張水鳳

（韶關(guān)市水利水電勘測設(shè)計咨詢有限公司汕頭分公司，廣東 汕頭 515041）

1 工程概況

新建司馬浦電排站，站址位于秋風(fēng)水與練江交匯處（K7+730）上游182 m 處，位于司下水閘（K7+635）上游87 m，裝機8臺軸流泵，設(shè)計流量48.40 m3/s。泵站由主副廠房、出水干管、壓力箱、排水箱涵以及進出水渠構(gòu)成。水泵配置高壓電動機，雙回路供電。水閘、泵站樞紐統(tǒng)一由司馬浦鎮(zhèn)政府安排管理，工程建設(shè)安排新建管理小樓房。司馬截流堤圍設(shè)計洪水面線位20 年一遇《汕頭市潮南區(qū)秋風(fēng)水（司馬截流）達標(biāo)加固工程初步設(shè)計報告書》，泵前水位為2.13 m。

泵站進水池水位：最高水位2.13 m（取水閘上游20年一遇站前防洪水位）；最高運行水位2 m（調(diào)蓄計算站前最高水位）；最低運行水位0 m（調(diào)蓄計算站前最低水位）；平均水位1 m。

泵站出水池水位：設(shè)計運行水位2.83 m（干流5 年和10 年一遇排水時段平均水位）；最高運行水位3.61 m（干流10 年和20年一遇排水時段平均水位）；干流歷史最高水位3.60 m（2013年“8.17”洪水）；河段正常水位0.60～0.90 m（練江水閘設(shè)計蓄水位0.60 m，回水雍高0.30 m），屬灌溉要求水位，由練江水閘蓄水決定。

2 電氣設(shè)計要點

2.1 接入電力系統(tǒng)方式

此工程主要負(fù)荷為司馬浦電排站8臺450 kW主水泵電動機及站內(nèi)其他負(fù)荷，擬采用雙回路10 kV 電源形成環(huán)網(wǎng)供電；供電電源擬從距離本泵站約2.50 km處接入；全部用電負(fù)荷約為4 547 kVA，要求每回線路都能承擔(dān)全部用電負(fù)荷。

2.2 用電負(fù)荷統(tǒng)計及供電方式

2.2.1 0.40 kV用電負(fù)荷統(tǒng)計

0.40 kV用電負(fù)荷統(tǒng)計見表1。

表1 0.40 kV用電負(fù)荷表

2.2.2 10 kV用電負(fù)荷統(tǒng)計

10 kV用電負(fù)荷統(tǒng)計見表2。

表2 10 kV負(fù)荷容量計算表

水泵電動機輸出功率按450 kW 計，考慮到水泵電動機效率（按92%算），電源需要容量為4 517.83 kVA。

2.2.3 供電方式

根據(jù)泵站的用電負(fù)荷及運行情況，經(jīng)初步負(fù)荷分析，此工程按二級負(fù)荷供電；主泵電動機單機容量為450 kW，按設(shè)計規(guī)范，10 kV電壓等級是高壓水泵電機優(yōu)先采用的電壓等級，故主泵電機選用10 kV 高壓電動機，兩回10VkV 電纜環(huán)網(wǎng)進線，直配供電。根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇姴块T的習(xí)慣做法，環(huán)網(wǎng)柜單獨設(shè)置。

450 kW電機對于10 kV來說容量不算很大，采用直接起動方式，配高壓無功補償電容器。

0.40 kV用電負(fù)荷：在泵站副廠房設(shè)置一臺容量為200 kVA站用變，并配置低壓配電柜，由低壓配電柜給水閘及各功能房動力、照明供電。

2.3 電氣主接線

此泵站10 kV 高水泵臺數(shù)為8 臺；站用變壓器1 臺；10 kV電源進線2 回。根據(jù)10 kV 的接線情況、出線回路及備用電源的設(shè)置，選用可靠性高、調(diào)度方便的單母線接線：

高、低壓側(cè)均采用單母線分段接線，兩回10 kV電源進線，分別帶Ⅰ段、Ⅱ段母線，Ⅰ段帶5回出線（其中一回為站變）；Ⅱ段母線帶4回出線。

低壓側(cè)站用變降壓后接入0.40 kVⅠ段母線、各用電設(shè)備及功能房經(jīng)低壓配電柜饋電。

為使水閘等負(fù)荷在沒有電網(wǎng)電源時也能正常工作，配備一臺90 kW（輸出功率112.50 kVA）柴油發(fā)電機組。

根據(jù)業(yè)主提供的資料，接至電源點10 kV 電纜線路長約2.50 km。經(jīng)核算，水泵電動機直接啟動時最大壓降在允許范圍（15%）以內(nèi)，滿足要求。

