南水北調(diào)中線天津干線蘭溝河西保水堰10kV 變電站設(shè)計(jì)

劉福春

（天津市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，天津 300204）

1 概況

南水北調(diào)中線一期工程天津干線西起西黑山進(jìn)口閘，東至天津市外環(huán)河出口閘，全長(zhǎng)155.305km。蘭溝河西保水堰作為天津干線沿途18座控制性建筑物之一，為保證天津干線輸水安全可靠，需配置永久供電。

2 設(shè)計(jì)原則

（1）供電區(qū)段劃分應(yīng)按照天津干線分段實(shí)施的原則，并結(jié)合省市縣的行政區(qū)域和地理界線統(tǒng)一考慮，以便于建設(shè)管理與運(yùn)行調(diào)度。

（2）供配電設(shè)計(jì)應(yīng)保證供電可靠、操作靈活、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、維護(hù)方便。

3 負(fù)荷等級(jí)劃分

根據(jù) 《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50052—2009）和南水北調(diào)中線一期工程供電系統(tǒng)初設(shè)大綱，確定南水北調(diào)中線天津干線蘭溝河西保水堰用電負(fù)荷按二類用電負(fù)荷考慮。

4 供電方式

近年來(lái)，隨著國(guó)家加大對(duì)電力設(shè)施的建設(shè)和改造力度，大大提高了電網(wǎng)供電的可靠性。天津干線供電采用35 kV專網(wǎng)供電方案和10 kV公網(wǎng)供電方案，均能滿足天津干線安全輸水的需要，在可研階段已對(duì)兩種供電方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合論證，確定天津干線蘭溝河西保水堰采用10 kV公網(wǎng)供電方案：從該地區(qū)采用就近10 kV架空線路“T”接至負(fù)荷點(diǎn)，在現(xiàn)地設(shè)置1座10/0.4 kV降壓變電站為負(fù)荷點(diǎn)供電。

5 10/0.4 kV降壓變電站控制保護(hù)

蘭溝河西保水堰10/0.4 kV降壓變電站變壓器控制保護(hù)采用10 kV負(fù)荷開(kāi)關(guān)和熔斷器；低壓出線開(kāi)關(guān)選用塑殼斷路器。各電氣設(shè)備按所在回路的額定電壓、額定電流選擇，并按短路電流進(jìn)行動(dòng)、熱穩(wěn)定效驗(yàn)，滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

6 10kV輸電線路

蘭溝河西保水堰設(shè)置1座10 kV室內(nèi)變電站，供電負(fù)荷等級(jí)按二類負(fù)荷考慮。電源采用單回10 kV架空線路+柴油發(fā)電機(jī)供電。10 kV架空線路就近與晾馬臺(tái)35 kV變電站劇村513線路“T”接。

本工程架設(shè)JKLGYJ-10-35架空絕緣導(dǎo)線649 m，安裝拉線2條，設(shè)拉線盤2塊。線路最大設(shè)計(jì)檔距為100 m，一般檔距為60～70 m；導(dǎo)線采用三角排列，水平線距為1m，垂直線距為0.5 m。

新設(shè)12m水泥電桿16基，電桿選用直徑190mm型12 m稍徑桿，埋深1.9 m，電桿配置相應(yīng)的橫擔(dān)。直線桿選用P-20T型支柱絕緣子；轉(zhuǎn)角、終端和耐張桿選用XWP-7懸式絕緣子。

該段線路“T”接點(diǎn)裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)1組、HY5WZR-17/45氧化鋅避雷器1組，終端桿上裝設(shè)HRW-10kV跌落式熔斷器1組、HY5WZR-17/45氧化鋅避雷器1組及高壓組合計(jì)量裝置1臺(tái)。

7 永久用電與施工用電的結(jié)合

本著節(jié)省工程投資、減少浪費(fèi)、降低工程造價(jià)的原則，設(shè)計(jì)上充分考慮永久與臨時(shí)供電相結(jié)合。天津干線蘭溝河西保水堰永久供電采用10 kV架空供電線路，臨時(shí)供電優(yōu)先考慮采用10 kV架空供電線路，以當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)供電為主，可就近從地方變電站引接35和10 kV高壓線路到工地，并在各施工工區(qū)沿干線架設(shè)35或10 kV架空線路和變壓器，降壓后向各工區(qū)供電。

