謝悅毅

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

近幾年來隨著江門市經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，西江、潭江流域支流河道的水安全及水環(huán)境污染問題日益嚴峻，由于各支流的水污染控制與治理措施滯后，河道排澇能力低、水體污染嚴重，水質(zhì)自凈能力逐漸減弱。為了改善流域內(nèi)水環(huán)境，給人民群眾提供一個良好的居住環(huán)境，亟須對西江、潭江流域重點跨縣河流(水系)進行綜合治理，其中包括公益泵閘新建項目。由于公益水每年遇暴雨、漲潮、洪水時，堤岸兩側(cè)集鎮(zhèn)、村莊及農(nóng)田低洼處容易受淹，且無法外排，加上沿河兩岸受土地約束影響，難以采取堤防達標加固措施。為此，需在公益水河口處新建公益泵閘。該工程實施完成后，不僅能夠改善公益區(qū)域內(nèi)的水體環(huán)境，而且提高區(qū)域內(nèi)排澇能力。

1工程概況

新建公益泵閘建于公益水河口，屬于潭江臺山段，是一座水閘和泵站結(jié)合的樞紐建筑物。建設(shè)內(nèi)容包括閉口閘和排澇泵站，水閘建在河口處，建設(shè)規(guī)模為56 m，按《水閘設(shè)計規(guī)范》(SL 265—2016)的建議，孔數(shù)宜用單數(shù)，則水閘采用7孔×8 m。閘室采用2孔一聯(lián)+3孔一聯(lián)+2孔一聯(lián)的布置方式，每聯(lián)內(nèi)的中墩厚度1.30 m、每聯(lián)之間的閘墩厚度2.00 m，則閘孔總寬度65.20 m(不含邊墩)，比現(xiàn)有河道寬度大3.20 m。 泵站建于公益水閘右側(cè)，原河床處，建設(shè)規(guī)模為48 m3/s，并選用4臺1800QGWZ-125型水泵(φ=+20)，轉(zhuǎn)速n=257 r/min，設(shè)計流量Q=49.92 m3/s。水泵配套10 kV高壓電動機，電機裝機功率3600 kW，根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范》(GB 50265—2010)，泵站等別屬Ⅲ等，為中型泵站?？紤]到該工程的用電設(shè)備較多，且都是功率較大的泵組和水閘，為此，本次電氣一次設(shè)計根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求采用10 kV高壓單電源進行供電，以確保工程用電正常及合理[1-3]。

2 電氣設(shè)計方案

2.1 供電電源設(shè)計

2.1.1 負荷等級

由于泵閘具有防洪抗?jié)场⒄{(diào)節(jié)水資源等功能，能夠保障公益鎮(zhèn)內(nèi)人們的生命財產(chǎn)安全。為此，選擇安全可靠的供電系統(tǒng)及電氣設(shè)備是本次設(shè)計的重點?？紤]到該工程的重要性，本次公益泵閘用電負荷均屬非工業(yè)用電，負荷等級為三級，為了確保供電的安全與穩(wěn)定性，本次采用10 kV高壓單電源供電。站內(nèi)主要用電設(shè)備容量表1所示。

2.1.2 電源接入方式

該泵公益閘水泵機組采用10 kV高壓單電源進行供電，電源接自附近10 kV農(nóng)網(wǎng)，電源點距本泵閘約1500 m(通道)，確切接入點以當?shù)毓╇姴块T出具的正式用電批復(fù)為準。站用低壓電氣設(shè)備的電壓等級為AC220/380 V，經(jīng)站用主變器降壓后再經(jīng)低壓配電柜分配到各用電設(shè)備。

表1 站內(nèi)主要用電設(shè)備容量

由于泵閘水泵機組有4臺，且單機容量均為900 kW，4臺總?cè)萘繛?600 kW，考慮到供電電源接自附近10 kV農(nóng)網(wǎng)架空線路，為減小水泵機組起動時對附近用戶的影響，一般大功率水泵機組，可根據(jù)當?shù)毓╇姴块T的要求，采用軟起動方式的高壓干式調(diào)壓軟起動柜進行啟動，通過在高壓電動機的起動回路中串聯(lián)PLC，以達到電動機電壓可調(diào)的軟起動效果。這種起動柜因具有設(shè)計一體化，體積小，安全性能高，過載能力強，調(diào)節(jié)范圍大，無諧波污染，免維護，適用于各種苛刻的環(huán)境條件等優(yōu)點，在各類工程中得到了廣泛應(yīng)用，為此，在本次工程電氣設(shè)計中得到應(yīng)用。

