飲水源供水管網工程電氣設計

□王 浩（河南省水利勘測設計研究有限公司）

飲水源供水管網工程電氣設計

□王 浩（河南省水利勘測設計研究有限公司）

范縣城區飲水第二水源供水管網工程是重要的民生工程，工程從黃河水源地水廠向范縣新城區引水。文章對工程的電氣設計做了介紹分析，主要包括負荷分析、供電電源系統、電氣主接線、電氣設備選擇、電氣設備布置、防雷接地及計算機監控系統等幾個方面。在電氣設計的同時，充分結合水利工程的特殊性，綜合考慮工程現場實際條件、運行管理要求等問題，為最終實現工程的安全、可靠、高效運行提供了有效支持。

電氣設計；電氣設備；計算機監控

0 引言

范縣位于河南省東北部，黃河中下游北岸，隸屬濮陽市。范縣城區飲水第二水源供水管網工程是重要的民生工程，用以改善城區居民飲用水質量。工程從中原油田黃河水源地水廠向范縣新城區自來水廠供水，供水管線總長約37 km，設計日供水量4.24萬m3/d。電氣設計是工程設計的重要組成部分，為實現工程的安全、可靠、高效運行提供支持。

1 水利工程電氣設計原則

水利工程電氣設計應根據工程的任務和規模、用電需求、水工建筑物布置、當地電力系統條件、環境保護等要求，并結合工程的運行方式和自然環境條件，經濟合理地制定設計方案。設計中應積極慎重地采用通過試驗并經過工業試運行考驗的新技術、新工藝、新材料、新設備，做到技術先進、經濟合理、使用安全、維護方便，節省占地、保護環境。水利工程電氣設計除應符合以上要求外，同時還應符合國家現行有關標準的規定。

2 電氣設計

2.1 負荷分析

范縣城區飲水第二水源供水管網工程供水目標包括新區水廠、辛莊鎮政府供水站、濮城水廠。輸水主管線向新區水廠供水，辛莊鎮政府供水站與濮城水廠分別由兩路支線供水。辛莊支線進口處和濮城支線進口處在主管線和支線上分別設有電動蝶閥；辛莊支線出口處和濮城支線出口處均設有調流閥；輸水主管線進口處、辛莊支線出口處、濮城支線進口處、濮城支線出口處、新區水廠出口處設有流量計；輸水管線全線設壓力計，共計36個。

供水管線源頭黃河水源地水廠泵站根據工程需要進行相應的電氣設備改造。原有兩臺75 kW變頻電動機改造為兩臺132 kW變頻電動機。另外新增設有4臺電動蝶閥。

工程需要建設計算機監控系統，監控中心設在新區水廠，以實現對工程有關設備的監測及控制，為工程的安全、可靠、高效運行提供支持。

負荷等級：輸水管線的電動蝶閥、調流閥、流量計、監控設備為二類負荷，其它均為三類負荷。

2.2 供電電源系統

供電電源系統是電氣設計工作的基礎，應首先進行電源引接的設計工作，根據負荷容量、負荷等級等實際情況，綜合考慮可靠性、安全性、經濟性，選擇合適的電壓等級、輸電容量、供電電源數量、電源引接點及距離、電源線路敷設方式等。

工程供電電源系統選擇就近接入附近管理站或廠區低壓供電回路，對附近無低壓電回路的負荷點，選擇外接一路10kV架空線路作為電源。為保證工程的安全可靠運行，配置EPS應急電源作為備用。管道沿線設置的壓力計負荷容量小，選擇自配可充電電池，保證至少使用一年再更換充電。

2.3 電氣主接線

電氣主接線是水利工程電氣設計的主體，它與電力系統、工程條件、供電的可靠性、經濟性等密切相關，反應了供電系統的基本結構和性能，在運行中表明電能的輸送和分配關系、一次設備的運行方式，是實際運行操作的依據，同時也對電氣布置、設備選擇、繼電保護和控制都有較大影響。在設計時應通過經濟技術比較，合理選定電氣主接線。

與工業用電相比，水利工程用電負荷容量一般較小，年運行時間較短，且大多數為三級負荷，對電氣主接線可靠性要求不高，電氣主接線設計應適當簡化，應盡量采用一種電源電壓等級。水利工程規模確定后，一般不考慮擴建，主接線設計可不考慮擴建或分期過渡。

工程電氣主接線設計方案中高壓10 kV側選擇采用線路-變壓器組接線方式，低壓0.40 kV側采用單母線接線方式。此主接線系統具有結構簡單、使用設備少、配電裝置方便布置、占地少、投資少、施工工期短等特點。

2.4 電氣設備選擇

變配電裝置型式可分為屋內式和屋外式。型式的選擇，應根據供電規模、水工建筑物布置及進出線方式，因地制宜考慮工程所在地區的地理情況及環境條件，與相應水利工程總體布置協調一致。

工程用電負荷采用屋外式預裝組合箱式變電站供電。組合箱式變電站將傳統變壓器設備集中設計在箱式殼體中，具有體積小、結構緊湊、便于安裝、低噪聲、低損耗、高可靠性等特點。其型號為：ZBW-30/10。箱式變電站變壓器選擇容量為30 kVA的干式變壓器，聯結組別為D，yn11，有利于限制高次諧波、切除單相接地短路故障。10 kV高壓負荷開關柜柜內配置高壓真空負荷開關（自帶接地開關及熔斷器）、避雷器及帶電顯示器。0.40 kV開關柜選用低壓固定分隔式開關柜。低壓配電柜內配置高性能塑殼開關。開關柜外殼防護等級均需滿足設備對相應環境條件的要求。

