細河北臺段攔河壩工程機電設備選型設計分析

馬 宇

（遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局，遼寧沈陽110166）

細河北臺段攔河壩工程機電設備選型設計分析

馬 宇

（遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局，遼寧沈陽110166）

目前，很多攔河壩工程具有日常供水及農業灌溉等多種用途，對保障民眾的生活以及推動當地農業發展具有不可替代的作用，而保證這些水利工程良好運行的關鍵點就是機電設備的選型是否合理。本文以遼寧本溪細河北臺段攔河壩工程作為實例，介紹了該工程在機電設備選型工作中需考慮的相關計算問題，以期為以后類似水利工程建設提供一些借鑒。

攔河壩；機電設備；選型；計算分析

引 言

眾所周知，機電設備是水利設施中的核心部件，決定著整個工程的運行效果，所以機電設備選型是水利設施建設工程最重要的工作之一。涉及水利工程的機電設備一般具有成本高、技術復雜、配套要求高等特點，所以需要管理和技術人員給予足夠重視。

1 機電設備選型設計分析

細河北臺段攔河壩工程位于遼寧省本溪市平山區。整個攔河壩工程主要由橡膠壩、節制閘、管理房和取水井等組成。該攔河壩設計洪水位為115.23m，校核洪水位為116.44m。攔河壩處兩岸堤防設計標準為20年一遇，工程規模為小（二）型。該攔河壩工程總投資預計為2241.37萬元，其中機電設備及安裝工程投資224.85萬元，具體包括水泵、管路布置、電動機及其相應的附屬設施。作為主要工程的重要組成部分，本項目的機電設備主要包括水力機械和電工設備兩部分。

1.1 水力機械選型設計分析

對于橡膠壩而言，要求其在洪峰來臨前必須坍壩，以防壩體被沖毀；而洪峰平息后能盡快充壩恢復，這是兩個衡量橡膠壩性能的重要參數。根據有關規定及結合國內一些類似工程的統計結果，最終確定該工程的充壩和坍壩時間分別為2.5h和1.5h左右，壩袋總長約為120m，壩袋單寬容積均為9.706m3。由于該項目的充水水源為獨立水源，所以需選擇相應的動力設備。

1.1.1 水泵選型

主要遵循原則如下:（1）泵站可以滿足近期供水需求；（2）在小流量的情況下可進行合理調配，使水泵運行效率處于較高水平；（3）設計時應考慮長遠期的輸水需要。在本工程中，泵站根據遠期使用要求一次建成。水泵流量是最重要參數之一，其直接對充壩時間等方面起著決定性影響。計算水泵流量可按照公式（1）進行［1］。

式中:Q—實際水泵所需最小流量，m3/h；V—壩袋充水容積，本項目取值1125.9；n—水泵臺數，1臺；t—充壩或坍壩所要求的最短時間，充壩取值2.4h，坍壩取值1.5h。

經過計算，該橡膠壩的充壩工作所需設計流量469.16m3/h，坍壩所需設計流量625.50m3/h。

水泵揚程與輸送水量、輸送距離和輸送速度等因素密切相關，對水泵選型也是重要的參考依據。根據當地實際經驗，按充壩大口井出水流量500m3/h進行計算，計算得管道沿程損失為0.70m，水泵充壩時所需揚程為14.4m；根據塌壩流量625.50m3/h，計算得到所需坍壩揚程為4.22m。

綜上所述:要求選擇的水泵其最大流量和最大揚程應分別大于625.50m3/h和14.4m。

1.1.2 管道選型

輸水管道類型有很多，通常可分為塑料管和金屬管兩類。塑料管抗壓能力弱，應用在關鍵部位的可靠性不高，所以本項目選用金屬管作為主輸水管。焊接鋼管具有適應性強（可根據使用要求進行拐彎或變換形狀）、造價比無縫鋼管低、抗壓能力強等優點，所以根據實際使用情況，最終本項目選擇壁厚δ=6mm的焊接鋼管作為主水道的輸送管。

管道類型確定后，其直徑大小成為確定管道型號的最重要指標，直接決定著管道的通過能力。在進行管道選型時，按照公式（2）進行計算［2］。

式中:Q—管段內最大計算流量，充壩所需設計流量0.139m3/s，坍壩所需設計流量0.174m3/s；v—管道采用的計算流速，吸水管流速1.2～2m/s，壓水管流速2～5m/s。

計算得出該項目需要最大管徑值為384mm。但結合該工程實際管路較長這一實際情況，而且考慮到安裝方便，最終確定其進、出水管管徑均選用300mm的焊接鋼管。

綜合考慮水泵選型和管道選型結果，我們最終確定出用于充壩和塌壩時的水泵型號:

（1）為了滿足充壩要求，本工程選擇型號為200Q J 50-30/2泵向各壩袋供水。壩袋兩端頂部設排氣閥，具體位置由供貨廠家自定。此外，還要求將水位標尺設置于兩岸，這樣就可以實時掌握上下游水位［3］。

