新疆SJZ泵站電氣一、二次研究設計

赤 磊

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概述

本泵站是新疆某調水工程中唯一一座揚水泵站，主要用于開發經濟技術開發區、開發東部礦區豐富煤炭資源以及為煤電等化工生產供水。設計年輸水量為3.0×108m3，供水流量為13 m3/s，供水時段11個月，供水保證率95%。泵站安裝6大2小共8臺水泵電動機，總裝機容量為53.4 MW。泵站管理采用“站變合一”方式設置工程自動化調度系統[1]。

2 電氣一次設計

2.1 電源引接

泵站每年運行11個月，總裝機容量為（6×8 000+2×2 700）kW。泵站用電包括泵站用電和分水閘用電，最大運行負荷約33.25 MW，即4臺8 000 kW水泵電機和泵站同時工作。根據泵站工程等級和工程用電負荷特點，按二類負荷進行設計。本工程地處戈壁灘，方圓近百公里荒無人煙，經電力公司和參建單位反復研究，決定為本工程架設兩回110 kV專用電源進線，每回進線均能滿足本泵站的負荷要求。此外，設置專用110 kV變電所，采用“站變合一”的供電方式。

2.2 電氣主接線

110 kV開關站采用戶內SF6全封閉組合電氣，機組側采用單母線分段接線方式。泵站設置兩回廠用電電源，分別自泵組取兩段10 kV母線，并降壓至0.4 kV供電。考慮到泵站的特殊性，需布置1臺戶內柴油發電機組作為保安電源，柴油發電機容量為500 kW。

2.3 主要電氣設備

2.3.1 電動機

泵站設6大2小共8臺三相高壓臥式同步電動機，6臺大機為定速電機，2臺小機為調速電機，額定電壓均為10 kV，額定頻率均為50 Hz，額定功率因數均為0.9（超前），防護等級均為IP54。水泵與電動機采用直聯傳動方式。

2.3.2 變頻裝置

泵站設置2臺高壓變頻軟啟動裝置，額定容量為4 500 kVA，額定輸出電壓為10 kV。采用熱備用方式，每臺均采用一拖八控制方案。變頻裝置設置單獨的啟動選線柜，采用雙PLC控制與泵站監控系統進行通信。

2.3.3 主變壓器

泵站設置2臺戶外油浸式三相雙繞組有載調壓降壓電力變壓器，額定容量為40 000 kVA。采用高壓側調壓方式，調壓范圍為（110±8×1.25%/10）kV。冷卻方式采用ONAF，冷卻器集中布置在主變本體兩側。每臺變壓器配備一套變壓器綜合在線監測系統。

2.3.4 GIS

泵站設置1套戶內GIS設備，額定電壓110 kV，額定電流1 250 A。GIS設備外殼采用鋁合金，主母線與分支母線采用三相共筒式結構，斷路器采用立式布置，操動機構采用電動機構。同一回路斷路器和隔離開關間有電氣閉鎖，隔離開關和接地刀閘間有電氣閉鎖和機械閉鎖，母線接地開關與全部隔離開關間有電氣閉鎖。為保證檢修運行安全，每回線路配備1套高壓帶電顯示閉鎖裝置。泵站配備一套數字式GIS綜合在線集中監測系統，其中包括SF6氣體微水綜合在線集中監測子系統和SF6氣體泄漏量定量報警子系統。

2.4 過電壓保護及接地

2.4.1 過電壓保護

泵站過電壓保護按直擊雷保護、雷電侵入波保護以及操作過電壓保護3種保護方式進行設計。泵站直擊雷保護戶外設備一般采用避雷針、110 kV線路的避雷線或在主副廠房屋頂敷設均壓避雷帶的方式。針對雷電侵入波保護，變壓器采用分級絕緣；中性點配置氧化鋅避雷器和放電間隙；GIS配電裝置在母線處加裝氧化鋅避雷器；水泵電機出口母線加裝氧化鋅避雷器；每回110 kV出線位置每相裝1組戶外氧化鋅避雷器；10 kV開關柜內配置真空斷路器。針對操作過電壓保護，需在柜內裝設專用過電壓保護器等。

2.4.2 接 地

全站接地網主要分為廠區接地網和進水池接地網，兩者連接為一個總接地網。接地設計盡量利用自然接地體，輔以水平接地體為主的人工均衡電位接地系統[2]。考慮到熱穩定、均壓要求以及腐蝕的影響，選用-60×6接地扁鐵。泵站根據電氣設備布置敷設等電位接地網。

3 電氣二次設計

泵站地處戈壁灘，對自動化水平要求較高，按照“無人值班”（少人值守）原則進行設備配置和運行管理[3]。

3.1 計算機監控系統

泵站屬于調水工程的一部分。為保證輸水系統、沿線眾多輸水建筑物以及構筑物的安全和調度及時可靠，全線系統供水流量平衡，本調水工程全線設計采用計算機監控系統。在功能上采用分層分布式結構，分為主控級和單元控制級[4]。全線系統由泵站級設備、公用設備、現地控制級設備以及計算機網絡設備共同組成。