8 蘭溝河西保水堰變電站

8.1 用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

蘭溝河西保水堰進(jìn)口閘為3孔雙向擋水平板鋼閘門，配置2×160 kN卷?yè)P(yáng)機(jī)，電機(jī)功率15 kW；出口閘為3孔雙向擋水平板鋼閘門，配置2×250 kN卷?yè)P(yáng)機(jī)，電機(jī)功率15 kW；考慮全線退水，配置2臺(tái)旁通閥，電機(jī)功率為5.5 kW。進(jìn)口工作門、出口工作門以及連通閘門啟閉機(jī)按3臺(tái)同時(shí)運(yùn)行計(jì)算用電負(fù)荷。現(xiàn)地生產(chǎn)用房設(shè)置深井泵1臺(tái)，電機(jī)功率為7.5 kW；給水泵2臺(tái)，電機(jī)單機(jī)功率為0.75kW。保水堰建筑物的監(jiān)控、監(jiān)測(cè)、通信、照明以及其他用電負(fù)荷為40 kW。

8.2 用電負(fù)荷計(jì)算及變壓器容量選擇

采用負(fù)荷統(tǒng)計(jì)法求計(jì)算負(fù)荷，即參加最大負(fù)荷運(yùn)行的各負(fù)荷向量和乘以同時(shí)率（Kt）、負(fù)荷率（Kf）、網(wǎng)損率（Kv）而得。

式中：Scs為總計(jì)算負(fù)荷（kVA）；ΣPcd為各設(shè)備有功計(jì)算容量之和（kW）；ΣQcd為各設(shè)備無(wú)功計(jì)算容量之和（kvar）；Kf為負(fù)荷率，取 Kf＝0.85；Kf為網(wǎng)損率，取 Kt＝1.05；Kt為同時(shí)率，取 Kt＝0.75。 計(jì)算負(fù)荷為54.5kVA，變壓器容量選擇63 kVA。

8.3 電氣主接線

蘭溝河西保水堰設(shè)置1座10 kV室內(nèi)變電站，供電負(fù)荷等級(jí)按二類負(fù)荷考慮。電源采用單回10 kV架空線路供電，與晾馬臺(tái)35 kV變電站劇村513線路“T”接。變電站設(shè)置1臺(tái)SCB11-63 kVA、10/0.4 kV干式變壓器；10 kV高壓配電裝置采用SF6環(huán)網(wǎng)柜，變壓器操作保護(hù)采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)和熔斷器。0.4 kV側(cè)采用單母線接線方式。考慮到天津干線工程的重要性，為確保供電的可靠性，設(shè)置1臺(tái)80 kW柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源，當(dāng)高壓電源停電或變壓器故障時(shí)，可自啟動(dòng)向用電負(fù)荷供電。發(fā)電機(jī)容量滿足閘門啟閉、監(jiān)控、通信、監(jiān)測(cè)等用電要求。低壓進(jìn)線采用雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置，具有電氣和機(jī)械聯(lián)鎖裝置。由低壓母線分別向啟閉電動(dòng)機(jī)動(dòng)力負(fù)荷及監(jiān)控、通信、照明負(fù)荷等提供饋出回路。由于該負(fù)荷點(diǎn)用電容量（≤80kVA）較小，且用電負(fù)荷多數(shù)不屬于連續(xù)運(yùn)行，故本變電站不設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置。

