□彭云卿

地下水超采綜合治理地表水灌溉項目實施方案電氣設(shè)計

□彭云卿

本文分析了地下水超采綜合治理地表水灌溉項目中的電氣設(shè)計方案，從經(jīng)濟合理的角度出發(fā)，選用性能優(yōu)越的電氣設(shè)備與合適的水泵控制方式，以提高供水質(zhì)量，在遏制超采的同時取得節(jié)能的效果。

負(fù)荷等級；電氣主接線；變頻控制；用水計量與傳輸

河北省水資源短缺，長期以來，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要依靠開采地下水，地下水超采嚴(yán)重。從2014年開始，河北省開展地下水超采綜合治理，在溝渠發(fā)達、水量充足的地區(qū)建設(shè)揚水點，充分利用地表水灌溉，減少地下水開采。

1.用電負(fù)荷及負(fù)荷等級

地表水灌溉項目中用電建筑物主要有揚水點、(涵)閘等，揚水點用電負(fù)荷主要有水泵電機、配電室照明、計量儀表等；(涵)閘用電負(fù)荷主要有啟閉機電機、啟閉機室照明等，用電電壓等級均為380/220V。所有揚水點、(涵)閘均為農(nóng)業(yè)灌溉型，對供電連續(xù)性和可靠性沒有太高要求，因此用電負(fù)荷等級應(yīng)確定為Ⅲ級。

2.供電電源及電氣主接線

為滿足各建筑物用電需要，根據(jù)用電負(fù)荷和現(xiàn)狀電源分布情況，從供電合理性、經(jīng)濟性角度出發(fā)，確定各揚水點供電電源分兩種形式：自附近引接低壓電源與新建降壓變電站。若揚水點附近有機井變壓器(揚水點水泵與機井井泵不同時運行)，并且變壓器運行良好、未超出使用年限，變壓器容量能滿足負(fù)荷要求與電機啟動壓降，則揚水點供電電源自該變壓器引接。若變壓器容量不能滿足負(fù)荷要求，或需要加大電纜截面(截面已超出合理范圍)才能滿足電機啟動壓降，則為揚水點新建1座降壓變電站。

因揚水點負(fù)荷較小，變壓器容量較小，為節(jié)省投資新建變電站選擇戶外桿上形式，高壓電源引自附近10kV線路，降壓站裝設(shè)1臺變壓器，降壓至0.4kV為設(shè)備供電。降壓站高壓側(cè)采用線路-變壓器組接線，0.4kV側(cè)采用單母線接線。計量、無功補償、預(yù)付費等裝置的設(shè)置均應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)仉娏Σ块T要求確定。

根據(jù)(涵)閘功能與重要性確定其供電電源，主要考慮兩種形式，有泄洪功能或啟閉較多且相對重要的(涵)閘應(yīng)設(shè)置永久供電電源，啟閉次數(shù)很少且不太重要的(涵)閘可設(shè)置移動拖車電站供電(可幾座閘合用1套)。拖車電站平時放于縣水務(wù)局，需要啟閉閘門時拖車開至現(xiàn)場。

3.控制方式

各揚水點水泵電機、各閘門啟閉機電機均采用手動按鈕起停，所有開關(guān)均采用手動操作方式。各揚水點采用恒壓供水模式。恒壓供水控制系統(tǒng)中，常用的有以下控制方式。

一拖多變頻運行方式，即單臺變頻器帶多臺水泵，在某一時間節(jié)點多臺定速泵加一臺變頻泵并聯(lián)運行的系統(tǒng)配置方式。以最簡單的情況分析，即系統(tǒng)中有2臺水泵，回路接通，變頻器啟動1號電機，系統(tǒng)用水量增加時，管道壓力減小，變頻器輸出頻率增加，提高電機轉(zhuǎn)速以保證系統(tǒng)壓力恒定。當(dāng)變頻器輸出頻率達到50HZ時，系統(tǒng)壓力仍達不到設(shè)定值，則將1號電機切換到工頻運行，同時變頻器連接到2號電機進行啟動。這種一拖多控制方式，變頻器頻繁起停，使用壽命大大縮短；而且，控制回路復(fù)雜，增加故障率，額外增加維護成本。

一拖一變頻運行方式，即單臺變頻器帶單臺水泵，多臺變頻調(diào)速水泵并聯(lián)供水的系統(tǒng)配置方式。在這種控制方式下，各水泵電機分別由各自的變頻器驅(qū)動。系統(tǒng)控制器根據(jù)出水總管壓力值與設(shè)定值的偏差，改變水泵電機的轉(zhuǎn)速及投入運行的臺數(shù)，以保證整個系統(tǒng)的壓力恒定。且低壓小功率變頻設(shè)備價格很低。

綜合以上分析，地表水灌溉項目中田間分區(qū)灌溉，工作水頭變化較大，為使水泵能夠高效、穩(wěn)定運行，水泵采用一拖一變頻控制方式。根據(jù)田間實際灌溉壓力情況分區(qū)，實現(xiàn)分區(qū)變頻恒壓供水，達到更加穩(wěn)定節(jié)能的效果。

4.用水計量及采集傳輸裝置

各揚水點用水計量設(shè)施采用電磁流量計，并設(shè)置信號采集傳輸裝置RTU。RTU采用GPRS/Internet遠(yuǎn)程傳輸，配置RS485接口與開關(guān)量接口，接收流量信號與變頻器信號，采用固定IP模式，實現(xiàn)各揚水站點總流量、累計水量和機泵工作狀態(tài)的實時采集（在線自動監(jiān)測）、自動存儲（不少于10000條記錄）與遠(yuǎn)程傳輸（將信息上傳至河北省地下水超采綜合治理試點項目信息監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心）。

5.結(jié)語

河北省地下水超采綜合治理地表水灌溉項目以減少地下水開采為出發(fā)點，電氣方案的設(shè)計也應(yīng)從經(jīng)濟合理的角度出發(fā)，選用性能優(yōu)越的電氣設(shè)備，同時選擇合適的水泵控制方式，以提高供水質(zhì)量，減少對設(shè)備的沖擊，在遏制超采的同時達到節(jié)能的效果?！?/p>

2016-05-06

彭云卿，女，漢族，河北省水利水電第二勘測設(shè)計研究院，助理工程師。