揚(yáng)水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，并考慮供水流量穩(wěn)定靈活可靠的要求及故適應(yīng)本泵站離心泵組0～50%流量調(diào)節(jié)范圍要求，選用高壓變頻器起動(dòng)方式。

本泵站配置一臺高壓變頻器時(shí)，在泵站兩臺水泵均需作為工作水泵情況下，可以通過起動(dòng)母線實(shí)現(xiàn)“一拖一”起動(dòng)不同水泵；但是，由于每臺泵組起動(dòng)不能完成全壓直接起動(dòng)，在高壓變頻器故障或檢修時(shí)，將造成全站泵組停運(yùn)。

結(jié)合本泵站一期、二期建設(shè)情況，由于泵站供水保證率為97%，為保證泵組起動(dòng)可靠性，配置兩臺高壓變頻器（容量與電機(jī)對應(yīng)），電機(jī)起動(dòng)接線形式設(shè)置起動(dòng)母線。一期運(yùn)行中，一用一備；二期擴(kuò)建同容量1臺泵組時(shí)，不再增加高壓變頻器，并依照泵站供電主接線采用電機(jī)起動(dòng)分段母線，實(shí)現(xiàn)互相備用。

本泵站地處烏魯木齊電網(wǎng)負(fù)荷中心，因此電網(wǎng)對于用電戶電氣設(shè)備的諧波干擾有嚴(yán)格要求。因高壓變頻器DSP控制系統(tǒng)對調(diào)制波形的優(yōu)化處理，確保高壓變頻器具備完美無諧波電壓輸出的技術(shù)特性，運(yùn)行中不需另行配置消諧裝置，從而節(jié)省消諧裝置投資、減少占地。

根據(jù)規(guī)范要求，泵站應(yīng)實(shí)現(xiàn)泵組無功就地補(bǔ)償?shù)囊?。一期工程中兩臺泵組運(yùn)行方式為“一用一備”，結(jié)合高壓變頻器配置，并出于節(jié)能高效減耗的產(chǎn)能目標(biāo)，在“一拖一”運(yùn)行過程中，高壓變頻器能自行補(bǔ)償泵組電機(jī)的無功消耗并提升功率因數(shù)達(dá)到0.95以上，故在一期工程中暫不設(shè)置無功補(bǔ)償裝置，留待二期擴(kuò)建時(shí)增1臺泵組數(shù)量和運(yùn)行工況需要再行配置電容器無功補(bǔ)償裝置。

因此泵站終期建設(shè)中配一套6kV電容器組進(jìn)行無功補(bǔ)償。電容器組單獨(dú)組柜，與對應(yīng)水泵電機(jī)6kV進(jìn)線開關(guān)柜進(jìn)行同步投切。泵組電機(jī)功率因數(shù)為0.85，經(jīng)過計(jì)算，補(bǔ)償后功率因數(shù)為 0.95，滿足電力系統(tǒng)對泵站的無功補(bǔ)償要求。

4 泵站繼電保護(hù)

1）基本原則

本泵站主要電氣設(shè)備及母線的繼電保護(hù)采用微機(jī)型繼電保護(hù)裝置。其中，對于主變、電動(dòng)機(jī)等主要電氣設(shè)備，按照獨(dú)立且利于維護(hù)原則單獨(dú)組柜；其它35kV和6 kV線路及饋線等對象采用綜合測控保護(hù)模塊，集成布置于對應(yīng)的開關(guān)柜內(nèi)。

2）電機(jī)保護(hù)

#1、#2泵組電機(jī)合并設(shè)1面發(fā)電機(jī)保護(hù)屏。

3）變壓器保護(hù)

2臺變壓器合并設(shè)1面變壓器保護(hù)屏。

4）35kV和6kV線路保護(hù)

35kV線路微機(jī)保護(hù)，65kV線路微機(jī)保護(hù)均安裝在開關(guān)柜本體內(nèi)。

5）電能量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)

本泵站電能量計(jì)費(fèi)裝置是系統(tǒng)電能量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的組成部分，計(jì)量對象為2回35kV線路，電度表計(jì)柜布置在繼保間。

5 泵站廠房布置

泵站廠房主要包括主廠房、副廠房等。主廠房總長43.450m、寬15.700m，副廠房總長47.230m、寬14.620m。

泵站為臥式機(jī)組，主、副廠房按兩層布置并采用L型布置方案。副廠房位于主廠房左側(cè)。主、副廠房分為兩層，電纜層、設(shè)備層、控制層?？刂茖优c安裝間同高程。副廠房控制層布置有中央控制室及繼電保護(hù)室、35kV高壓開關(guān)室、6kV高壓開關(guān)室、高壓變頻器室、無功補(bǔ)償室、低壓開關(guān)室、通信室。

