杜根興

[摘 ? ?要 ]洪災(zāi)及城市內(nèi)澇這類自然災(zāi)害對居民生活帶來巨大影響，直接造成的經(jīng)濟(jì)損失無法估量。隨著中國城市建設(shè)的發(fā)展，城市防洪排澇， 城市防洪排澇泵站的建設(shè)顯得尤為重要。本文針對城市防洪排澇泵——下林泵站的電氣設(shè)計方面進(jìn)行分析研究，提出可行性電氣設(shè)計方案并加以分析，希望為后續(xù)的防洪排澇泵站的電氣設(shè)計工作提供理論性的指導(dǎo)。

[關(guān)鍵詞]防洪排澇;泵站;電氣一次設(shè)計

[中圖分類號]TP273;TV675 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）07–00–03

[Abstract]Natural disasters such as flood and urban waterlogging have a great impact on people's lives， and the direct economic losses are incalculable. With the development of urban construction in China， the construction of urban flood control and drainage pump station is particularly important. In this paper， the electrical design of flood control pump station is analyzed.

[Keywords]flood control and drainage; pumping station; primary electrical design

1 設(shè)計內(nèi)容

1.1 用電負(fù)荷及供電方式

1.1.1 閘泵用電負(fù)荷

下林閘泵泵站水泵3臺，每臺水泵配套電機(jī)功率為280 kW，額定電壓為10 kV。泵站進(jìn)口攔污柵3扇，每扇配套電機(jī)功率4.0 kW;進(jìn)口檢修閘門一扇，電機(jī)功率為7.5 kW;泵站起吊設(shè)備電動葫蘆一臺，配套電機(jī)功率8 kW;以及泵站照明檢修等用電約40 kW，總負(fù)荷共計約907.5 kW。

下林水閘工作閘門啟閉機(jī)兩套，功率為15 kW，進(jìn)口檢修閘門一扇，電機(jī)功率為7.5 kW，出口檢修閘門一扇，電機(jī)功率為7.5 kW。以及水閘照明檢修等用電約15 kW，總負(fù)荷共計約60 kW。

本工程共計用電負(fù)荷約967.5 kW。

1.1.2 負(fù)荷計算

根據(jù)相關(guān)專業(yè)條件，本工程用電設(shè)備如表1、表2所示。

1.1.3 供電方式

下林泵站的工程任務(wù)是防洪、排澇。由于當(dāng)?shù)嘏_汛期間電網(wǎng)的供電可靠性較低，特別考慮臺風(fēng)在當(dāng)?shù)氐顷懚彼斖械膼毫託夂驐l件下，外江高水位時利用下林泵站排水，以降低內(nèi)澇洪水位要求，保障人民群眾生命及財產(chǎn)安全。作為非常情況下的應(yīng)急需要，以及為確保運行的可靠性，用電負(fù)荷等別擬定為二級，采用兩回電源對下林泵站供電，以保證用電可靠性。根據(jù)工程所處位置，供電主電源擬從工程附近的江嶼110 kV變電站引一回10 kV電纜專線對閘泵站供電，10 kV進(jìn)線電源不在本電氣工程設(shè)計范圍內(nèi)。另在泵站設(shè)置10 kV柴油發(fā)電機(jī)組作為下林泵站的備用電源，兩路電源應(yīng)設(shè)切換閉鎖裝置。

下林水閘設(shè)施具有內(nèi)河排澇泄洪的要求，負(fù)荷供電要求較高，用電負(fù)荷等別擬定為二級。為保證供電可靠性，選用一臺SC13-125/10型干式室內(nèi)變壓器作為站用電供電電源，接在10 kV電壓母線上。因高壓柴油發(fā)電機(jī)使用頻率低，故另設(shè)一臺低壓柴油發(fā)電機(jī)組，在下林泵站非運行期間可承擔(dān)下林水閘運行、檢修、調(diào)試、辦公及生活用電，讓高壓柴油發(fā)電機(jī)組退出運行以減少油耗。

