謝悅毅

(江門市科禹水利規(guī)劃設(shè)計(jì)咨詢有限公司，廣東 江門 529000)

1 工程概況

藍(lán)田水閘位于恩平市橫陂鎮(zhèn)藍(lán)田村附近，距離橫陂鎮(zhèn)15 km，距離恩平市中心30 km，是大河(當(dāng)?shù)赜址Q藍(lán)田河)中下游的一座攔河水閘，水閘控制集雨面積82 km2，水閘設(shè)計(jì)灌溉面積為449.3 hm2，水閘總凈寬為77 m，是一座以灌溉、排洪為主，兼顧交通和生態(tài)景觀的小(1)型水閘，屬于Ⅳ等工程。

藍(lán)田水閘建于1960年，距今已運(yùn)行幾十載，由于年久失修，水閘建筑物已出現(xiàn)滲流，金屬結(jié)構(gòu)銹蝕嚴(yán)重，電機(jī)損壞、啟閉機(jī)不能正常運(yùn)行，水閘的電氣設(shè)備簡(jiǎn)陋、落后、不可靠、不安全，存在嚴(yán)重安全隱患，已無(wú)法滿足水閘防洪防澇要求。經(jīng)相關(guān)部門安全鑒定，水閘工程質(zhì)量、防洪標(biāo)準(zhǔn)、滲流安全、結(jié)構(gòu)安全、金屬結(jié)構(gòu)及機(jī)電設(shè)備安全均評(píng)定為C級(jí)，綜合評(píng)定藍(lán)田水閘被評(píng)定為四類閘?；诖?，須盡快對(duì)藍(lán)田水閘拆除重建。

本工程是在水閘原址重建，水閘采用11扇平板鋼閘門擋水，總凈寬77 m，每扇閘門配一臺(tái)QPQ2*16啟閉機(jī)，采用一機(jī)一門控制，啟閉設(shè)備選用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)和固定式卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)操作。水閘工程采用0.4 kV電源供電，并采用一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)作為緊急備用電源，以保障水閘運(yùn)行安全。

2 電氣設(shè)計(jì)方案

2.1 供電電源設(shè)計(jì)

(1)負(fù)荷等級(jí)。 藍(lán)田水閘具有“阻咸蓄淡”、灌溉、防洪抗洪的功能，是保障農(nóng)田正常灌溉、農(nóng)村居民生產(chǎn)用水、改善藍(lán)田村水生態(tài)環(huán)境的重點(diǎn)，而水閘用電安全關(guān)系到水閘能否正常發(fā)揮其作用。基于此，電氣設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇可靠性強(qiáng)、安全性高的供電電源設(shè)備，唯有這樣，才能保障水閘用電的安全可靠。本水閘工程0.4 kV配電系統(tǒng)側(cè)主要用電負(fù)荷為水閘啟閉機(jī)及管理用電，屬非工業(yè)用電，負(fù)荷等級(jí)為三級(jí)；用電設(shè)備總安裝容量約191 kW。其中：水閘啟閉機(jī)11臺(tái)，單臺(tái)機(jī)組功率均為11 kW；水閘管理用電負(fù)荷約為20 kW；管理房用電負(fù)荷約為50 kW。設(shè)備平均功率因數(shù)為0.8，需要系數(shù)為0.5，計(jì)算容量為96 kW，計(jì)算電流為182 A。

(2)供電電源。 由于水閘內(nèi)啟閉機(jī)設(shè)備與管理用電總?cè)萘窟_(dá)到191 kW，為此，本次水閘選用AC380/220 V單電源供電[1]，頻率50 Hz，主電源接自本水閘專用戶外變電所，變電所安裝一臺(tái)S11-M-125型變壓器及其配套配電裝置，變電所10 kV電源接自附近10 kV電源點(diǎn)，接入點(diǎn)距本水閘約1000 m；備用電源接自柴油發(fā)電機(jī)房，距本水閘約100 m。各種電壓等級(jí)供電線路如表1所示。