工程地處沙漠地區(qū)，風(fēng)沙大，采用戶外設(shè)備受環(huán)境影響較大，高壓開關(guān)戶內(nèi)布置方案較戶外敞開式設(shè)備方案占地面積少、安裝周期短、有利于設(shè)備安全運(yùn)行、延長設(shè)備檢修周期、減少運(yùn)行維護(hù)工作量、運(yùn)行維護(hù)方便，且戶內(nèi)方案設(shè)備及土建綜合投資較戶外方案差別并不大，戶內(nèi)方案在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)方面均優(yōu)于戶外方案，故確定 35kV配電裝置設(shè)備選用戶內(nèi)手車式高壓開關(guān)柜。6kV設(shè)備選用金屬鎧裝戶內(nèi)手車式12 kV高壓開關(guān)柜。

為了滿足泵站分期建設(shè)選用兩臺8000kVA的油浸式雙繞組主變壓器，（S10-8000/35kV 8000kVA，35±5%/6kV，連接組別 Yd11Ud%=7.5）；主變布置在戶外副廠房下游側(cè)，高壓側(cè)均通過電纜與戶內(nèi)35kV開關(guān)柜、6kV開關(guān)柜連接。

6 泵站照明

由于泵站對供電可靠性有較高的要求，泵站照明分為工作照明和事故照明兩個(gè)系統(tǒng)，工作照明采用交流380/220V三相五線制。事故照明采用交、直流供電方式。

照明電源的可靠性是整個(gè)泵站照明設(shè)計(jì)的重要因素。泵站照明電源從廠用電的兩段母線引接，并且根據(jù)廠房內(nèi)有自然采光和無自然采光分別考慮設(shè)置工作照明。主要供電范圍為主、副廠房控制層、主廠房設(shè)備層、副廠房電纜層、安裝間、中控室、廠區(qū)及圍堤周圍，這些場所易獨(dú)立控制，互不影響，根據(jù)負(fù)荷重要性，可直接從廠用配電屏（或照明配電屏）引出，當(dāng)某一回路或開關(guān)發(fā)生故障時(shí)，不影響其他照明供電。在照明回路中設(shè)置獨(dú)立的配電箱以便對場所內(nèi)的照明燈具進(jìn)行控制，減小故障的范圍。泵站設(shè)置的事故照明，以保證在交流電源消失時(shí)，泵站內(nèi)重要場所及主要通道的照明。事故照明的電源引自泵站設(shè)置的交直流切換裝置，交直流切換裝置電源引自泵站低壓屏和直流屏。

7 泵站過電壓保護(hù)及接地

泵站35kV線路進(jìn)線段1～2km處宜架設(shè)避雷線進(jìn)行直擊雷保護(hù)，35kV線路終端桿進(jìn)戶段采用氧化鋅避雷器，35kV PT開關(guān)柜設(shè)置柜裝避雷器以防止系統(tǒng)傳導(dǎo)過電壓。選用一只高20m避雷針保護(hù)主變平臺的電氣設(shè)備。

主、副廠房直擊雷保護(hù)措施為在其屋頂上以－50×5扁鐵焊成防雷接地網(wǎng)，并通過每個(gè)排架柱內(nèi)主鋼筋與總接地網(wǎng)可靠連接。

泵站的接地系統(tǒng)為主、副廠房接地網(wǎng)散流接地區(qū)以及進(jìn)水池和出水池水下接地體。泵站接地電阻要求R≤4?。

8 結(jié)論

1）考慮泵站水泵電機(jī)數(shù)量級泵站運(yùn)行工況6kV、35kV側(cè)采用單母線接線，此接線方式經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)先進(jìn)原則，故對其接線的可靠性、靈活性要求高、投資相對增加不多。

2）根據(jù)泵組進(jìn)行流量調(diào)節(jié)、系統(tǒng)電壓降損失、高壓變頻器在一拖一工況下，能夠通過調(diào)頻完成大功率電機(jī)設(shè)備的平滑起動(dòng)過程，能夠?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速用于調(diào)節(jié)流量等，適應(yīng)泵站復(fù)雜工況的運(yùn)行要求即采用高壓變頻器起動(dòng)方式。

3）因泵站泵組結(jié)構(gòu)形式臥式機(jī)組，所以泵房平面尺寸小，泵房開挖深度較小，水泵機(jī)組的安裝與檢修方便。

主、副廠房按兩層布置并采用L型布置方案。L型布置美觀、水泵運(yùn)行對電氣設(shè)備的影響很低。

工程地處沙漠地區(qū)，風(fēng)沙大，采用戶外設(shè)備受環(huán)境影響較大，高壓開關(guān)戶內(nèi)布置方案較戶外敞開式設(shè)備方案占地面積少、安裝周期短、有利于設(shè)備安全運(yùn)行、延長設(shè)備檢修周期、減少運(yùn)行維護(hù)工作量、運(yùn)行維護(hù)方便，且戶內(nèi)方案設(shè)備及土建綜合投資較戶外方案差別并不大，戶內(nèi)方案在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)方面均優(yōu)于戶外方案。