1.2 水泵電機(jī)選擇

同步電機(jī)因為有勵磁繞組和滑環(huán)，增加了機(jī)電設(shè)備及相應(yīng)的故障率，比起異步電機(jī)的免維護(hù)來，維護(hù)工作量較大;異步電動機(jī)因結(jié)構(gòu)簡單，在運行、維護(hù)及可靠性方面要優(yōu)于同步電動機(jī);在價格上異步電動機(jī)也比同步電動機(jī)便宜;同步電機(jī)效率高，但本工程電機(jī)功率280 kW，功率較小，效率的差別不大;近年來，在溫州地區(qū)的泵站工程中采用異步電動機(jī)較多，運行部門已取得了一些的運行經(jīng)驗。綜合以上幾點，工程水泵采用三相異步電動機(jī)。

1.3 水泵電機(jī)機(jī)端電壓比較

方案一：機(jī)端電壓采用6 kV

每臺機(jī)組均配置軟起動器，主變選用S11-□ kVA-10.5/6 kV節(jié)能型變壓器。

優(yōu)點：機(jī)端電流較小。

缺點：由于6 kV和10 kV電壓屬于同一電壓等級，變壓器高低壓側(cè)電壓差距小，此變壓器屬非標(biāo)產(chǎn)品，投資相對較高。泵站運行中主變電能損耗永久產(chǎn)生，每年的電能損耗費用較高。

方案二：機(jī)端電壓采用10 kV

根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范（GB50265-2010）》：當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件相近時，電動機(jī)額定電壓宜優(yōu)先選用10 kV。這樣可以大大改善機(jī)組啟動運行工況，提高泵站運行的穩(wěn)定性。由于該工程供電電源是10 kV，水泵電機(jī)采用直配線供電，工程不設(shè)置主變壓器。

優(yōu)點：

（1）機(jī)端電流小。

（2）直配線方案取消了主變壓器及相應(yīng)的二次控制保護(hù)設(shè)備，綜合一次性投資及日常運行維護(hù)費用降低，且不再產(chǎn)生主變電能損耗，大大降低了運行成本。

（3）水泵機(jī)組直接與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)連接，水泵容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于所連接變電所主變?nèi)萘浚蟠蟾纳屏藱C(jī)組的啟動特性。

缺點：直配線方式對泵站的防雷過電壓保護(hù)要求較高。

機(jī)端電壓技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如表3所示。

上述兩種方案供電可靠性均較高，都能夠滿足泵站供水保障率的要求，通過分析比較推薦方案二為選定的機(jī)端電壓方案，即水泵機(jī)組選用10 kV電壓等級。

1.4 水泵起動方式比較

1.4.1 直接啟動

電動機(jī)直接啟動，省投資，但存在以下缺點：

①電動機(jī)直接全壓啟動時，啟動電流會在線路上產(chǎn)生較大的壓降，影響并聯(lián)在電網(wǎng)上的其它設(shè)備的正常運行。

②電動機(jī)啟動時會產(chǎn)生短時的沖擊電流，導(dǎo)致電氣設(shè)備壽命縮短，網(wǎng)損加大，系統(tǒng)發(fā)生諧波諧振的可能性增加。

③直接全壓啟動還會在高壓開關(guān)關(guān)合時產(chǎn)生陡度很大的操作過電壓，對其絕緣造成極大的傷害。

④對水泵類負(fù)荷來說，電動機(jī)全壓啟動時，水流會在很短的時間內(nèi)達(dá)到全速，因此會破壞管道。如果水泵前面的管路比較長，當(dāng)水泵電機(jī)突然停止時，高速的水流會沖擊到水泵的葉輪上，產(chǎn)生很大的沖擊力，會使葉輪變形或損壞。

1.4.2 高壓固態(tài)軟起動

高壓固態(tài)軟起動裝置CMV適用于大中型高壓鼠籠交流異步電動機(jī)，作降壓起動之用。完整的CMV軟起動裝置是一個標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)起動、保護(hù)裝置，用來控制和保護(hù)高壓交流電機(jī)。標(biāo)準(zhǔn)的CMV產(chǎn)品主要由以下部件組成：高壓可控硅模塊、可控硅保護(hù)部件、光纖觸發(fā)部件、真空開關(guān)部件、信號采集與保護(hù)部件、系統(tǒng)控制與顯示部件。

