蒙陰縣青山埠攔河閘電氣設計

【摘 要】介紹了青山埠攔河閘工程電氣主接線、電氣計算、設備選擇、電氣布置及自動化系統的設計、組成及功能特點。

【關鍵詞】電氣設計；青山埠攔河閘

青山埠攔河閘位于蒙陰縣蒙陰街道辦事處夏家莊村西北。攔河閘自建成運用以來，一直由青山埠電灌站管理所進行運行管理，效益顯著，但由于設計標準低，年久失修等原因，老化、退化嚴重，攔河閘主體工程已被沖垮，不能正常蓄水、防洪。青山埠攔河閘是蒙陰縣重點大型水閘，位置舉足輕重，為盡早消除安全隱患，充分發揮水庫效益，急需除險加固。攔河閘工作閘門采用10×6m（寬×高）露頂式平面鋼閘門，共17孔，工作閘門的啟閉機選用雙吊點固定卷揚式啟閉機，配套電機YZ200L—8，功率15KW，電壓等級380V。

1、配電系統接線

綜合考慮工程附近電力系統現狀、工程規模及其重要性，擬從污水處理廠專用10kV架空線路“T”接一回10kV專用輸電線路（導線為LGJ-70，長度約900m）至本工程變電室作為其永久電源，同時設1套柴油發電機組作為備用電源。

2、電氣主接線

在管理所和攔河閘橋頭堡分別設變配電室。10KV高壓架空線路分別經終端桿上的跌落式熔斷器、高壓電纜接至兩變壓器高壓側，變壓器低壓側及備用電源（柴油發電機組）經電源進線柜接至380/220V低壓母線。0.4kV母線為單母線分段接線，兩段之間設聯絡開關。兩變壓器低壓側及備用電源開關設有電氣閉鎖。管理所變配電室設配電柜1臺，主要供管理所日常用電；橋頭堡變配電設電源進線柜1臺，低壓配電柜2臺，電容補償屏1臺。1#低壓配電柜共設置5個出線回路，水閘主電源、水閘備用電源、進水閘、檢修閘門各占一個出線回路，剩余3路出線作為備用；2#低壓配電柜共設置5個出線回路，交通橋照明及左、右橋頭堡各占一個出線回路，剩余2路出線作為備用。

3、電氣計算及主要電氣設備選擇

3.1、變壓器

按需要系數法進行負荷計算，經計算，攔河閘在穩定運行條件下計算負荷Sjs=110.78kVA，故選擇SC11-160-10±5%/0.4樹脂澆注干式銅芯變壓器1臺。管理所計算負荷Sjs=48.61kVA，故選擇SC11-50-10 ±5%/0.4樹脂澆注干式銅芯變壓器1臺。

3.2、無功功率補償計算

根據《供配電系統設計規范》（GB50052-95）的規定，采用下列公式計算無功補償容量Qc。

式中P——用電設備的計算負荷（KW）；

——補償前用電設備自然功率因數的正切值；

——補償后用電設備功率因數的正切值，一般按cosφ2不小于0.9考慮，取cosφ2=0.95，則tgφ2=0.33。

無功補償容量計算表

補償前補償后計算負

荷（kw）無功補償容量

（kvar）

cosφ1tgφ1cosφ2tgφ2P30Qc=P30（tgφ1-tgφ2）

0.820.700.950.33110.7840.9

考慮一定裕量，實際補償容量采用48kvar，由于過補償要罰款，本工程無功功率不穩定，季節性變化較大，采用無功自動補償裝置可獲得合理的經濟效果。

3.3、啟閉機電機起動方式的確定

根據攔河閘泄洪控制運用的要求，在電力系統正常供電情況下，閘門最大穩定運行方式為4臺啟閉機同時運行；最不利運行方式為3臺閘門啟閉機同時運行，再同時起動1臺閘門啟閉機電機。在自備應急電源供電情況下，閘門最大穩定運行方式為2臺啟閉機同時運行；最不利運行方式為1臺閘門啟閉機同時運行，再同時起動1臺閘門啟閉機電機。

本工程閘門啟閉機電機為斷續周期工作制或短時工作制且為不頻繁起動，根據《通用用電設備配電設計規范》（GB50055 -2011）規定：電機不頻繁起動時，其配電母線上的電壓不宜低于額定電壓的85%。經計算，啟閉機電機采用全電壓直接起動方式。

