城南排澇站二站電氣主接線和主要設備的選擇

李春保 賀淑全 楊保恩 唐 波

（宿遷市水務勘測設計研究有限公司 宿遷 223800）

1 工程概況

宿遷市馬陵河城南排澇站二站位于馬陵河下游端，承擔著馬陵河的排澇和東關口公園的排澇，規劃設計流量為17.0m3/s。城南排澇站二站的建設將提升馬陵河整體的水環境質量和打造東關口歷史文化公園的水景觀。根據泵站的設計流量，初步選擇裝機功率為3×355kW+2×75kW。根據《室外排水設計規范》(GB 50014-2006) 中5.1.9條規定“排水泵站供電負荷應按二級負荷設計”,確定泵站負荷等級為二級。

2 接入方式

馬陵河城南排澇站二站位于宿遷市城區東南片，供電電源可靠，有多路電源可供選擇，根據泵站的負荷等級，按照相關規范需要兩路電源,第一路電源來自110kV付莊變10kV付黃II#121線桿供電，距離約為80m，第二路電源由110kV城中變10kV城運143線F8-5#桿供電，距離約為150m，兩路進線柜設置電氣閉鎖+機械聯鎖,實現“三合二”閉鎖功能，且要配有“三鎖兩鑰匙”。

3 電氣主接線選型

馬陵河城南排澇站二站為排澇泵站, 根據工程位置的電力供電情況，高壓側等級擬定為10kV，同時根據《評價企業合理用電技術導則》（GB/T3485-1998）中4.1.1條“功率在200kW及以上，宜采用高壓電動機”，故此次電動機初步計算的軸功率大于200kW，擬定高壓電機為電壓為10kV。該工程適用的主要電氣接線方式有三種，分為單母線方案、單母線分段方案、雙母線接線方案，各種接線的優缺點見表1。

根據馬陵河城南排澇站二站高壓側的電壓及初步選擇的電動機額定電壓，此次選用單母線接線方式。

4 電氣設備選擇

根據工程的重要性，按“無人值班（少人值守） ”的原則設計。同時結合所選的主接線方案進行如下設備的選擇。

4.1 電動機選型

根據我國現行電動機的分類，電動機分為直流電動機和交流電動機，該泵站電機功率較小，故選擇交流電動機，交流電動機又分為異步電動機和同步電動機。異步電動機簡單、耐用、可靠、易維護、價格低、特性硬，但是起動和調速性能差，輕載時功率因數低，一般適用于無調速要求的場所；同步電動機恒轉速，功率因數可調節，價格貴，一般只在不需調速的高壓、低速、大容量的機械上采用。綜合兩種異步電動機的特點，結合該泵站管理單位的管理水平，該工程電動機選型采用異步電動機方案 。

4.2 額定功率及額定電壓

根據泵站進出水池水位以及《泵站設計規范（GB50265-2010）》《中小型泵站設計與改造技術》，電動機的功率見下式：

式中：K1—功率的備用系數，見表2；

K2—水泵工作條件系數，見表3；

H—水泵的最不利工作揚程，對于離心泵采用設計最低揚程（m），對于軸流泵采用設計最高揚程（m）；

筆者采用對比冷浸前后煤體滲透率的變化來表征液氮冷浸前后煤體孔隙變化規律，試驗所用滲透率測量裝置為河南省瓦斯地質與瓦斯治理重點實驗室的三軸瓦斯滲流試驗系統，如圖2所示。該裝置可以進行不同溫度、不同軸壓和不同圍壓下的瓦斯滲流試驗，其圍壓范圍0～50 MPa；軸壓范圍為0～70 MPa；孔隙氣壓范圍為0～10 MPa；氣體流量監測范圍為0～500 mL/min。試驗加載氣體為純度99.99%的氮氣，由精密壓力傳感器顯示加載的氣體壓力、軸壓和圍壓，顯示精度為0.001 MPa。

