馬 宇

（遼寧省大伙房水庫輸水工程建設(shè)局，遼寧沈陽110166）

細(xì)河北臺段攔河壩工程機(jī)電設(shè)備選型設(shè)計分析

馬 宇

（遼寧省大伙房水庫輸水工程建設(shè)局，遼寧沈陽110166）

目前，很多攔河壩工程具有日常供水及農(nóng)業(yè)灌溉等多種用途，對保障民眾的生活以及推動當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展具有不可替代的作用，而保證這些水利工程良好運行的關(guān)鍵點就是機(jī)電設(shè)備的選型是否合理。本文以遼寧本溪細(xì)河北臺段攔河壩工程作為實例，介紹了該工程在機(jī)電設(shè)備選型工作中需考慮的相關(guān)計算問題，以期為以后類似水利工程建設(shè)提供一些借鑒。

攔河壩；機(jī)電設(shè)備；選型；計算分析

引 言

眾所周知，機(jī)電設(shè)備是水利設(shè)施中的核心部件，決定著整個工程的運行效果，所以機(jī)電設(shè)備選型是水利設(shè)施建設(shè)工程最重要的工作之一。涉及水利工程的機(jī)電設(shè)備一般具有成本高、技術(shù)復(fù)雜、配套要求高等特點，所以需要管理和技術(shù)人員給予足夠重視。

1 機(jī)電設(shè)備選型設(shè)計分析

細(xì)河北臺段攔河壩工程位于遼寧省本溪市平山區(qū)。整個攔河壩工程主要由橡膠壩、節(jié)制閘、管理房和取水井等組成。該攔河壩設(shè)計洪水位為115.23m，校核洪水位為116.44m。攔河壩處兩岸堤防設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，工程規(guī)模為?。ǘ┬?。該攔河壩工程總投資預(yù)計為2241.37萬元，其中機(jī)電設(shè)備及安裝工程投資224.85萬元，具體包括水泵、管路布置、電動機(jī)及其相應(yīng)的附屬設(shè)施。作為主要工程的重要組成部分，本項目的機(jī)電設(shè)備主要包括水力機(jī)械和電工設(shè)備兩部分。

1.1 水力機(jī)械選型設(shè)計分析

對于橡膠壩而言，要求其在洪峰來臨前必須坍壩，以防壩體被沖毀；而洪峰平息后能盡快充壩恢復(fù)，這是兩個衡量橡膠壩性能的重要參數(shù)。根據(jù)有關(guān)規(guī)定及結(jié)合國內(nèi)一些類似工程的統(tǒng)計結(jié)果，最終確定該工程的充壩和坍壩時間分別為2.5h和1.5h左右，壩袋總長約為120m，壩袋單寬容積均為9.706m3。由于該項目的充水水源為獨立水源，所以需選擇相應(yīng)的動力設(shè)備。

1.1.1 水泵選型

主要遵循原則如下:（1）泵站可以滿足近期供水需求；（2）在小流量的情況下可進(jìn)行合理調(diào)配，使水泵運行效率處于較高水平；（3）設(shè)計時應(yīng)考慮長遠(yuǎn)期的輸水需要。在本工程中，泵站根據(jù)遠(yuǎn)期使用要求一次建成。水泵流量是最重要參數(shù)之一，其直接對充壩時間等方面起著決定性影響。計算水泵流量可按照公式（1）進(jìn)行［1］。

式中:Q—實際水泵所需最小流量，m3/h；V—壩袋充水容積，本項目取值1125.9；n—水泵臺數(shù)，1臺；t—充壩或坍壩所要求的最短時間，充壩取值2.4h，坍壩取值1.5h。

經(jīng)過計算，該橡膠壩的充壩工作所需設(shè)計流量469.16m3/h，坍壩所需設(shè)計流量625.50m3/h。

水泵揚程與輸送水量、輸送距離和輸送速度等因素密切相關(guān)，對水泵選型也是重要的參考依據(jù)。根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H經(jīng)驗，按充壩大口井出水流量500m3/h進(jìn)行計算，計算得管道沿程損失為0.70m，水泵充壩時所需揚程為14.4m；根據(jù)塌壩流量625.50m3/h，計算得到所需坍壩揚程為4.22m。