2.4 主要電氣設(shè)備選擇

電氣設(shè)備選擇的成果如表3和表4所示。

表4 低壓斷路器選擇校驗表

2.4.1 10kV高壓開關(guān)柜

高壓開關(guān)柜選用較為先進可靠的金屬封閉鎧裝移開（中置）式開關(guān)柜，配用真空斷路器EV12S0625210D，開斷電流取25 kA。為提高操作電源的可靠性，真空斷路器配用操作電源為直流220 V 的彈簧操動機構(gòu)。為限制真空斷路器的操作過電壓，在真空開關(guān)柜內(nèi)配置過電壓保護器。

2.4.2 電動機的啟動方式及技術(shù)參數(shù)

電排站選用的高壓電動機8臺，容量均為450 kW，采取10 kV高壓直接啟動。

2.4.3 站用變壓器

0.40 kV包括閘門啟閉機，清污機，皮帶機，泵房橋機、集水井排水泵、檢修水泵，控制設(shè)備用電，檢修負(fù)荷，泵房照明、空調(diào)等。設(shè)置1臺站用變壓器接在主電動機電壓母線上。

考慮到無油化的要求，選用防火性能較好的干式變壓器；并采用低損耗的11型（SC11）變壓器，變壓器帶保護外殼。

2.4.4 高、低壓電纜

10 kV電源進線電纜和環(huán)網(wǎng)電纜根據(jù)載流量、短路熱穩(wěn)定、壓降和敷設(shè)方式等條件，選YJV22-8.7/10-3×300電纜。

2.5 計算機監(jiān)控系統(tǒng)

2.5.1 水系運行系統(tǒng)的集中控制

2.5.1.1 總體設(shè)計

計算機監(jiān)控系統(tǒng)按“無人值班”（少人值守）要求考慮監(jiān)控方案設(shè)置，監(jiān)控對象包括泵站和出口水閘及其輔助設(shè)備。計算機監(jiān)控系統(tǒng)擬采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由主控級和現(xiàn)地控制單元級組成。主控級設(shè)備布置在泵站副廠房的控制室內(nèi)，實現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控，并配置有通信計算機。

在閘門、清污機、皮帶機及各種輔助設(shè)備處設(shè)就地控制箱（柜），可通過手動按鈕操作。

在內(nèi)、外河（海）、攔污柵后均設(shè)有超聲波水位計，在閘門啟閉機上設(shè)閘門開度儀，并將信號送至PLC，在控制室內(nèi)通過主計算機監(jiān)控系統(tǒng)對水位及閘門運行工況進行監(jiān)測。并通過檢測攔污柵前后的水位差，控制清污機和皮帶機的啟停。通信計算機用于主控級計算機監(jiān)控系統(tǒng)和上級控制中心計算機系統(tǒng)之間進行通訊，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能。通信方式及通信規(guī)約滿足上級防汛控制中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)的要求。

2.5.1.2 計算機監(jiān)控系統(tǒng)運行控制方式

閘門和泵站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，分為下面三級。

第一級，調(diào)度級操作：汕頭市水利局或上級控制中心調(diào)度控制人員可以通過調(diào)度計算機系統(tǒng)，在遠(yuǎn)程利用IE 瀏覽器查看全部的報表數(shù)據(jù)，經(jīng)IE與閘門和泵站的計算機系統(tǒng)通信，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙視。

第二級，主控上位機操作：在控制室主控級計算機監(jiān)控系統(tǒng)上實現(xiàn)對閘門和泵站設(shè)備的監(jiān)視控制，有閘站和泵站自動控制、操作人員控制臺控制兩種方式。

第三級，閘門和泵站的現(xiàn)地控制單元操作：在閘門和泵站的運行初期或主控級出現(xiàn)故障退出運行及根據(jù)需要，操作人員可通過現(xiàn)地控制柜上觸摸屏或按鈕等設(shè)備，實現(xiàn)對閘門和泵站設(shè)備的控制、調(diào)節(jié)。

2.5.1.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用冗余光纖環(huán)形以太網(wǎng)，作為水系集控系統(tǒng)的主干網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)速率達100 M，支持多種以太網(wǎng)協(xié)議。監(jiān)控主機、通信計算機設(shè)備、視頻監(jiān)視主機、視頻攝像機以及現(xiàn)地單元均掛在以太網(wǎng)上，現(xiàn)地單元通過現(xiàn)場總線與自動化設(shè)備監(jiān)測進行數(shù)據(jù)通信。高低壓開關(guān)柜綜合保護和電能測量裝置以現(xiàn)場總線方式與現(xiàn)地單元通信接入以太網(wǎng)。

2.5.1.4 監(jiān)控主計算機

主控機配置兩臺互為冗余的監(jiān)控主計算機，監(jiān)控主計算機功能包括對整個計算機監(jiān)控系統(tǒng)的管理，數(shù)據(jù)計算和處理，數(shù)據(jù)庫管理，在線及離線計算功能，各種圖表、曲線的生成，事故、故障信號的分析處理等。