η泵—水泵在最不利工作揚程下的效率（%）；

η傳—傳動效率（%）；

Q—水泵在最不利工作揚程下的流量，( m3/s）；

根據流量揚程計算得到選用355kW電動機滿足要求, 機組電壓為10 kV。

4.3 主要電動機型號及參數

根據電機選型樣本，選擇如下：

電機型號：YLS-560-16

額定功率：355kW

額定電壓：10 kV

功率因素：0.70

電流：31.8A

最大轉矩 / 額定轉矩：1.8

堵轉電流 / 額定電流：6.0

表1 三種方案接線的優缺點表

4.4 啟動力矩及啟動方式

由于電網短路容量供電公司無法準確找到，根據相關資料，一般認為10kV線路短路容量不超過300MVA，355kW電動機的啟動容量為Sst=6×10×0.0318× 3=3.30MVA。根據已確定的設備配置和接線方案，按照最后一臺355kW電動機啟動作為最不利工況，則已經接入的負荷考慮到一定的富余量，擬定為10MVA，則母線電壓下降為：

式中：ΔUstm—電機端子電壓相對值；

表2 功率備用系數表

表3 水泵工作條件系數表

Skm—系統短路容量；

Sst—系統啟動容量。

根據上述母線壓降計算，母線壓降為1.0%，小于容許的15%，但是采用異步電動機，直接啟動方式啟動電流很大，為此電機配套軟啟動裝置以滿足啟動要求。

4.5 短路電流計算

該泵站3臺高壓電機和2臺低壓電機，高壓電機功率355kW，低壓電機功率為75kW，高壓電機直接接入電網，電網的短路容量按照300MVA。則高壓短路電流為16.50kA。

4.6 站變選擇

根據《泵站設計規范》的相關要求，站用變壓器容量應滿足可能出現的最大站用電負荷，計算得出站變負荷容量為500kVA，選擇1臺容量為500kVA的廠用干式變壓器，變壓器型號為SCB11-500-10/0.4kV。

4.7 10kV電氣設備選擇及布置

近年來，成套電器技術飛速發展，已經相當成熟，目前10kV高壓開關柜主要有固定式和手車式，由于手車式具有供電可靠等優點，深受用戶好評。此次選擇手車式開關柜，手車式又可分為落地式和中置式，中置式除了落地式的特點之外，還具有尺寸容易控制，精度高、操作輕巧等優點，此次高壓開關柜選擇中置式高壓開關柜。高壓控制室配15臺KYN28-12高壓控制柜，高壓軟啟動室配3臺HPMV-DN-355kW軟啟動柜，高壓無功補償室配3臺TBB10-150/50-AK無功補償柜。本站高壓電機采用降壓啟動，每臺電機配備一臺軟啟動器，無功補償方式采用集中補償，補償量為150kVar +450kVar，補償后的功率因數達到0.90以上。

4.8 0.4kV電氣設備選擇及布置

0.4kV低壓開關柜目前主要有GGD型、GCK型、GCS型、MNS型，由于MNS型開關柜具有外形統一、精度高、抽屜具有機械聯鎖裝置、容量大，是一種非常實用、安全的新型低壓抽出式開關柜。該工程共設置6臺低壓開關柜。低壓柜、站變和直流電源柜布置在低壓室內。

4.9 過電壓保護及接地

根據泵站的結構和布置，泵室底板順水流方向17.0m，垂直水流方向為19.9m，同時底板和側墻均采用鋼筋混凝土結構，泵室上面的廠房通過梁內的鋼筋與側墻鋼筋進行連接，該工程接地裝置正好利用底板、側墻和廠房的梁形成自然接地體。為進一步做好過電壓保護，同時在泵站主廠房屋面四周裝設避雷網，中間形成網格，利用建筑物柱內的主筋引下與泵站底板下的接地網相連，形成整個防雷接地系統。根據《泵站設計規范》（GB50265-2010）中10.9.8“對小電流接地系統，其接地裝置的接地電阻值不宜超過4歐姆。采用計算機監控方式聯合接地系統的泵站，接地電阻值不宜超過1歐姆”，施工完成后，經過實測整個接地網接地電阻約0.8歐姆，未超過1歐姆，符合規范要求。

該工程高壓側在高壓柜中采用電站型避雷器，型號為HY5WZ-17/45，低壓側采用浪涌保護器，型號為KYSPD-B60/4P。

5 結語

宿遷市馬陵河城南排澇站二站是中型泵站, 目前已經投入運行，運行良好。本文是對中型泵站工程設計的部分總結和探討，希望能給水機專業和電氣專業的初學者一些視野的開拓，達到共同進步的目的■