綜上所述:要求選擇的水泵其最大流量和最大揚程應(yīng)分別大于625.50m3/h和14.4m。

1.1.2 管道選型

輸水管道類型有很多，通常可分為塑料管和金屬管兩類。塑料管抗壓能力弱，應(yīng)用在關(guān)鍵部位的可靠性不高，所以本項目選用金屬管作為主輸水管。焊接鋼管具有適應(yīng)性強(qiáng)（可根據(jù)使用要求進(jìn)行拐彎或變換形狀）、造價比無縫鋼管低、抗壓能力強(qiáng)等優(yōu)點，所以根據(jù)實際使用情況，最終本項目選擇壁厚δ=6mm的焊接鋼管作為主水道的輸送管。

管道類型確定后，其直徑大小成為確定管道型號的最重要指標(biāo)，直接決定著管道的通過能力。在進(jìn)行管道選型時，按照公式（2）進(jìn)行計算［2］。

式中:Q—管段內(nèi)最大計算流量，充壩所需設(shè)計流量0.139m3/s，坍壩所需設(shè)計流量0.174m3/s；v—管道采用的計算流速，吸水管流速1.2～2m/s，壓水管流速2～5m/s。

計算得出該項目需要最大管徑值為384mm。但結(jié)合該工程實際管路較長這一實際情況，而且考慮到安裝方便，最終確定其進(jìn)、出水管管徑均選用300mm的焊接鋼管。

綜合考慮水泵選型和管道選型結(jié)果，我們最終確定出用于充壩和塌壩時的水泵型號:

（1）為了滿足充壩要求，本工程選擇型號為200Q J 50-30/2泵向各壩袋供水。壩袋兩端頂部設(shè)排氣閥，具體位置由供貨廠家自定。此外，還要求將水位標(biāo)尺設(shè)置于兩岸，這樣就可以實時掌握上下游水位［3］。

（2）為了滿足塌壩要求，本工程選擇型號為12Sh-28A的水泵作為塌壩水泵，其具體參數(shù)見表1。經(jīng)埋于壩體底板下方的充排水管路抽取壩袋內(nèi)水，排至下游消力池。

表1 12S h-28A型水泵性能參數(shù)

1.1.3 水力機(jī)械主要附屬設(shè)備的選擇

在橡膠壩管理泵間內(nèi)，根據(jù)所選充、排泵型及管道直徑等參數(shù)，選擇配套的附屬設(shè)備:真空泵型號為Y-1002-4；為了排出積水坑中的廢水，選擇一臺型號為50QW18-15-1.5型潛水泵設(shè)置在泵間。此外，利用電動閥控制進(jìn)行供排水調(diào)度。選擇電動蝶閥型號為D 941X-10型（DN300），消錘緩閉止回閥型號為HXB44X（DN300）［4］。

1.2 電工設(shè)備選型分析

該攔河壩工程的泵站控制系統(tǒng)由10KV專線供電，配電選用N×B系列箱式變電站?？刂葡到y(tǒng)設(shè)主變壓器1臺，變壓器高壓側(cè)裝有負(fù)荷開關(guān)加熔斷器和避雷器，主變壓器低壓側(cè)采用絕緣線引入箱內(nèi)的低壓配電屏。該泵站機(jī)組容量較小，所以采用單母線形式對主線進(jìn)行連接。單母線形式具有接線簡單清晰、運行可靠和操作維護(hù)方便等優(yōu)點［5］。