8.4 計(jì)量表

電度計(jì)量表設(shè)在低壓側(cè)，采用動(dòng)力照明總計(jì)量方式。

8.5 主要電氣設(shè)備

10 kV和低壓配電裝置均選用定型設(shè)備。10 kV選用SF6環(huán)網(wǎng)柜，包括負(fù)荷開(kāi)關(guān)、熔斷器單元；低壓配電裝置選用GCS抽出式開(kāi)關(guān)柜，低壓開(kāi)關(guān)為塑殼斷路器；變壓器選用SCB11系列環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄干式變壓器，帶有防護(hù)等級(jí)IP20金屬外殼。各電氣設(shè)備按所在回路的額定電壓、額定電流選擇，并按短路電流進(jìn)行動(dòng)、熱穩(wěn)定效驗(yàn)，均滿足設(shè)計(jì)要求。

8.6 過(guò)電壓保護(hù)及接地

為防直擊雷及感應(yīng)雷，10 kV電源架空引入終端桿設(shè)置氧化鋅避雷器，建筑物屋頂采用避雷帶保護(hù)。全部電氣設(shè)備金屬外殼、電纜的金屬外殼等均可靠接地。接地網(wǎng)采用建筑物自然接地體和人工接地體相結(jié)合的接地方式，充分利用建筑物的基礎(chǔ)鋼筋等自然接地體，自然接地體阻值不滿足要求，增加人工接地體。防雷接地、保護(hù)接地及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等公用接地裝置，接地電阻值不大于1 Ω。

8.7 電纜

10 kV電源由終端桿經(jīng)YJV32電纜直埋敷設(shè)引入高壓環(huán)網(wǎng)柜。由低壓配電柜引出的VV22電纜，采用直埋、穿管等敷設(shè)方式引至各負(fù)荷點(diǎn)。

8.8 照明

高低壓變配電室、監(jiān)控通信室、觀測(cè)單元室、現(xiàn)地生產(chǎn)用房采用熒光燈照明，柴油發(fā)電機(jī)室采用防爆燈，院區(qū)采用庭院燈照明。其中，高低壓變配電室、監(jiān)控通信室、觀測(cè)單元室及柴油發(fā)電機(jī)室設(shè)事故照明。

8.9 電氣設(shè)備

電氣設(shè)備均布置在單層建筑物室內(nèi)，分別設(shè)置高低壓配電室、柴油發(fā)電機(jī)室以及監(jiān)控通信室等。閘門控制屏安裝在閘門啟閉機(jī)房。

9 檢修排水供電

為滿足天津干線有壓箱涵檢修排水的要求，在蘭溝河西保水堰采用2臺(tái)110 kW潛水電泵進(jìn)行檢修排水。蘭溝河西保水堰為天津干線的重要控制性建筑物，采用永久10 kV架空線路供電，設(shè)1座室內(nèi)10 kV變電室。考慮檢修排水只是臨時(shí)性用電，故10 kV變電室變壓器的容量沒(méi)有考慮檢修排水所需用電負(fù)荷的容量。在變電室10 kV配電裝置的高壓環(huán)網(wǎng)柜中，預(yù)留一回10 kV負(fù)荷開(kāi)關(guān)＋熔斷器的SF6環(huán)網(wǎng)出線柜。當(dāng)需要檢修排水時(shí)，采用高壓直埋電纜從10 kV變電室引接一回10 kV電源引至臨時(shí)設(shè)置的移動(dòng)箱式變電站。根據(jù)潛水電泵的容量，2臺(tái)110 kW潛水電泵運(yùn)行時(shí)臨時(shí)設(shè)置1臺(tái)250 kVA、10±5%/0.4 kV箱式變電站。變壓器高壓側(cè)采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)＋熔斷器進(jìn)行控制保護(hù)，低壓側(cè)采用框架式斷路器進(jìn)行控制保護(hù)。2臺(tái)潛水泵采用軟啟動(dòng)方式進(jìn)行啟動(dòng)。電力計(jì)量裝置設(shè)在箱式變電站的低壓側(cè)。

10 結(jié)語(yǔ)

蘭溝河西保水堰10 kV變電站設(shè)計(jì)在實(shí)用前提下力求先進(jìn)，遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家有關(guān)的規(guī)范要求，達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，并具有技術(shù)前瞻性，以滿足南水北調(diào)天津干線調(diào)度與管理要求。