3.2 電動機勵磁系統

電動機勵磁系統采用靜止可控硅勵磁裝置，包括兩套三相橋式全控整流裝置和三通道調節器。三通道調節器中兩路自動，一路手動。勵磁系統主回路電源由0.4 kV母線引出，采用環氧澆注干式整流變壓器；絕緣等級為F級的電動機；聯結組別為Yd11的變壓器。勵磁調節器為微機型數字式勵磁調節器，由兩路自動電壓調節通道和一路手動電流調節通道組成。勵磁系統具備殘壓起勵功能，主要起勵方式為他勵直流，起勵電流不超過空載電流的10%，他勵電源由電廠直流系統DC 220 V供給。機組在正常工況下采取逆變滅磁，滅磁開關始終處于合閘位置；滅磁開關的操作電源為DC 220 V。事故停機時，滅磁開關跳開，通過非線性電阻滅磁。

3.3 繼電保護

泵站的線路保護、故障錄波以及穩控系統的設計均采用微機型設備。光纖縱差保護作為110 kV線路的主保護，距離保護和零序保護前三段（Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段）作為后備保護。此外，110 kV母線保護采用比率制動差動保護、斷路器失靈保護以及母線充電保護；變壓器保護采用縱聯差動保護、復合電壓起動過電流保護以及非電量保護；電動機保護采用縱聯差動保護、復合電壓起動、過電流保護、過電壓保護以及過負荷保護等；廠變保護采用速斷、過流保護以及非電量保護。

3.4 二次接線

泵站二次接線主要包括計量、測量以及自動化元件。泵站計量采用關口表，計量關口表設在110 kV進線側，考核關口表設在主變高壓側、電動機側及廠變進線側；泵站測量采用電子式多功能計量表，組裝在屏柜內部并布置在中控室；全站自動化設備包括水控閥、液位、流量變送器、信號器、測溫電阻、微機溫度巡檢儀、機組振動擺度安全監測裝置、開度傳感器、水力流量裝置以及動態測量裝置等，采用冗余配置。監控系統下達一個操作指令，自動化元件即可完成自動轉換。機組的非電氣量運行參數通過4～20 mA的模擬量送至機組LCU，且機組各測溫點配備PT100的鉑熱電阻供巡視和監測。

3.5 直流一體化電源系統

泵站直流系統額定電壓為220 V，采用單母線接線形式配備一組由104只電池組成、容量為400 Ah的閥控式免維護鉛酸蓄電池，并配備一套30 kVA逆變電源裝置（INV），供火災報警系統、工業電視以及事故照明等系統使用。逆變電源不自帶蓄電池，采用兩路交流輸入和一路直流輸入。

3.6 工業電視系統

為提高自動化監控水平，結合“無人值班”（少人值守）運行要求，泵站設置先進的工業電視系統。該系統采用寬帶網多媒體圖像監控系統，設備運行現場圖像和聲音采集后，實時傳輸給計算機監控中心顯示。終端實現對現場圖像進行全方位、連續性的動態“遙視”，同時還能控制攝像頭云臺的旋轉和鏡頭的三可變。

3.7 泵站接入系統通信

本調水工程全線實施水調自動化，采用統一綜合管控平臺，由調度中心對輸配水進行統一調度、統一指揮以及統一管理[5]。

泵站的接入系統通信以光纖通信為主，市話為輔。光纖線路采用SDH傳輸體制，光傳輸設備的傳輸速率按622 Mb/s設計，光纜選用16芯單模OPGW光纜與110 kV線路同桿架設。泵站的光通設備按1個光方向設計，采用1+1熱備份保護，同時設1套16路數字錄音系統和1套PCM設備，可為自動控制系統和程控交換系統等提供各種接口，實現平臺對各終端設備的遠程監測、控制以及管理。

4 主要電氣設備布置

泵站主要電氣設備布置在主廠房、副廠房和戶外出線場。

主廠房分為地下和地面兩層。地下層為水泵層，主要布置水泵、電動機、進出口閥門以及機旁盤等設備；地面層為檢修層，設置機組安裝間。

副廠房布置在主廠房下游側，分為4層。地下層為副廠房水泵層，主要布置10 kV機組電壓設備柜、電動機啟動柜、機組中性點設備柜、勵磁變以及廠用變壓器等設備；地面一層為副廠房設備層，主要布置高壓變頻器室、信息化室、蓄電池室、通風機室、0.4 kV低壓開關柜室、通信室、繼保室中央控制室、計算機室以及交接班室等設備；地面二層為GIS電纜夾層，主要布置電纜橋架等；地面三層為GIS層，主要布置GIS設備和開關站繼保室等。

戶外出線場布置在副廠房下游側，主要布置主變壓器及其中性點成套裝置、戶外出線門形架及其出線設備、柴油發電機房以及主變事故油池等。

5 結 論

為保證工程電氣設備的高效、可靠以及安全，本文進行了數次調研考證，對系統的配置、設備選型、關鍵參數以及新技術新設備等主要技術問題進行了反復研究和完善。此過程既更新了筆者的知識，又開闊了設計思路，可為新疆后續調水工程積累諸多經驗，同時為我國其他類似工程的設計建設提供有益的參考。