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        水利泵站更新改造工程的電氣設(shè)備及其自動化

        2022-10-12 12:22:00李盛達
        黑龍江水利科技 2022年9期
        關(guān)鍵詞:進線泵站灌溉

        李盛達

        (惠州市潼湖水利工程管理中心,廣東 惠州 516000)

        結(jié)合潼湖圍東岸泵站更新改造工程情況,通過探討東岸泵站的電氣設(shè)備設(shè)置及自動化監(jiān)控系統(tǒng),了解水利泵站如何利用電氣技術(shù)實現(xiàn)排澇、灌溉功能,也為水利泵站建設(shè)管理提供一些參考。在實際工作中,通過學習和分析水利泵站更新改造工程的電氣設(shè)備及其自動化,能夠提高水利工作人員的專業(yè)水平和技術(shù)含量,提高水利泵站工程管理水平,保證水利泵站安全可靠運行,確保工程發(fā)揮實效。

        1 工程概況

        惠州市潼湖圍水利工程地處潼湖鎮(zhèn)上村至東莞市橋頭鎮(zhèn)一帶,橫跨惠州、東莞兩市,位于惠州市西南部,東江中下游與石馬河交匯處。東岸泵站是潼湖水利工程的骨干工程之一,位于東岸涌入東江處的東江堤段上,其任務是為圍內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供排澇、灌溉服務。東岸泵站更新改造后總裝機容量為5460kW,其中排澇裝機容量為4800kW,灌溉裝機容量為660kW。安裝6臺1700ZXB11.5-4.16型30°斜式軸流水泵,配套電機為6×800kW,泵站設(shè)計排水流量為70.2m3/s,設(shè)計揚程為4.16m。安裝2臺潛水軸流泵(1200ZDB-100),電機功率為2×330kW,灌溉設(shè)計流量為8.1m3/s,設(shè)計揚程5.95m,設(shè)計灌溉面積9686.67hm2。其余主要設(shè)備有:吊車為葫蘆雙梁橋式起重機,起重量16/5t,跨度14.3m。排澇防洪閘閘門啟閉機為3臺QPQ-2×150kN卷揚式啟閉機。灌溉泵站灌溉防洪閘門由1臺 QPQ-2×100kN卷揚式啟閉機負責啟閉。

        東岸泵站綜合利用自動化控制、計算機網(wǎng)絡及圖像監(jiān)視和通信技術(shù),建成一套先進的自動化控制和監(jiān)視系統(tǒng),以提高工程的安全性,促進泵站科學化、現(xiàn)代化的管理。自動化監(jiān)控系統(tǒng)能監(jiān)控整個泵站設(shè)備運行情況,包括6臺排澇機組和2臺灌溉機組、直流系統(tǒng)、技術(shù)供水系統(tǒng)、高低壓配電系統(tǒng),還包括防洪閘、東岸水閘和上、下游水位測量、雨量等水文監(jiān)測點。

        2 水利泵站改造工程的電氣一次及二次設(shè)備設(shè)置

        2.1 電氣一次設(shè)備

        2.1.1 接入電力系統(tǒng)

        對于東岸泵站更新改造工程來說,泵站排水設(shè)計流量70.2m3/s,灌溉設(shè)計流量8.1m3/s,總裝機容量5460kW,泵站規(guī)模屬大(2)型。根據(jù)泵站的規(guī)模和重要性,確定供電負荷等級為二級。

        通過全面分析,單回路電源不能滿足本工程的要求,需要采用兩回線路供電,主要有3個原因:①東岸泵站是潼湖綜合水利工程的骨干工程之一,承擔潼湖96.94km2雨水收集區(qū)的排水任務和1.33萬hm2耕地的灌溉任務,地位非常重要;②根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(GB50052-2016)規(guī)定,結(jié)合泵站規(guī)模、區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展程度和區(qū)域供電條件,宜采用雙回線路供電;③原有的35kV架空特高壓輸電線路,部分線路走廊布置在省道S120中間綠化帶,來往車輛較多,容易碰撞桿塔造成停電故障,供電可靠性不能滿足二次負荷的要求[1]。兩回線路電源接入點如圖1所示。

        回路Ⅰ:接惠州110kV潼湖變電站,供電電壓等級10kV,輸電距離5.0km,使用電纜線路。目前該回路已通過驗收并投入使用。

        回路Ⅱ:將原有35kV架空專用輸電線路降為10kV運行供電,線路電源接入點為110kV東莞橋頭變電站,輸電距離4.5km。該線路大部分位于東莞橋頭鎮(zhèn),線路改造引發(fā)的征地拆遷實施與補償辦理涉及東莞和惠州兩市,組織實施難度較大,目前該線路建設(shè)仍在協(xié)商當中。

