【摘 要】介紹了青山埠攔河閘工程電氣主接線、電氣計算、設備選擇、電氣布置及自動化系統(tǒng)的設計、組成及功能特點。

【關鍵詞】電氣設計；青山埠攔河閘

青山埠攔河閘位于蒙陰縣蒙陰街道辦事處夏家莊村西北。攔河閘自建成運用以來，一直由青山埠電灌站管理所進行運行管理，效益顯著，但由于設計標準低，年久失修等原因，老化、退化嚴重，攔河閘主體工程已被沖垮，不能正常蓄水、防洪。青山埠攔河閘是蒙陰縣重點大型水閘，位置舉足輕重，為盡早消除安全隱患，充分發(fā)揮水庫效益，急需除險加固。攔河閘工作閘門采用10×6m（寬×高）露頂式平面鋼閘門，共17孔，工作閘門的啟閉機選用雙吊點固定卷揚式啟閉機，配套電機YZ200L—8，功率15KW，電壓等級380V。

1、配電系統(tǒng)接線

綜合考慮工程附近電力系統(tǒng)現(xiàn)狀、工程規(guī)模及其重要性，擬從污水處理廠專用10kV架空線路“T”接一回10kV專用輸電線路（導線為LGJ-70，長度約900m）至本工程變電室作為其永久電源，同時設1套柴油發(fā)電機組作為備用電源。

2、電氣主接線

在管理所和攔河閘橋頭堡分別設變配電室。10KV高壓架空線路分別經(jīng)終端桿上的跌落式熔斷器、高壓電纜接至兩變壓器高壓側(cè)，變壓器低壓側(cè)及備用電源（柴油發(fā)電機組）經(jīng)電源進線柜接至380/220V低壓母線。0.4kV母線為單母線分段接線，兩段之間設聯(lián)絡開關。兩變壓器低壓側(cè)及備用電源開關設有電氣閉鎖。管理所變配電室設配電柜1臺，主要供管理所日常用電；橋頭堡變配電設電源進線柜1臺，低壓配電柜2臺，電容補償屏1臺。1#低壓配電柜共設置5個出線回路，水閘主電源、水閘備用電源、進水閘、檢修閘門各占一個出線回路，剩余3路出線作為備用；2#低壓配電柜共設置5個出線回路，交通橋照明及左、右橋頭堡各占一個出線回路，剩余2路出線作為備用。

3、電氣計算及主要電氣設備選擇

3.1、變壓器

按需要系數(shù)法進行負荷計算，經(jīng)計算，攔河閘在穩(wěn)定運行條件下計算負荷Sjs=110.78kVA，故選擇SC11-160-10±5%/0.4樹脂澆注干式銅芯變壓器1臺。管理所計算負荷Sjs=48.61kVA，故選擇SC11-50-10 ±5%/0.4樹脂澆注干式銅芯變壓器1臺。

3.2、無功功率補償計算

根據(jù)《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB50052-95）的規(guī)定，采用下列公式計算無功補償容量Qc。

式中P——用電設備的計算負荷（KW）；

——補償前用電設備自然功率因數(shù)的正切值；

——補償后用電設備功率因數(shù)的正切值，一般按cosφ2不小于0.9考慮，取cosφ2=0.95，則tgφ2=0.33。

無功補償容量計算表

補償前補償后計算負

荷（kw）無功補償容量

（kvar）

cosφ1tgφ1cosφ2tgφ2P30Qc=P30（tgφ1-tgφ2）

0.820.700.950.33110.7840.9

考慮一定裕量，實際補償容量采用48kvar，由于過補償要罰款，本工程無功功率不穩(wěn)定，季節(jié)性變化較大，采用無功自動補償裝置可獲得合理的經(jīng)濟效果。

3.3、啟閉機電機起動方式的確定

根據(jù)攔河閘泄洪控制運用的要求，在電力系統(tǒng)正常供電情況下，閘門最大穩(wěn)定運行方式為4臺啟閉機同時運行；最不利運行方式為3臺閘門啟閉機同時運行，再同時起動1臺閘門啟閉機電機。在自備應急電源供電情況下，閘門最大穩(wěn)定運行方式為2臺啟閉機同時運行；最不利運行方式為1臺閘門啟閉機同時運行，再同時起動1臺閘門啟閉機電機。

本工程閘門啟閉機電機為斷續(xù)周期工作制或短時工作制且為不頻繁起動，根據(jù)《通用用電設備配電設計規(guī)范》（GB50055 -2011）規(guī)定：電機不頻繁起動時，其配電母線上的電壓不宜低于額定電壓的85%。經(jīng)計算，啟閉機電機采用全電壓直接起動方式。