2.1.3 電氣主接線

泵閘電氣主接線一般是根據(jù)泵閘型式、規(guī)模、裝機容量、電壓等級、運行方式及負荷性質(zhì)等來設(shè)計，為此，泵閘還需新建一座戶內(nèi)型開關(guān)站，內(nèi)設(shè)高、低壓配電室。根據(jù)江門市供電部門要求，公益泵閘高壓開關(guān)站10 kV側(cè)采用單母線接線，按一進一計五出四補償配置，水泵機組采用放射式供電。

而站用0.4 kV側(cè)為單母線接線，同時，根據(jù)各站日常管理檢修用電容量計算，計劃安裝一臺200 kVA站用變，在站用變低壓側(cè)配置有參考計量柜、無功補償柜、配電柜。為此，站用低壓電氣設(shè)備采用放射式、樹干式及混合式接電方式。這種供電方式不僅操作簡單，方便集中控制，同時還能夠保障供電的可靠性，即使一路電源在出現(xiàn)故障，也不會影響到其他電源的正常使用，具有較高的負荷供電可靠性。

2.2 主要電氣設(shè)備設(shè)計

2.2.1 短路計算

因暫無電力系統(tǒng)短路及輸電線路資料，計算時系統(tǒng)按200 MVA考慮，系統(tǒng)電抗為XC=0.5，輸電線路按10 km考慮，取基準容量Sj=100 MVA，Uj=10.5 kV，Ij=5.5 kA。本泵閘主接線標識、各元件電抗的標幺值表及短路電流計算表分別如圖1、表2及表3所示。

表2 各元件電抗的標幺值

2.2.2 電動機啟動方式的計算

當由無限大電源容量的系統(tǒng)供電時，假定電動機投入運行前的母線電壓等于網(wǎng)絡(luò)標稱電壓，即為Um=10 kV。因暫無電力系統(tǒng)短路及輸電線路資料，計算時供電變壓器容量ST按30 MVA考慮，供電線路長度l按5 km考慮。則起動時母線電壓下降的計算如式(1)、式(2)：

(1)起動回路的額定輸入容量Ss t：

Ss t M=ks tSr M

(1)

(2)母線電壓相對值us t m：

Qfh=0.6(ST-SrM)

(2)

式中：Ss tM為電動機額定啟動容量，MVA；X1為電纜線路電抗，取0.091 Ω；kst為電動機額定起動電流倍數(shù)，取5倍；SrM為電動機額定容量，取1.29 MVA；Skm為母線短路容量，MVA，取200 MVA；Qfh為預(yù)接負荷的無功功率，MVA。經(jīng)計算Sst=6.25 MVA,ustm=0.97。

圖1 泵閘主接線標識

表3 短路電流計算成果

根據(jù)計算結(jié)果得出，本工程電動機可采用直接起動方式啟動，由于本工程供電電源接自公用電網(wǎng)，其他的接入負荷等級未明，基于此，本工程為了減小水泵機組起動時對附近用戶的影響，一般大功率水泵機組，當?shù)毓╇姴块T要求采用軟起動方式啟動。

2.2.3 主要電氣設(shè)備選用設(shè)計

(1)站用變壓器選用。 一直以來，在選擇站用變壓器的容量時，一般會遵從一臺站變退出運行時，另外一臺能夠承擔重要占用負荷的原則。為此，本工程變壓器容量的計算根據(jù)泵閘總負荷、水泵電機組設(shè)備以及運行方式進行計算。得出站用變壓器的容量<400 kVA，考慮到公益泵閘工程的重要性與選擇原則，本次站用變壓器額定容量采用160 kVA，額定電壓選用10(10.5)±2×2.5%/0.4 kV，阻抗電壓確定Ud%=4，連接組別為D，yn11。

(2)高、低壓配電裝置。 在公益泵閘電氣設(shè)計中，根據(jù)不同容量的變壓器選擇不同的開關(guān)設(shè)備，結(jié)合本工程變壓器額定容量是160 kVA，為此，工程高壓配電裝置的隔離開關(guān)采用GW9-10/630A，氧化鋅避雷器選用YH5WS-17/50FT，中置柜選KYN28-12，高壓干式調(diào)壓軟起動柜采用KYN28-12(內(nèi)裝有啟動器、斷路器及保護裝置、儀表等)，高壓電容補償柜采用TBB10-320(內(nèi)裝有高壓電容、真空接觸器及保護裝置、儀表等)；而低壓配電裝置的低壓配電柜選用GGD3、GJD2型，低壓配電箱選擇XL-21、XM、XK1，氧化鋅避雷器選YH5W-0.28/1.5 kV。