        2.1.2 電氣主接線

        東岸泵站設(shè)計有兩條10kV電源進線、六條排水電機饋線電路和兩條變壓器饋線電路(詳見圖2),采用單母線分段接線,10kV高壓開關(guān)柜選用KYN28A-12型鎧裝移開式交流金屬封閉開關(guān)柜,開關(guān)采用真空斷路器。

        單母線分段投資略高,但靈活性、可靠性相對較好,因此,東岸泵站10kV側(cè)為單母線分段接線,設(shè)置母聯(lián)斷路器。泵站設(shè)計10kV雙電源供電,采用一主一備供電方式,任一電源均能滿足全部的負荷,保證六臺排澇水泵和二臺變壓器穩(wěn)定運行。正常情況下,潼湖變電站作為主用電源,橋頭變電站作為備用電源,即1G01進線柜開關(guān)閉合,1G08聯(lián)絡柜開關(guān)閉合,1G15進線柜開關(guān)斷開。當主電源發(fā)生故障時,由備用電源橋頭變電站供電,即1G01進線柜開關(guān)斷開,1G08聯(lián)絡柜開關(guān)閉合,1G15進線柜開關(guān)閉合。1G01、1G15進線柜開關(guān)實行自動備投,即1G01斷開,1G15自動閉合,反之亦然;1G01、1G15進線柜開關(guān)、1G08聯(lián)絡柜開關(guān)之間實行電氣機械聯(lián)鎖,即1G01、1G15進線柜兩個開關(guān)閉合時,聯(lián)絡開關(guān)不得閉合;1G01或1G15進線柜開關(guān)與1G08聯(lián)絡柜開關(guān)閉合時,1G15或1G01進線柜開關(guān)不得閉合。但由于備用電源橋頭變電站至東岸泵站線路仍未完成建設(shè),目前僅單電源供電。

        2.1.3 變壓器

        泵站設(shè)一臺SCB11-400/0.4站用變壓器,接10kV電壓Ⅱ段母線,其容量能滿足泵站輔助設(shè)備及照明設(shè)施的用電要求。站用電源接線采用單母線,站用電壓采用400/220V,帶電導體系統(tǒng)采用三相四線制,低壓配電系統(tǒng)接地保護方式采用TN-S系統(tǒng)。站用電的主要負荷為:防洪閘門、管養(yǎng)樓、格柵清污機、檢修設(shè)備、橋式起重機、泵房及廠房照明、電動葫蘆、抓斗式清污機、電機加熱器、勵磁裝置、檢修滲漏排水泵、技術(shù)供水泵、消防供水泵、UPS設(shè)備、直流系統(tǒng)等設(shè)備。采用綜合系數(shù)法計算泵站用電負荷約為392.86kVA,因此站用變壓器容量為400kVA。為滿足緊急情況下的搶修及站用重要設(shè)備運行需求,另設(shè)有一臺100kW柴油發(fā)電機作為應急備用電源。

        泵站還設(shè)一臺SCB11-1000/0.4灌溉主變壓器,接10kV電壓Ⅰ段母線,其容量滿足灌溉機組用電要求。

        2.1.4 電動機

        東岸泵站排水泵機組單機容量為800kW,電機的額定電壓為10kV。灌溉水泵機組單機容量為330kW,潛水電機采用的是0.38kV電壓等級。

        設(shè)計時排澇泵組可選用異步電動機和同步電動機,以下對兩種方案的優(yōu)缺點進行定性比較。

        異步電動機優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,低造價,維護、運行方便。缺點是需要裝設(shè)電容器組進行無功補償,因當前高壓電容器質(zhì)量存在不穩(wěn)定的問題,尤其是油浸式電容器,會發(fā)生漏油事故,對泵站消防不利[2]。此外,電容器組占地面積大,不利于廠房布置。

        同步電動機優(yōu)點是功率因數(shù)高,電機起動電流較小,對電網(wǎng)沖擊小,必要時還可向電網(wǎng)發(fā)無功,可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,過載能力及抗系統(tǒng)干擾性強。缺點是結(jié)構(gòu)復雜,多了滑環(huán)、碳刷及勵磁系統(tǒng),運行維護較復雜,整體造價比異步電動機高約10%。

        綜合以上分析,雖然同步電機整體造價稍高,但從運行可靠性、穩(wěn)定性考慮,排澇泵組選用TXZ800-24/2150同步電動機。灌溉泵組選用YQGN740L1-12異步電動機。