表1 供電線路規(guī)格

2.2 電氣主接線

電氣主接線需要考慮能夠滿足安全可靠、經(jīng)濟(jì)、操作靈活、檢查維護(hù)方便的要求[2]，且需要結(jié)合藍(lán)田水閘的規(guī)模、裝機(jī)容量、電壓等級(jí)、運(yùn)行方式及負(fù)荷性質(zhì)等特點(diǎn)，以及當(dāng)?shù)毓╇婋娋W(wǎng)實(shí)際情況綜合考慮來(lái)設(shè)計(jì)。由于水閘主變壓器負(fù)荷、損耗比較大，使用率低，所以還需要在水閘附近新建1座戶外臺(tái)架式變壓器，主變?nèi)萘繛?25 kVA；由于高壓系統(tǒng)是由10 kV電纜線路引來(lái)，因此，可在高壓系統(tǒng)側(cè)設(shè)置戶外跌落式熔斷器保護(hù)，作為短路保護(hù)和過(guò)負(fù)荷保護(hù)；變壓器低壓側(cè)配置一臺(tái)戶外桿上一體化配電箱，用于計(jì)量各個(gè)啟閉機(jī)的負(fù)荷量，計(jì)量方式高供低計(jì)。站用日常用管理等低壓電氣設(shè)備采用放射式、樹干式及混合式供電，以便日常檢修或突發(fā)故障時(shí)，能保障水閘正常運(yùn)行。

2.3 主要電氣設(shè)備的選擇與布置

2.3.1 變壓器

藍(lán)田水閘主變?nèi)萘康倪x擇與計(jì)算一般需要根據(jù)水閘的機(jī)電設(shè)備和管理用電負(fù)荷來(lái)選擇，主變壓器容量應(yīng)按下式(1)計(jì)算[3]：

(1)

式中：S為主變壓器容量，kV·A；P1為啟閉機(jī)額定功率，kW，取11 kW，共11臺(tái)；P2為照明負(fù)荷，kW，取70 kW； cosφ為啟閉機(jī)功率因數(shù)，取0.8；K2為照明同時(shí)系數(shù)，取0.9；K1為啟閉機(jī)需要系數(shù)，取0.3。經(jīng)計(jì)算S=108 kVa。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以得知，藍(lán)田水閘重建工程選用1臺(tái)容量為125 kVA變壓器即可滿足要求。工程主要的電氣設(shè)備參考選型如表2所示。

表2 主要電氣設(shè)備參考選型

2.3.2 導(dǎo)線及電纜

藍(lán)田水閘重建工程的電纜主要有高壓電纜和低壓電纜兩種，為此，在設(shè)計(jì)時(shí)，高壓電力電纜可選用FY-YJV22-8.7/15 kV型，低壓電力電纜選用YJV-0.6/1 kV型，或ZR-VV-0.6/1 kV型，控制電纜選擇KVV型。

2.3.3 電氣設(shè)備布置

(1)戶外臺(tái)架式變壓器。本工程需在水閘附近新建一座戶外臺(tái)架式變壓器，主變、跌落式熔斷器、隔離開關(guān)、戶外電表箱等電氣設(shè)備均裝設(shè)于桿上。

(2)水閘閘室。 本水閘配電箱、11臺(tái)啟閉機(jī)控制箱等設(shè)備均布置于閘室內(nèi)。

2.4 照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)置

本工程水閘照明設(shè)計(jì)時(shí)，需要遵循設(shè)計(jì)原則，挑選高效、節(jié)能、發(fā)光率高、壽命長(zhǎng)的燈具，以減少后期維護(hù)費(fèi)用及損耗費(fèi)用。水閘電氣照明主要設(shè)有兩種照明系統(tǒng)，一種正常照明系統(tǒng)，一種事故應(yīng)急照明系統(tǒng)[4]。正常照明系統(tǒng)主要設(shè)置在管理房?jī)?nèi)，照明用電均采用AC380/220 V單電源供電，室內(nèi)照明燈具均選用LED燈管，并在室內(nèi)均勻布置，安裝方式為貼墻安裝，裝高3 m；而應(yīng)急燈一般設(shè)置在高低壓配電室、控制室、走廊等出入口處，采用玻璃或其他不燃燒材料作保護(hù)罩并有自帶電源，戶外道路照明燈具采用IP65等級(jí)LED泛光燈；所有燈具金屬外殼應(yīng)與PE線連接，所有開關(guān)及插座均選用安全型產(chǎn)品。