3.4、柴油發(fā)電機組容量選擇

在系統(tǒng)電源因事故或故障中斷供電時，為保證汛期能安全可靠泄洪，保持通信暢通，在攔河閘橋頭堡內(nèi)設柴油發(fā)電機組一套作為備用電源。

應急柴油發(fā)電機組的容量根據(jù)《工業(yè)與民用配電設計手冊》（第三版）所列公式分別按穩(wěn)定負荷、尖峰負荷和發(fā)電機母線允許壓降計算確定。經(jīng)計算，發(fā)電機組容量應不小于146.02KW，本工程選用150GFZ型柴油發(fā)電機組1套作為備用電源。

3.5、配電裝置及載流導體

0.4kV配電及電容補償裝置均選用MNS系列成套低壓屏。電源進線回路的高壓電纜和低壓回路選擇YJV系列銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚乙烯護套電力電纜和VV系列銅芯交聯(lián)聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜。

4、過電壓保護及接地

為防止雷電直擊，沿攔河閘橋頭堡和啟閉機房、管理所辦公樓屋頂屋脊裝設避雷帶。避雷帶采用φ8圓鋼，用預埋角鋼做支柱，通過專設的引下線與接地體可靠連接，引下線的沖擊接地電阻Rsh≤30Ω。

為防止雷電侵入波造成危害，在10kV架空線與進線電纜連接處裝設1組避雷器，以保護變配電室電氣設備。

為防止雷電電磁脈沖引起的過電流和過電壓對電氣設備造成危害，在變壓器低壓側(cè)裝設一組電涌保護器SPD。

相關電氣設備的防雷接地、工作接地、保護接地及自動控制系統(tǒng)的接地共用接地網(wǎng)，接地網(wǎng)充分利用建筑基礎內(nèi)的鋼筋作為自然接地體，保證整個接地裝置的工頻接地電阻RE≤1Ω。

5、自動化監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)

根據(jù)項目的實際情況，設計總體規(guī)劃架構如下：監(jiān)控中心下設閘門自動化控制、閘壩滲壓監(jiān)測、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、廣播預警4大子系統(tǒng)，采集到子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)經(jīng)系統(tǒng)融合處理，由網(wǎng)絡設備傳送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心統(tǒng)一下達操作指令。子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互可采用開放式數(shù)據(jù)平臺，利用編程指令完成。子系統(tǒng)與調(diào)度指揮中心平臺信息傳輸采用樹形網(wǎng)絡結構。

5.1、閘門自動化控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)主要是通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)檢測閘門上、下游水位、閘門荷重、閘門啟閉狀態(tài)與開度，同時實現(xiàn)現(xiàn)場站、管理單位、上級管理機關（預留擴展接口）三級監(jiān)控管理，達到能夠在管理單位監(jiān)控中心遠程控制閘門啟閉。

系統(tǒng)由現(xiàn)場控制單元（LCU）、PLC控制站、信號傳送線纜及監(jiān)控中心組成。每個閘門配備1套獨立的LCU，每個LCU都需配備必要的閘門測控儀器，操作人員可用此進行就地控制；配備1套帶觸摸顯示的PLC屏，用來采集、顯示各設備參數(shù)及控制啟閉機設備；閘室的上、下游各配備1套水位監(jiān)測系統(tǒng)，采用U型管連通方式，并設計防護平臺，便于測量當前水位變化。系統(tǒng)還可以根據(jù)用戶要求和系統(tǒng)特點實現(xiàn)現(xiàn)地單控、群控，也可在異地遠程遙控。

5.2、閘壩滲壓監(jiān)測系統(tǒng)

為實時了解閘的工作狀態(tài)和閘門可能存在的事故隱患，建立安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)。

5.3、視頻監(jiān)控系統(tǒng)

為保證攔河閘正常運轉(zhuǎn)和安全管理工作的需要，設計對重要節(jié)點進行全天候?qū)崟r視頻監(jiān)控。

5.4、廣播預警系統(tǒng)

攔河閘總體跨度較長，基于開、關閘過程中，對周邊人員的人身安全考慮，設計1處智能廣播預警系統(tǒng)，該系統(tǒng)下設1個廣播操作站，2個廣播點。

6、電氣設備布置及電纜敷設

中央控制室、低壓配電室、柴油發(fā)電機室均設在右岸橋頭堡。變壓器、發(fā)電機布置在橋頭堡一層，發(fā)電室滿足通風、散熱、排氣的要求。配電室設在橋頭堡二層，低壓配電柜布置在配電室內(nèi)。中央控制室設在橋頭堡三層，操作臺、自動化和微機監(jiān)控等均布置在該層。啟閉機房內(nèi)設閘門電機動力柜9臺，每臺動力柜控制兩孔閘門啟閉。

10kV電源進線電纜由戶外進線終端桿至戶內(nèi)變壓器穿鋼管埋地敷設，變壓器及柴油發(fā)電機回路的電纜均采用電纜橋架敷設。橋頭堡和機房沿墻設有電纜橋架，低壓動力及控制電纜主要采用電纜橋架敷設，無橋架的地方采用穿管敷設。

作者簡介：

劉明（1983—），男，助理工程師，主要從事水利工程設計工作。