（2）為了滿足塌壩要求，本工程選擇型號為12Sh-28A的水泵作為塌壩水泵，其具體參數見表1。經埋于壩體底板下方的充排水管路抽取壩袋內水，排至下游消力池。

表1 12S h-28A型水泵性能參數

1.1.3 水力機械主要附屬設備的選擇

在橡膠壩管理泵間內，根據所選充、排泵型及管道直徑等參數，選擇配套的附屬設備:真空泵型號為Y-1002-4；為了排出積水坑中的廢水，選擇一臺型號為50QW18-15-1.5型潛水泵設置在泵間。此外，利用電動閥控制進行供排水調度。選擇電動蝶閥型號為D 941X-10型（DN300），消錘緩閉止回閥型號為HXB44X（DN300）［4］。

1.2 電工設備選型分析

該攔河壩工程的泵站控制系統由10KV專線供電，配電選用N×B系列箱式變電站。控制系統設主變壓器1臺，變壓器高壓側裝有負荷開關加熔斷器和避雷器，主變壓器低壓側采用絕緣線引入箱內的低壓配電屏。該泵站機組容量較小，所以采用單母線形式對主線進行連接。單母線形式具有接線簡單清晰、運行可靠和操作維護方便等優點［5］。

此外，將泵站的站內系統和母線連接，站內用電電壓采用380/220V，中性點接地的三相四線接線。

（1）電動機的選擇

電動機的選型直接關系到整個橡膠壩的運行效果及成本，它是最主要的電工設備。在選型電動機時應遵循這幾個原則:一是電動機容量滿足水泵的最大軸功率要求；二是在滿足日常需求的情況下選用結構簡單、造價和技術水平中等的型號，以利于維護工作；三是和其他設備能夠進行合理配套，主要是水泵和管道。電動機容量的選擇是根據水泵的最大軸功率而確定的，電動機功率按公式（3）計算［6］。

式中:K—安全系數，取值范圍1.05-1.1；M—電動機與水泵間的轉換率，取值范圍0.85-0.95。

通過計算和分析，本工程最終選用Y2-225S-4型電動機，其電壓為0.38KV，功率為37K W。根據實際情況，共需要兩臺。Y2系列電動機安裝尺寸和功率等級符合IEC標準，其外殼防護等級為IP54，采用F級絕緣。

（2）變壓器和無功補償裝置的選型

根據實際需要情況，泵站選用100KV A主變壓器1臺，具體型號可以為SC系列環氧樹脂澆注干式銅線電力變壓器。

根據《全國供用電規劃》及《功率因數調整費辦法》的規定，管理站應采取無功補償措施，即泵站在計費點功率因數不應低于0.85。經計算本站電容補償容量的16KV A R，滿足相關規定要求［7］。

（3）繼電保護、自動控制的選型

為保護主變壓器，在變壓器中裝設負荷開關和高壓熔斷器作為短路保護，而且還有隔離電源的作用。而自動空氣開關統一設置在變壓器的低壓側位置［8］。

水泵電動機組全部采用集中控制方式，選用STR數字式異步電動機軟起動器在檢修平臺進行減壓起動。軟起動器設置有電動機的過負荷和短路保護。

2 結語

本文介紹了該橡膠壩項目在水泵、管道、電動機和其他設備的一些選型計算問題。在實際設計中，首先要遵循的原則就是“因地制宜”，真正做到設備的經濟適用。本工程規模不大，在機電設備選型時充分考慮了實用及經濟因素。此外需要特別注意，在選擇設備時，切忌盲目追求“高大上”，在選用設備時在一定程度上降低技術水平，以保證管理者盡快適應。總而言之，在機電設備選型中一定要注意各個設備及人員之間科學合理的配合，杜絕出現“小馬拉大車或大馬拉小車”現象。

［1］王建鵬.水電站電氣設備常見故障與處理措施分析［J］.黑龍江水利科技，2012（07）:24-25.

［2］何朝霞.水電站電氣設備安裝及調試管理探析［J］.機電信息，2015（02）:34-36.

［3］郭翔.關于水電站電氣設備運行維護探究［J］.低碳世界，2014（04）:56-58.

［4］吳浩.淺談小型水電站電氣設備預防性試驗［J］.四川水利，2014（08）:12-13.

［5］李敏.水利水電工程質量管理探析［J］.水利技術監督，2008（03）:25-26.

［6］鄧學讓.長距離泵站引供水工程試運行設計與實施應注意的幾個問題［J］.水利規劃與設計，2010（05）:36.

［7］楊家勝.水利工程機電技術標準體系現狀分析［J］.水利技術監督，2007（01）:30.

［8］李軍.淺談水利工程機電設備安裝與維修［J］.機電信息，2012（06）:25.

續表3 場內10KV出線及負荷規劃一覽表

5 結語

績溪工程最終選定的電源點，距離施工工區較遠，場外電力線路地形復雜，施工難度較高。場內線路規劃區域廣、線路長、線路路徑穿越山區地形。因此，場、內外供電設施規劃設計需考慮的綜合因素較多，尤其是場內線路的設計規劃存在較大的難度，要求線路終端桿盡可能靠近主要施工負荷用電點［3］，但又不能與現有的工程設施發生干涉，確保工程構筑物的安全。

參考文獻

［1］DL/T5397-2007.水電工程施工組織設計規范［S］.

［2］DL/T5124-2001.水電水利工程施工壓縮空氣、供水、供電系統設計導則［S］.

［3］水利電力部水利水電建設總局.水利水電工程施工組織設計手冊（第4卷）［M］.北京:水利電力出版社，1994.

TV73

A

1672-2469（2015）10-0109-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.10.35

馬 宇（1981年—），男，工程師。