3.4、柴油發電機組容量選擇

在系統電源因事故或故障中斷供電時，為保證汛期能安全可靠泄洪，保持通信暢通，在攔河閘橋頭堡內設柴油發電機組一套作為備用電源。

應急柴油發電機組的容量根據《工業與民用配電設計手冊》（第三版）所列公式分別按穩定負荷、尖峰負荷和發電機母線允許壓降計算確定。經計算，發電機組容量應不小于146.02KW，本工程選用150GFZ型柴油發電機組1套作為備用電源。

3.5、配電裝置及載流導體

0.4kV配電及電容補償裝置均選用MNS系列成套低壓屏。電源進線回路的高壓電纜和低壓回路選擇YJV系列銅芯交聯聚乙烯絕緣聚乙烯護套電力電纜和VV系列銅芯交聯聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜。

4、過電壓保護及接地

為防止雷電直擊，沿攔河閘橋頭堡和啟閉機房、管理所辦公樓屋頂屋脊裝設避雷帶。避雷帶采用φ8圓鋼，用預埋角鋼做支柱，通過專設的引下線與接地體可靠連接，引下線的沖擊接地電阻Rsh≤30Ω。

為防止雷電侵入波造成危害，在10kV架空線與進線電纜連接處裝設1組避雷器，以保護變配電室電氣設備。

為防止雷電電磁脈沖引起的過電流和過電壓對電氣設備造成危害，在變壓器低壓側裝設一組電涌保護器SPD。

相關電氣設備的防雷接地、工作接地、保護接地及自動控制系統的接地共用接地網，接地網充分利用建筑基礎內的鋼筋作為自然接地體，保證整個接地裝置的工頻接地電阻RE≤1Ω。

5、自動化監視監控系統

根據項目的實際情況，設計總體規劃架構如下：監控中心下設閘門自動化控制、閘壩滲壓監測、視頻監控系統、廣播預警4大子系統，采集到子系統的數據經系統融合處理，由網絡設備傳送到監控中心，監控中心統一下達操作指令。子系統之間的數據交互可采用開放式數據平臺，利用編程指令完成。子系統與調度指揮中心平臺信息傳輸采用樹形網絡結構。

5.1、閘門自動化控制系統

本系統主要是通過計算機監控系統檢測閘門上、下游水位、閘門荷重、閘門啟閉狀態與開度，同時實現現場站、管理單位、上級管理機關（預留擴展接口）三級監控管理，達到能夠在管理單位監控中心遠程控制閘門啟閉。

系統由現場控制單元（LCU）、PLC控制站、信號傳送線纜及監控中心組成。每個閘門配備1套獨立的LCU，每個LCU都需配備必要的閘門測控儀器，操作人員可用此進行就地控制；配備1套帶觸摸顯示的PLC屏，用來采集、顯示各設備參數及控制啟閉機設備；閘室的上、下游各配備1套水位監測系統，采用U型管連通方式，并設計防護平臺，便于測量當前水位變化。系統還可以根據用戶要求和系統特點實現現地單控、群控，也可在異地遠程遙控。

5.2、閘壩滲壓監測系統

為實時了解閘的工作狀態和閘門可能存在的事故隱患，建立安全監測自動化系統。

5.3、視頻監控系統

為保證攔河閘正常運轉和安全管理工作的需要，設計對重要節點進行全天候實時視頻監控。

5.4、廣播預警系統

攔河閘總體跨度較長，基于開、關閘過程中，對周邊人員的人身安全考慮，設計1處智能廣播預警系統，該系統下設1個廣播操作站，2個廣播點。

6、電氣設備布置及電纜敷設

中央控制室、低壓配電室、柴油發電機室均設在右岸橋頭堡。變壓器、發電機布置在橋頭堡一層，發電室滿足通風、散熱、排氣的要求。配電室設在橋頭堡二層，低壓配電柜布置在配電室內。中央控制室設在橋頭堡三層，操作臺、自動化和微機監控等均布置在該層。啟閉機房內設閘門電機動力柜9臺，每臺動力柜控制兩孔閘門啟閉。

10kV電源進線電纜由戶外進線終端桿至戶內變壓器穿鋼管埋地敷設，變壓器及柴油發電機回路的電纜均采用電纜橋架敷設。橋頭堡和機房沿墻設有電纜橋架，低壓動力及控制電纜主要采用電纜橋架敷設，無橋架的地方采用穿管敷設。

作者簡介：

劉明（1983—），男，助理工程師，主要從事水利工程設計工作。