2.5 過(guò)電壓保護(hù)與接地裝置

2.5.1 繼電保護(hù)方式

(1)10 kV電源裝設(shè)戶外真空斷路器+隔離開關(guān)組合，具有電流速斷、過(guò)流、過(guò)負(fù)荷等保護(hù)功能。

(2)戶外臺(tái)架式變壓器高壓側(cè)采用跌落式熔斷器保護(hù)作為過(guò)流保護(hù)。

(3)低壓側(cè)總進(jìn)線為戶外桿上一體化配電箱，采用塑殼式斷路器保護(hù)，低壓出線采用塑殼式斷路器保護(hù)，當(dāng)線路或設(shè)備發(fā)生短路或接地故障時(shí)，塑殼式斷路器能自動(dòng)跳閘，切除故障線路或設(shè)備。

2.5.2 防雷與接地

在進(jìn)行水閘雷電防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)水閘防雷設(shè)計(jì)原則與規(guī)定，當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生雷電因素、雷電入侵途徑等來(lái)確定防雷等級(jí)與安裝防雷保護(hù)裝置與接地，以此降低雷電給水閘帶來(lái)的損害。當(dāng)前，藍(lán)天水閘所有水工建筑物均按三類防雷建筑物進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)，一般采取防直擊雷和雷電波侵入兩種措施。

(1)防直擊雷。在水工建筑物天面采用避雷帶做防直雷保護(hù)接閃器，并與天面鋼筋形成不大于20 m×20 m或24 m×16 m的網(wǎng)格；安裝在建筑物立面的無(wú)金屬外殼的電氣設(shè)備不應(yīng)布置在避雷網(wǎng)之外；變壓器高、低壓側(cè)均裝設(shè)避雷器；利用建筑物邊柱內(nèi)的主筋做引下線，利用建筑物基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋網(wǎng)做接地裝置。天面上所有金屬物均與防雷裝置可靠連接，并按相關(guān)防雷規(guī)定做好防雷感應(yīng)措施。

(2)防雷電波入侵。由于電纜是雷電入侵的主要途徑，為此，水閘電氣設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑物的防雷設(shè)計(jì)時(shí)，一定要嚴(yán)格按照我國(guó)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057—2010)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為此，在設(shè)計(jì)時(shí)，可以將水閘水工建筑物的電力電纜、金屬管線均與接地裝置可靠連接，并在站用低壓總電源箱處裝設(shè)浪涌保護(hù)器，以避免水閘供電系統(tǒng)與機(jī)電設(shè)備受損。

(3)接地。接地作為防雷設(shè)備的重要組成部分之一，為此，在設(shè)計(jì)時(shí)可以利用水工建筑物礎(chǔ)鋼筋作為接地裝置，將所有防雷與強(qiáng)電系統(tǒng)全都統(tǒng)一共用接地裝置，接地電阻值不大于1 Ω；另外，為確保接地的可靠性，還需增設(shè)一組接地裝置供開關(guān)站及控制室設(shè)備接地，新裝的接地裝置與原有的接地裝置作可靠的金屬連接，且連接點(diǎn)不少于2處。本工程接地型式為TN-S系統(tǒng)，所有外露可導(dǎo)電部分均與PE線可靠連接[5]。

3 結(jié) 語(yǔ)

藍(lán)田水閘重建工程的電氣設(shè)計(jì)關(guān)系到水閘擋水、排洪、阻咸蓄淡、灌溉功能是否得到充分發(fā)揮。為此，電氣設(shè)計(jì)人員嚴(yán)格按照相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合水閘實(shí)際情況選用即可靠又先進(jìn)的電氣設(shè)備，可以提升水閘灌溉、排洪能力，確保農(nóng)田灌溉、農(nóng)村居民生產(chǎn)用水。這對(duì)改善水環(huán)境、推動(dòng)鄉(xiāng)村振興、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展有著十分重要的作用。