此外，將泵站的站內(nèi)系統(tǒng)和母線連接，站內(nèi)用電電壓采用380/220V，中性點接地的三相四線接線。

（1）電動機(jī)的選擇

電動機(jī)的選型直接關(guān)系到整個橡膠壩的運行效果及成本，它是最主要的電工設(shè)備。在選型電動機(jī)時應(yīng)遵循這幾個原則:一是電動機(jī)容量滿足水泵的最大軸功率要求；二是在滿足日常需求的情況下選用結(jié)構(gòu)簡單、造價和技術(shù)水平中等的型號，以利于維護(hù)工作；三是和其他設(shè)備能夠進(jìn)行合理配套，主要是水泵和管道。電動機(jī)容量的選擇是根據(jù)水泵的最大軸功率而確定的，電動機(jī)功率按公式（3）計算［6］。

式中:K—安全系數(shù)，取值范圍1.05-1.1；M—電動機(jī)與水泵間的轉(zhuǎn)換率，取值范圍0.85-0.95。

通過計算和分析，本工程最終選用Y2-225S-4型電動機(jī)，其電壓為0.38KV，功率為37K W。根據(jù)實際情況，共需要兩臺。Y2系列電動機(jī)安裝尺寸和功率等級符合IEC標(biāo)準(zhǔn)，其外殼防護(hù)等級為IP54，采用F級絕緣。

（2）變壓器和無功補償裝置的選型

根據(jù)實際需要情況，泵站選用100KV A主變壓器1臺，具體型號可以為SC系列環(huán)氧樹脂澆注干式銅線電力變壓器。

根據(jù)《全國供用電規(guī)劃》及《功率因數(shù)調(diào)整費辦法》的規(guī)定，管理站應(yīng)采取無功補償措施，即泵站在計費點功率因數(shù)不應(yīng)低于0.85。經(jīng)計算本站電容補償容量的16KV A R，滿足相關(guān)規(guī)定要求［7］。

（3）繼電保護(hù)、自動控制的選型

為保護(hù)主變壓器，在變壓器中裝設(shè)負(fù)荷開關(guān)和高壓熔斷器作為短路保護(hù)，而且還有隔離電源的作用。而自動空氣開關(guān)統(tǒng)一設(shè)置在變壓器的低壓側(cè)位置［8］。

水泵電動機(jī)組全部采用集中控制方式，選用STR數(shù)字式異步電動機(jī)軟起動器在檢修平臺進(jìn)行減壓起動。軟起動器設(shè)置有電動機(jī)的過負(fù)荷和短路保護(hù)。

2 結(jié)語

本文介紹了該橡膠壩項目在水泵、管道、電動機(jī)和其他設(shè)備的一些選型計算問題。在實際設(shè)計中，首先要遵循的原則就是“因地制宜”，真正做到設(shè)備的經(jīng)濟(jì)適用。本工程規(guī)模不大，在機(jī)電設(shè)備選型時充分考慮了實用及經(jīng)濟(jì)因素。此外需要特別注意，在選擇設(shè)備時，切忌盲目追求“高大上”，在選用設(shè)備時在一定程度上降低技術(shù)水平，以保證管理者盡快適應(yīng)?？偠灾跈C(jī)電設(shè)備選型中一定要注意各個設(shè)備及人員之間科學(xué)合理的配合，杜絕出現(xiàn)“小馬拉大車或大馬拉小車”現(xiàn)象。

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續(xù)表3 場內(nèi)10KV出線及負(fù)荷規(guī)劃一覽表

5 結(jié)語

績溪工程最終選定的電源點，距離施工工區(qū)較遠(yuǎn)，場外電力線路地形復(fù)雜，施工難度較高。場內(nèi)線路規(guī)劃區(qū)域廣、線路長、線路路徑穿越山區(qū)地形。因此，場、內(nèi)外供電設(shè)施規(guī)劃設(shè)計需考慮的綜合因素較多，尤其是場內(nèi)線路的設(shè)計規(guī)劃存在較大的難度，要求線路終端桿盡可能靠近主要施工負(fù)荷用電點［3］，但又不能與現(xiàn)有的工程設(shè)施發(fā)生干涉，確保工程構(gòu)筑物的安全。

參考文獻(xiàn)

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TV73

A

1672-2469（2015）10-0109-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.10.35

馬 宇（1981年—），男，工程師。