某橡膠壩工程備用電源的設計與應用

□劉曉琳 賈昊楠

橡膠壩工程是一種攔河建筑物，具有防洪安全、造價低廉、施工工期短、美化環(huán)境等優(yōu)點，不僅能夠在枯水期蓄水、滿足用水需求，而且在汛期可及時塌壩過水，保證河道行洪安全。在橡膠壩工程中，根本要求是汛期時滿足較高的工程可靠性，即必需在洪水來臨之前塌落所有的橡膠壩。而橡膠壩塌壩時的主要用電負荷，除正常情況下采用電網(wǎng)供電之外，在停電情況下，則需要應急電源及時供電，否則影響塌壩、阻礙河道行洪。因此，備用電源系統(tǒng)在橡膠壩工程中的設計和應用顯得尤為重要。

1.工程概況

近幾年，張家口市等地被列為國家山水林田湖生態(tài)環(huán)境綜合整治試點區(qū)域。白河作為密云水庫的上游水系，是首都的生態(tài)屏障與水源地。在國家鼎力支持下，根據(jù)省政府指示和要求，對赤城縣白河縣城上游段進行生態(tài)治理。為提高蓄水能力和增加岸邊慢行系統(tǒng)的美觀性，此工程共設置兩座橡膠壩。為同時滿足減少建筑用地、增強經(jīng)濟性，保證工程可靠性等要求，需要分別對兩座橡膠壩的備用電源進行設計與應用。

2.備用電源特點對比分析

目前，常用的備用電源主要有柴油發(fā)電機、EPS 應急電源和UPS 不間斷電源等形式。由于UPS 在水利工程中應用較少，因此本文重點對柴油發(fā)電機和EPS 兩種備用電源的特點進行對比分析，結(jié)果見表1。

柴油發(fā)電機組由于其發(fā)電機容量較大、連續(xù)供電時間長等不可替代的優(yōu)勢，在水利工程中得到了長期、廣泛的應用。但是隨著近年來，國內(nèi)對綠色環(huán)保的要求逐年提高，柴油發(fā)電機排放有害氣體、振動大、噪聲大以及占用建筑空間大等缺點逐漸暴露出來；相反，EPS 工作時無煙氣排放、無噪音、無振動，滿足環(huán)保要求，且占地面積較小，能適用于較為惡劣的工作環(huán)境，因而在對環(huán)境要求比較高的水利工程中也逐漸得到了應用。

3.工程特點及備用電源設計思路

本工程共2 座橡膠壩，1 號橡膠壩利用壩內(nèi)水壓與下游水位落差自流塌壩；2 號橡膠壩采用自流與水泵強排結(jié)合的方式塌壩，平時自流塌壩，緊急情況時采用水泵強排。其中2 號橡膠壩采用常規(guī)全自動柴油發(fā)電機組作為備用電源，停電時為2 臺15kW 的壩袋排水 泵 及4 臺0.09～0.55kW 電 動 蝶 閥 供電。但1 號橡膠壩由于占地面積限制，無法設置柴油發(fā)電機室，且緊急情況時備用電源僅需為2 臺0.09～1.1kW 電動蝶閥供電。

結(jié)合本工程1 號橡膠壩實際，重點從以下4 個方面對1 號橡膠壩備用電源提出設計要求：

使用可靠性要求。備用電源必須足夠安全可靠，能適應多種不同類型負載、承受瞬時電流沖擊，保證在洪水來臨前，電網(wǎng)停電的條件下，橡膠壩能夠及時、可靠的完成塌壩行洪的任務。

表1 柴油發(fā)電機和EPS 的特點分析

環(huán)保要求。由于該項工程是國家“山水林田湖共同體”理念的重要體現(xiàn)，是保障首都水源地的重要基礎工程，在環(huán)境保護方面具有較高設計要求，因此在保證備用電源安全可靠使用的前提下，應盡量滿足低噪音、低震動、少煙氣排放等綠色環(huán)保要求；

占地空間要求。由于1 號橡膠壩泵房及配電室置于防洪堤外側(cè)的岸邊，空間有限，存在一定布置困難，因此要求備用電源所需占地空間相對較小；

可維護性要求。由于平時兩座橡膠壩均采用集中控制，因此備用電源應具備全時監(jiān)控、自動操作和故障報警等功能。

4.備用電源的設計與應用

通過以上分析，為1 號橡膠壩設置了容量為10kW 的EPS 電源裝置作為備用電源，停電時開啟電動蝶閥，以保證洪水來臨前，電網(wǎng)停電的條件下也能及時、可靠地完成塌壩行洪的任務。EPS裝置與低壓配電柜結(jié)合布置于1 號橡膠壩泵房上層配電室內(nèi)，相較于柴油發(fā)電機作為備用電源，極大地縮減了占地。

圖1 EPS 電源供電接線示意圖

具體工作原理如下：當市電正常時，由市電經(jīng)過互投設備為電動蝶閥等重要負載供電，并經(jīng)充電器為蓄電池進行充電或浮充。當市電供電中斷或電壓超限時，互投設備立即投切至逆變器供電，以保證電動蝶閥等重要負載的正常工作。供電接線示意圖見圖1。

5.結(jié)語

橡膠壩工程在河水生態(tài)治理工程中，既擔負著重要的行洪任務，又兼具美化環(huán)境的使命。EPS 以其可靠性高、環(huán)保、占地空間小以及免維護等優(yōu)點逐漸被工程人員所重視，也使得橡膠壩工程中備用電源類型的設計與應用變得豐富起來。在綜合考慮安全可靠、綠色環(huán)保、經(jīng)濟高效及占地少等方面需求的基礎上，對本工程1 號橡膠壩設計了EPS 作為備用電源。本設計不僅滿足了1 號橡膠壩占地小、可靠性高、經(jīng)濟性高、美觀等工程要求，也為后續(xù)橡膠壩工程備用電源設計提供了一個可行的方案與工程案例。□