使用該裝置起動的電機(jī)具有起動電流小且恒定、轉(zhuǎn)矩逐步增加的軟起動特性，起動過程中無電流沖擊和機(jī)械沖擊，起動時對電網(wǎng)影響小，無電磁干擾、是起動電抗器和自耦降壓起動器的理想替代產(chǎn)品，相對于高壓變頻軟起動器而言，又具有明顯的操作簡單、免維護(hù)、無諧波污染等優(yōu)勢。

綜合考慮，在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下應(yīng)盡量避免采用高壓電動機(jī)的直接啟動方式，擬采用“高壓固態(tài)軟起動裝置”軟起動，以保證電網(wǎng)的供電質(zhì)量，延長電機(jī)的壽命。

1.5 照明設(shè)計

（1）本工程照度標(biāo)準(zhǔn)按國家民用建筑照明標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，照度滿足各場所使用要求，功率密度低于規(guī)范規(guī)定的功率密度限值。

（2）照明光源，根據(jù)國家節(jié)能要求選用高效、低耗節(jié)能燈。

（3）根據(jù)GB/T50265-2010《泵站設(shè)計規(guī)范》，本工程設(shè)有正常工作照明、事故照明。

1.6 建筑物防雷接地保護(hù)

本工程防雷按第三類防雷建筑物設(shè)計，建筑物內(nèi)部電子信息系統(tǒng)的雷電防護(hù)等級按B級設(shè)計。采用變壓器中性點直接接地系統(tǒng)，接地裝置與防雷接地裝置極合用，接地電阻要求不大于1Ω。低壓配電保護(hù)采用TN-S系統(tǒng)，設(shè)置總等電位連接。

1.7 電氣節(jié)能措施

（1）變電所、配電房的位置靠近負(fù)荷中心，盡量減少線路損耗。

（2）變壓器選用13型低損耗節(jié)能變壓器，符合《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》GB20052-2013的要求。

（3）電動機(jī)選用高效節(jié)能型，采用無功補(bǔ)償?shù)确绞焦?jié)能降耗。

（4）采用提高功率因數(shù)cosΦ的措施。低壓系統(tǒng)設(shè)置靜電電容器對無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，使cosΦ達(dá)0.95以上。照明用的氣體放電燈采用高功率因數(shù)的電子鎮(zhèn)流器或低損耗節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器加補(bǔ)償電容。

（5）照明選用高效節(jié)能的細(xì)管熒光燈（T5管）、緊湊型熒光燈或LED為主要光源。

（6）照明設(shè)計按《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50034-2013的規(guī)定控制照明功率密度。

（7）燈的控制方式符合電氣節(jié)能要求。

1.8 主要電氣設(shè)備布置

泵組LCU屏及電容補(bǔ)償柜對應(yīng)泵組布置于主泵房電機(jī)層進(jìn)水側(cè)，電動機(jī)采用電纜進(jìn)線。

副廠房布置在主泵房一側(cè)，設(shè)中控室、高壓開關(guān)室、低壓配電室、柴油發(fā)電機(jī)房。

中控室布置有計算機(jī)監(jiān)控操作臺、10 kV線路保護(hù)屏、公用LCU屏、直流屏等。低壓配電室布置站用變壓器和低壓配電屏。高壓開關(guān)室布置10 kV開關(guān)柜、各泵組開關(guān)柜。

2 結(jié)束語

首先，泵站電氣設(shè)計必須滿足規(guī)范性要求的前提下，設(shè)計人員在進(jìn)行方案確立和設(shè)備選型時，需考慮設(shè)計成果在實際工況條件下的適用性和合理性，同時也需為業(yè)主考慮節(jié)省建設(shè)資金和方便設(shè)備設(shè)施的運行維護(hù)。本文結(jié)合下林泵站電氣設(shè)計方案加以分析，希望能為后續(xù)的防洪排澇電氣設(shè)計工作提供理論指導(dǎo)。

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