EPS應急電源由互投裝置、自動充電機、逆變器及蓄電池組等組成。在交流電正常時逆變器不工作，經過互投裝置給負荷供電。當交流電斷電后，互投裝置立即投切至逆變電源供電。當電網電壓恢復時，互投裝置將會投切至交流電供電。EPS應急電源主要供電對象為電動蝶閥、調流閥、流量計等。

2.5 電氣設備布置

電氣設備布置應根據工程規模、設備型式，生產、生活、管理及交通運輸等要求，遵循安全、環保、實用、經濟、節省占地的原則，并結合自然環境條件及總體布置特點，統籌規劃。選定進出線方式、主變壓器、高壓配電裝置布置型式和位置。

電氣設備布置應能滿足帶電距離、設備搬運、安裝、運行、維護、檢修等要求以及防火、防爆、防潮、防淹、防塵、防鼠、防蟲、防腐、防電磁輻射、防振動和抗地震等特殊要求，并為工程有序建設、安全運行創造條件。

工程各負荷點電氣設備布置：辛莊支線管理站電氣設備均安裝在箱式管理站內，箱式管理站布置在辛莊鎮政府供水站內；濮城支線進口管理站電氣設備均安裝在箱式變電站內，箱式變電站布置在濮城支線與干線連接處附近；濮城支線出口管理站電氣設備均安裝在箱式管理站內，箱式管理站布置在濮城水廠內；新區水廠監控中心電氣設備均安裝布置在監控中心室內；黃河水源地水廠泵站變頻器柜、低壓開關柜、蝶閥動力箱均布置在泵站副廠房內。水利工程電纜敷設一般采用三種方式，即電纜溝、電纜橋架和電纜穿管，具體形式應根據現場實際情況選擇，保證安全性、經濟性。

2.6 防雷接地

根據《電力設備過電壓保護設計技術規程》及《電力設備接地設計技術規程》等相關規范規定，為防止雷電侵入，在10kV電纜與架空線的變換處，應裝設一組避雷器，在10kV電纜進線柜內裝設一組避雷器，以保護電纜頭及變電設備。

所有水利工程設施，均應根據大、小接地短路電流系統及工作接地、保護接地、防雷接地、接地電阻率等要求，設置保護人身和設備安全運行的由自然接地網和人工接地網構成的接地網，并進行接地網接地電阻計算，提出接地電阻值要求。不同用途和不同電壓的電氣設備，除特殊要求外，應使用一個總的接地系統，接地電阻應符合其中最小值的要求。接地裝置應做到場區電位分布均勻、接地電阻不超標和接地引線導通性良好。

此次箱式變電站、箱式管理站、監控中心等所有電氣設備均以接地線與供水站或水廠的接地網可靠連接。其它相關電氣設備的保護接地、工作接地、防雷接地共用接地極，并確保工程接地裝置的接地電阻≤1Ω。若不滿足要求，需另增設接地體直至滿足要求。

2.7 計算機監控系統

計算機監控是水利現代化的重要組成部分。重要工程的主要機電設備應設置計算機監控系統，實現遠方集中控制，提高水利工程的經濟效益和管理水平，逐步實現“無人值班、少人值守”的現代化運行管理方式。

計算機監控系統的監控范圍包括黃河水源地水廠泵站內的水泵變頻機組，各管理站的電動蝶閥、調流閥、流量計，供水管線上的壓力計等設備的監測與控制。

計算機監控系統應采用分層分布、開放式系統結構。典型的結構分為三層，即主控層、通信層、現地層。

計算機監控系統主控層設置在新區水廠監控中心，通過集中監控系統，對主要機電設備實行集中監視控制，完成系統的運行自動化及其管理，包括水泵機組運行，電動蝶閥的開閉，歷史數據存檔、歸類、檢索和管理，運行報表生成與打印。工作站還具備人機接口功能，即完成設備運行的實時監視與控制。非運行期間，可對運行人員進行培訓。監控中心設置計算機監控系統的值班員控制臺，使值班員通過屏幕顯示器、鍵盤、鼠標等人機聯系設備實現集中監視控制。現地層LCU用于現場設備的監視管理，對機組、電動蝶閥、調流閥、流量計等設備進行數據采集與處理、安全運行監視、自動控制與調節等。

3 結論

文章從多個方面對范縣城區飲水第二水源供水管網工程電氣設計做了介紹分析，主要包括負荷分析、供電電源系統、電氣主接線、電氣設備選擇、電氣設備布置、防雷接地及計算機監控系統設計等。在電氣設計的同時，充分結合水利工程的特殊性，綜合考慮工程現場實際條件、運行管理要求等問題，為最終實現工程的安全、可靠、高效運行提供了有效支持。

TV213.4

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：1673-8853（2017）02-0061-02

2016-12-09

編輯：劉長垠

王浩（1988-），男，工程師，主要從事水利水電工程電氣設計工作。