2.5.1.5 通信計算機兼數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

數(shù)據(jù)計算和處理，數(shù)據(jù)庫管理等；負(fù)責(zé)與其他系統(tǒng)及控制中心通信，采集設(shè)備運行狀態(tài)，上傳至監(jiān)控中心，并接受監(jiān)控中心的控制指令，對設(shè)備進行控制。

2.5.1.6 現(xiàn)地閘門控制單元

泵站和出口水閘各配置1 套控制柜（包括1 面PLC 控制柜和1 面動力控制柜），實現(xiàn)對閘門的控制，對工作門狀態(tài)采集、故障報警、開度顯示等功能。

2.5.1.7 泵站現(xiàn)地LCU

泵站LCU配置有：八臺主泵各配置一面PLC控制柜，控制該泵組及相關(guān)設(shè)備，如出水快速閘門和事故閘門等，并通過現(xiàn)場總線與電動機綜合保護測控裝置相連，實現(xiàn)通信，采集它們的運行狀態(tài)信息，包括電機內(nèi)繞組溫度、軸承溫度、浮子開關(guān)、水位、閘門開度及各現(xiàn)場控制箱內(nèi)的控制器狀態(tài)等。泵組PLC控制柜布置在泵房現(xiàn)地。

設(shè)置一臺公用PLC控制柜，控制集水井排水泵、檢修排水泵、清污機、皮帶機、0.40 kV進線柜及分段柜等設(shè)備，并通過現(xiàn)場總線與各高低壓開關(guān)柜的智能綜合保護測控裝置及測量裝置相連，用于對10 kV進線柜、變壓器出線柜、0.40 kV進線柜及分段柜進行控制。公用PLC控制柜布置在繼保室內(nèi)。

2.5.1.8 控制臺

控制臺布置于控制室，應(yīng)為鋼結(jié)構(gòu)，滿足防火要求，外形美觀，控制臺尺寸應(yīng)不小于4 000 mm×1 000 mm×760 mm。

2.5.2 保護

根據(jù)《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》《泵站設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定配置繼電保護，并力求簡單可靠。保護配置有：10 kV進線：電流速斷、過電流；10 kV母線：低電壓、絕緣監(jiān)視；10/0.40 kV降壓變壓器：電流速斷、過電流、過負(fù)荷、溫度過高；10 kV 主電動機：電流速斷、過熱、堵轉(zhuǎn)、低電壓、單相接地保護等。

2.5.3 測量

10 kV高壓進線柜、分段柜，0.40 kV低壓進線及分段柜、主泵出線柜配置電動機多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表。在0.40 kV其他饋電回路設(shè)置常規(guī)檢測用的數(shù)字型電流表，裝于各低壓開關(guān)柜上。多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表能對此工程配置的各測量信息進行顯示、記錄、報警，并通過標(biāo)準(zhǔn)通信接口與監(jiān)控PLC連接。主水泵內(nèi)設(shè)置溫度、滲漏傳感器，并將所測數(shù)據(jù)通過屏蔽信號電纜傳至綜合絕緣監(jiān)測控制器。

2.5.4 通信系統(tǒng)

在泵站和管理區(qū)各配置一臺20 門分機的電話程控交換機，中繼線為3 根，作為站內(nèi)通信、調(diào)度管理通信，此工程對外通信聯(lián)絡(luò)應(yīng)由建設(shè)單位向當(dāng)?shù)仉娦挪块T申請核準(zhǔn)確定。

2.6 機電設(shè)備布置

2.6.1 機組及其附屬設(shè)備的布置

泵站軸線位于變更后防洪閘（K7+635）上游87 m、出口與練江銜接，主泵房為堤后干室型，包括前池、泵房、壓力箱、穿堤箱涵、工作閘、消力池等部分。主泵房地下為整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，8臺機組組成一字型，機組間距6 m。

2.6.2 電氣設(shè)備布置

根據(jù)業(yè)主提供的資料，10 kV選用YJV電纜進入電排站，此工程機組電機采用高壓，故經(jīng)10 kV開關(guān)柜后直接帶動高壓電機，電氣設(shè)備集中布置在泵站控制樓內(nèi)，根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇姴块T的習(xí)慣做法，環(huán)網(wǎng)柜（10 kV電源）單獨布置，由供電部門負(fù)責(zé)。

3 結(jié)語

總而言之，電排站是重要的水利基礎(chǔ)設(shè)施，對于地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展有著一定的促進作用。電氣施工質(zhì)量直接影響到電排站的工作效能，進而影響到整個系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。所以，要重視司馬浦電排站電氣設(shè)計研究，對其中設(shè)計要點進行分析，保證電氣設(shè)備安全運轉(zhuǎn)。