淺談防洪排澇泵站的電氣設計

杜根興

[摘 ? ?要 ]洪災及城市內澇這類自然災害對居民生活帶來巨大影響，直接造成的經濟損失無法估量。隨著中國城市建設的發展，城市防洪排澇， 城市防洪排澇泵站的建設顯得尤為重要。本文針對城市防洪排澇泵——下林泵站的電氣設計方面進行分析研究，提出可行性電氣設計方案并加以分析，希望為后續的防洪排澇泵站的電氣設計工作提供理論性的指導。

[關鍵詞]防洪排澇;泵站;電氣一次設計

[中圖分類號]TP273;TV675 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）07–00–03

[Abstract]Natural disasters such as flood and urban waterlogging have a great impact on people's lives， and the direct economic losses are incalculable. With the development of urban construction in China， the construction of urban flood control and drainage pump station is particularly important. In this paper， the electrical design of flood control pump station is analyzed.

[Keywords]flood control and drainage; pumping station; primary electrical design

1 設計內容

1.1 用電負荷及供電方式

1.1.1 閘泵用電負荷

下林閘泵泵站水泵3臺，每臺水泵配套電機功率為280 kW，額定電壓為10 kV。泵站進口攔污柵3扇，每扇配套電機功率4.0 kW;進口檢修閘門一扇，電機功率為7.5 kW;泵站起吊設備電動葫蘆一臺，配套電機功率8 kW;以及泵站照明檢修等用電約40 kW，總負荷共計約907.5 kW。

下林水閘工作閘門啟閉機兩套，功率為15 kW，進口檢修閘門一扇，電機功率為7.5 kW，出口檢修閘門一扇，電機功率為7.5 kW。以及水閘照明檢修等用電約15 kW，總負荷共計約60 kW。

本工程共計用電負荷約967.5 kW。

1.1.2 負荷計算

根據相關專業條件，本工程用電設備如表1、表2所示。

1.1.3 供電方式

下林泵站的工程任務是防洪、排澇。由于當地臺汛期間電網的供電可靠性較低，特別考慮臺風在當地登陸而潮水頂托的惡劣氣候條件下，外江高水位時利用下林泵站排水，以降低內澇洪水位要求，保障人民群眾生命及財產安全。作為非常情況下的應急需要，以及為確保運行的可靠性，用電負荷等別擬定為二級，采用兩回電源對下林泵站供電，以保證用電可靠性。根據工程所處位置，供電主電源擬從工程附近的江嶼110 kV變電站引一回10 kV電纜專線對閘泵站供電，10 kV進線電源不在本電氣工程設計范圍內。另在泵站設置10 kV柴油發電機組作為下林泵站的備用電源，兩路電源應設切換閉鎖裝置。

下林水閘設施具有內河排澇泄洪的要求，負荷供電要求較高，用電負荷等別擬定為二級。為保證供電可靠性，選用一臺SC13-125/10型干式室內變壓器作為站用電供電電源，接在10 kV電壓母線上。因高壓柴油發電機使用頻率低，故另設一臺低壓柴油發電機組，在下林泵站非運行期間可承擔下林水閘運行、檢修、調試、辦公及生活用電，讓高壓柴油發電機組退出運行以減少油耗。

1.2 水泵電機選擇

同步電機因為有勵磁繞組和滑環，增加了機電設備及相應的故障率，比起異步電機的免維護來，維護工作量較大;異步電動機因結構簡單，在運行、維護及可靠性方面要優于同步電動機;在價格上異步電動機也比同步電動機便宜;同步電機效率高，但本工程電機功率280 kW，功率較小，效率的差別不大;近年來，在溫州地區的泵站工程中采用異步電動機較多，運行部門已取得了一些的運行經驗。綜合以上幾點，工程水泵采用三相異步電動機。

1.3 水泵電機機端電壓比較

方案一：機端電壓采用6 kV

每臺機組均配置軟起動器，主變選用S11-□ kVA-10.5/6 kV節能型變壓器。

優點：機端電流較小。

缺點：由于6 kV和10 kV電壓屬于同一電壓等級，變壓器高低壓側電壓差距小，此變壓器屬非標產品，投資相對較高。泵站運行中主變電能損耗永久產生，每年的電能損耗費用較高。

方案二：機端電壓采用10 kV

根據《泵站設計規范（GB50265-2010）》：當技術經濟條件相近時，電動機額定電壓宜優先選用10 kV。這樣可以大大改善機組啟動運行工況，提高泵站運行的穩定性。由于該工程供電電源是10 kV，水泵電機采用直配線供電，工程不設置主變壓器。

優點：

（1）機端電流小。

（2）直配線方案取消了主變壓器及相應的二次控制保護設備，綜合一次性投資及日常運行維護費用降低，且不再產生主變電能損耗，大大降低了運行成本。

（3）水泵機組直接與當地電網連接，水泵容量遠遠低于所連接變電所主變容量，大大改善了機組的啟動特性。

缺點：直配線方式對泵站的防雷過電壓保護要求較高。

機端電壓技術經濟比較如表3所示。

上述兩種方案供電可靠性均較高，都能夠滿足泵站供水保障率的要求，通過分析比較推薦方案二為選定的機端電壓方案，即水泵機組選用10 kV電壓等級。

1.4 水泵起動方式比較

1.4.1 直接啟動

電動機直接啟動，省投資，但存在以下缺點：

①電動機直接全壓啟動時，啟動電流會在線路上產生較大的壓降，影響并聯在電網上的其它設備的正常運行。

②電動機啟動時會產生短時的沖擊電流，導致電氣設備壽命縮短，網損加大，系統發生諧波諧振的可能性增加。

③直接全壓啟動還會在高壓開關關合時產生陡度很大的操作過電壓，對其絕緣造成極大的傷害。

④對水泵類負荷來說，電動機全壓啟動時，水流會在很短的時間內達到全速，因此會破壞管道。如果水泵前面的管路比較長，當水泵電機突然停止時，高速的水流會沖擊到水泵的葉輪上，產生很大的沖擊力，會使葉輪變形或損壞。