        2.1.5 防雷及接地

        配電裝置的防雷配置應符合相關(guān)法規(guī)和規(guī)范的要求。在10kV進線電源側(cè)安裝氧化鋅避雷器組,以保護主要電氣設(shè)備在各種運行模式下免受雷擊波的影響。每個斷路器柜中安裝三相組合過電壓保護器,以防止過電壓危及電機等電氣設(shè)備。泵站建筑物按三類建筑物防雷標準設(shè)置直擊雷防護裝置。屋面采用避雷帶保護,構(gòu)造柱內(nèi)兩根避雷帶≥Φ16,主筋引至接地網(wǎng)。

        泵站10kV配電系統(tǒng)為中性點不接地系統(tǒng),結(jié)合泵站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的要求,泵站配有接地網(wǎng),充分利用泵站基礎(chǔ)加固作為自然接地體,人工接地體采用≥50×5的熱浸鍍鋅扁鋼,金屬外殼、管道、閘門等所有設(shè)備等均應與接地網(wǎng)連接,以保護人身和設(shè)備安全[3]。

        2.2 電氣二次設(shè)備

        2.2.1 繼電保護

        保護裝置采用微機保護裝置,10kV進線及分段母線、10kV電動機、1000kVA及400kVA變壓器等10kV設(shè)備的保護裝置安裝在相應的10kV高壓開關(guān)柜上。根據(jù)《電力裝置的繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范》及《泵站設(shè)計規(guī)范》配置。泵站的保護配置如下:

        1)10kV進線(母線)保護配置:定時限電流速斷保護、低電壓保護、單相接地保護。

        2)電動機保護配置: 電流速斷保護、過負荷保護、低電壓保護、失步保護、失磁保護。

        3)變壓器保護配置:電流速斷保護、過電流保護、單相接地保護。

        2.2.2 直流系統(tǒng)

        泵站配備一套220V直流系統(tǒng),用于保護、操作、信號裝置供電和應急照明。直流裝置選用高頻開關(guān)電源設(shè)備,由65AH鎘鎳電池充電屏和直流饋電屏組成。通過在直流饋線上安裝智能充電模塊,可以實現(xiàn)對高頻充電的智能監(jiān)控。

        2.2.3 勵磁系統(tǒng)

        東岸泵站排澇機組為同步電動機,機組勵磁系統(tǒng)采用他勵方式,勵磁電源從站用變壓器低壓側(cè)取得,系統(tǒng)的起勵方式為為交流起勵。勵磁系統(tǒng)采用靜止式三相全控橋可控硅勵磁系統(tǒng)。

        3 自動化監(jiān)控系統(tǒng)

        東岸泵站采用“計算機監(jiān)控為主、簡化常規(guī)控制為輔”的監(jiān)控方式。自動化監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)控泵站的泵組、高低壓變配電裝置、站內(nèi)輔助設(shè)備、閘門及啟閉機等,采用分層分布式的開放式結(jié)構(gòu),監(jiān)控系統(tǒng)分為三層,分別為調(diào)度中心層、集中監(jiān)控層、現(xiàn)地控制單元層(LCU)。其中調(diào)度中心層為預留功能,以便將來實現(xiàn)遠程集中調(diào)度[4]。集中監(jiān)控層采用100Mbps以太網(wǎng)結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡交換機采用工業(yè)級產(chǎn)品,保證數(shù)據(jù)、圖形和語音信息的高速可靠傳輸。集中監(jiān)控層與現(xiàn)地級監(jiān)控層LCU采用雙絞線連接,保證信號的可靠傳輸。現(xiàn)地控制單元包括1—8號泵組現(xiàn)地控制單元(1—4LCU,2臺泵組設(shè)1套LCU)、公用設(shè)備現(xiàn)地控制單元(5LCU)、防洪閘門現(xiàn)地控制單元(6LCU)及技術(shù)供水現(xiàn)地控制單元(7LCU) ,共7套現(xiàn)地控制單元。每個現(xiàn)地控制單元LCU均以PLC為控制核心,采用彩色觸摸屏作為人機界面。

        監(jiān)控系統(tǒng)具有以下功能:數(shù)據(jù)采集和處理、安全運行監(jiān)視及預警、自動控制與調(diào)節(jié)、人機聯(lián)系、運行管理、歷史數(shù)據(jù)記錄、系統(tǒng)自診斷、軟件編輯等功能。

        4 結(jié) 語

        總而言之,在水利工程建設(shè)管理中,通過運用電氣技術(shù)發(fā)揮工程效益,促進水利工程管理的科學化、現(xiàn)代化,能夠更好保證水利工程運行效率和安全,更好地滿足社會發(fā)展要求。泵站作為重要的水利工程,使用電氣設(shè)備及自動化技術(shù),能夠更好操控泵站設(shè)備運行,提高工程的安全性、可靠性,充分發(fā)揮工程效益,也有利于提高泵站工程建設(shè)與管理水平,促進我國水利事業(yè)健康發(fā)展。

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