(3)導(dǎo)線及電纜。 公益泵閘工程的電纜一般包括高壓電纜和低壓電纜兩種，這些電纜一般都是具有阻燃型交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套的，在設(shè)計時，高壓電力電纜可選用FY-YJV22-8.7/15 kV型，能用于10 kV進線、出線到變壓器的高壓；而低壓電力電纜可選YJV-0.6/1 kV型、ZR-VV-0.6/1 kV型或ZR-VV22-0.6/1 kV型，可適用于0.4 kV的低壓配電回路；低壓導(dǎo)線選用ZR-BVV-450/750V型，控制電纜采用ZR-KVVP-450/750V型。

本工程擬安裝的主要電氣設(shè)備見表4。

表4 主要電氣設(shè)備情況

2.3 繼電保護及防雷接地系統(tǒng)設(shè)計

2.3.1 繼電保護設(shè)計

根據(jù)繼電保護相關(guān)規(guī)范要求，公益泵閘工程的電源進線是電纜進線，考慮到電源接自附近10 kV 農(nóng)網(wǎng)架空線路，為此，在設(shè)計繼電保護時應(yīng)遵循相關(guān)要求，具體如下：

(1)10 kV開關(guān)站內(nèi)成套高壓開關(guān)柜應(yīng)選擇裝設(shè)真空斷路器，配有微機型綜合繼電保護裝置、并自帶有通信端口，具有電流速斷、過流、過負荷等保護功能的高壓開光柜。

(2)高壓電動機應(yīng)選擇真空斷路器保護，配置有微機型電動機綜合繼電保護裝置,并自帶有通信端口，具有過負荷、過流、短路、低電壓、過熱及啟動時間過長等保護的裝置。

(3)基于高壓電容器組投切均是通過無功自動補償裝置來控制主回路真空接觸器的合分來實現(xiàn)，為此，應(yīng)選擇配置有微機型電容器保護裝置，并自帶有通信端口，具有電流速斷、過流保護、過壓保護及失壓保護等功能。

(4)低壓側(cè)則可以選擇塑殼開關(guān)做過流保護，以防止發(fā)生短路或接地故障時，塑殼開關(guān)可以自動跳閘，切除故障線路或設(shè)備，以確保工程用電安全。

2.3.2 防雷接地系統(tǒng)設(shè)計

公益泵閘的接地系統(tǒng)采用聯(lián)合接地的方式，其防雷和接地共用一個接地系統(tǒng)，根據(jù)當?shù)仄骄妆┤諗?shù)據(jù)，本工程水工建筑物均是按三類防雷建筑物設(shè)計防雷措施，為此，本工程采用防直擊雷和雷電波侵入措施。

(1)防直擊雷。 為了防止直擊雷所產(chǎn)生的損害，在設(shè)計泵閘天面時，可采用避雷帶做接閃器，并與天面鋼筋形成不大于20 m×20 m或24 m×16 m的網(wǎng)格；天面上所有金屬物均與防雷裝置可靠連接；安裝在建筑物立面的無金屬外殼的電氣設(shè)備不應(yīng)布置在避雷網(wǎng)之外；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。

(2)防雷電波入侵。為了防止雷電侵入波引起的過電壓，需將進入建筑物的電力電纜、金屬管線均與接地裝置可靠連接；并在10 kV高壓柜內(nèi)均裝設(shè)有氧化鋅避雷器；在站用低壓總電源箱處裝設(shè)浪涌保護器。

(3)接地系統(tǒng)。利用水工建筑物礎(chǔ)鋼筋作為接地裝置，將泵閘與防洪閘啟閉室的接地網(wǎng)連通，所有防雷與強、弱電系統(tǒng)均共用接地裝置，接地電阻值按不大于1 Ω進行設(shè)計，為此，本工程配電系統(tǒng)接地形式采用TN-S系統(tǒng)，使所有外露可導(dǎo)電部分均與PE線能夠安全可靠連接。

3 結(jié) 語

西江、潭江流域支流河道綜合治理工程能夠改善河流水環(huán)境，提高水體質(zhì)量。而公益泵閘工程的電氣一次設(shè)計作為保證工程順利開展實施的重要環(huán)節(jié)，在設(shè)計時需要按照相關(guān)規(guī)定要求進行設(shè)計，使工程電氣設(shè)備具有經(jīng)濟性、先進性、可靠性，以確保工程用電的合理、安全。這對提升公益泵閘防洪排澇能力具有十分重要的作用。