1.4.2 高壓固態軟起動

高壓固態軟起動裝置CMV適用于大中型高壓鼠籠交流異步電動機，作降壓起動之用。完整的CMV軟起動裝置是一個標準的電機起動、保護裝置，用來控制和保護高壓交流電機。標準的CMV產品主要由以下部件組成：高壓可控硅模塊、可控硅保護部件、光纖觸發部件、真空開關部件、信號采集與保護部件、系統控制與顯示部件。

使用該裝置起動的電機具有起動電流小且恒定、轉矩逐步增加的軟起動特性，起動過程中無電流沖擊和機械沖擊，起動時對電網影響小，無電磁干擾、是起動電抗器和自耦降壓起動器的理想替代產品，相對于高壓變頻軟起動器而言，又具有明顯的操作簡單、免維護、無諧波污染等優勢。

綜合考慮，在經濟條件允許的情況下應盡量避免采用高壓電動機的直接啟動方式，擬采用“高壓固態軟起動裝置”軟起動，以保證電網的供電質量，延長電機的壽命。

1.5 照明設計

（1）本工程照度標準按國家民用建筑照明標準為基準，照度滿足各場所使用要求，功率密度低于規范規定的功率密度限值。

（2）照明光源，根據國家節能要求選用高效、低耗節能燈。

（3）根據GB/T50265-2010《泵站設計規范》，本工程設有正常工作照明、事故照明。

1.6 建筑物防雷接地保護

本工程防雷按第三類防雷建筑物設計，建筑物內部電子信息系統的雷電防護等級按B級設計。采用變壓器中性點直接接地系統，接地裝置與防雷接地裝置極合用，接地電阻要求不大于1Ω。低壓配電保護采用TN-S系統，設置總等電位連接。

1.7 電氣節能措施

（1）變電所、配電房的位置靠近負荷中心，盡量減少線路損耗。

（2）變壓器選用13型低損耗節能變壓器，符合《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》GB20052-2013的要求。

（3）電動機選用高效節能型，采用無功補償等方式節能降耗。

（4）采用提高功率因數cosΦ的措施。低壓系統設置靜電電容器對無功功率進行補償，使cosΦ達0.95以上。照明用的氣體放電燈采用高功率因數的電子鎮流器或低損耗節能型電感鎮流器加補償電容。

（5）照明選用高效節能的細管熒光燈（T5管）、緊湊型熒光燈或LED為主要光源。

（6）照明設計按《建筑照明設計標準》GB50034-2013的規定控制照明功率密度。

（7）燈的控制方式符合電氣節能要求。

1.8 主要電氣設備布置

泵組LCU屏及電容補償柜對應泵組布置于主泵房電機層進水側，電動機采用電纜進線。

副廠房布置在主泵房一側，設中控室、高壓開關室、低壓配電室、柴油發電機房。

中控室布置有計算機監控操作臺、10 kV線路保護屏、公用LCU屏、直流屏等。低壓配電室布置站用變壓器和低壓配電屏。高壓開關室布置10 kV開關柜、各泵組開關柜。

2 結束語

首先，泵站電氣設計必須滿足規范性要求的前提下，設計人員在進行方案確立和設備選型時，需考慮設計成果在實際工況條件下的適用性和合理性，同時也需為業主考慮節省建設資金和方便設備設施的運行維護。本文結合下林泵站電氣設計方案加以分析，希望能為后續的防洪排澇電氣設計工作提供理論指導。

參考文獻

[1] 石少宗.城市防洪排澇泵站的電氣設備管理與維護[J].沿海企業與科技，2012（3）：78-80.

[2] 饒智.防洪排澇泵站電氣設備的運行與維護管理[J].工程技術：文摘版，2017（5）：36.

[3] 趙弋.城市防洪排澇泵站設計若干問題探討[J].低碳世界，2015（22）：97-98.

[4] 高朝輝.淺談城市化進程中排澇泵站對城市河涌防洪排澇的重要性[J].城市建設理論研究，2012（6）：559.

[5] 姜碧慧.防洪排澇泵站電氣設備的運行與維護管理[J].技術與市場，2016（3）：149-150.

[6] 饒智.防洪排澇泵站電氣設備的運行與維護管理[J].工程技術，2018（8）：36.

[7] 孫宏偉.防洪排澇泵站的電氣一次設計[J].中國高新技術企業，2008（10）：122.

[8] 李輝.中小型城市排澇泵站電氣設計中應注意的幾個問題[J].區域治理，2018（35）：272.

[9] 胡連檢.王家曬城市防洪排澇泵站工程設計[D].2018.

[10] 曹春芳.城市防洪排澇泵站綜合自動化監控系統研究[J].建筑工程技術與設計，2017（12）：5659.