泵閘類工程電氣設計的探討

羅瑩

（上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司，上海200125）

泵閘項目一般具有防洪防澇和水資源調度功能，泵閘工程對提高區域排澇能力、改善水環境、水景觀、提高周邊居民生活品質、提高地塊價值起到越來越大的作用，對于水系較多的南方城市更為明顯。因此，泵閘工程的用電保證及合理是整個工程中最重要環節之一。泵閘工程主要為功率較大的泵組和水閘，而它們不會同時運行的特點使得配電計算及設計有著它的獨特性。

1 供配電系統

1.1 負荷等級

泵閘一般具有防洪防澇和水資源調度功能，直接關系到該地區國家財產和人民生活安全，根據文獻[1]的相關規定，考慮其對政治及經濟的影響，泵閘工用電負荷為二級負荷，采用二路10kV 電源供電，二路電源互為備用，電源備用率為100%，由電纜引入新建10kV 變配電所。

1.2 供配電方案

泵閘項目的主要用電設備為水泵，因此，根據水泵功率的大小也有著不同配電方式。

情況1：

若項目中的主要負荷為10kV 電動機，根據供電電源及用電負荷情況，10kV 主接線擬定如下兩種方案進行比較：

方案一：單母線接線

兩回路電纜進線，電氣主接線采用單母線接線，進線設兩臺10kV 斷路器，兩接線最簡單可靠，設備投資較低。正常情況下一路10kV 電源作為工作電源給全部用電負荷供電，另一路電源作為備用電源，當工作電源故障時由備用電源供電，兩路電源之間進行電氣及機械連鎖，防止電源同時接通。

方案二：單母線分段接線

兩回路電纜進線，電氣主接線采用單母線分段接線、進線，母聯共設三臺斷路器，接線稍復雜，設備投資稍大。正常情況下兩路10kV 電源同時運行，母聯聯絡斷路器斷開，兩路電源分別向兩段母線上的用電負荷供電；當一路電源故障或檢修時，母線聯絡斷路器合上，另一路電源能承擔全部重要負荷用電。兩路10kV 電源進線及母聯開關之間設電氣及機械閉鎖，防止電源并列運行。任一回路線路故障或檢修，都不影響泵閘運行，供電可靠性高。

綜上比較，雖然兩方案均能滿足一路電源故障的情況下泵閘對二級用電負荷持續供電的要求。但方案一中當母排故障或檢修時則會導致停電，供電可靠性低于方案二。因此，在條件允許下，推薦選用方案二。

10kV 側電氣主接線采用單母線分段形式。正常運行時，聯絡柜分段斷路器分開，當一回電源故障或檢修時，母線斷路器通過自動或手動合上，由另一路電源同時向兩段母線供電。

0.4kV 側電氣主接線采用單母線分段（帶聯絡開關）接線方式。正常運行時，低壓聯絡柜分段斷路器分開，由兩臺變壓器分別向兩段低壓母線供電。當一路電源故障或檢修時，又或一臺變壓器檢修或故障時，分段斷路器自動或手動閉合，由另一臺變壓器對全部負荷供電。

情況2：

若項目中的主要負荷為0.4kV 電動機且重要負荷總容量不超過300kW 時，根據供電電源及用電負荷情況，主接線擬定如下兩種方案進行比較：

方案一：一路電網外線一路柴油發電機

電網不佳或較偏遠的地區無法提供兩路高壓電源的地區，采用一路高壓電源供電，另一路電源采用移動式柴油發電機。高壓電源供電為常用電源，柴油發電機為備用電源。當常用電源故障時，由備用電源為重要負荷供電。

方案二：兩路電網外線

電網良好或較發達區域，一般可提供兩路高壓電源，并且該兩路電源來自不同上級變電站或者同一變電站的不同母排。高壓側采用單母線接線方式，低壓側采用單母線分段接線方式，兩路電源同時運行，互為備用。

方案二供電可靠性高，安全性好，但需良好的電網條件。方案一，可以很好的解決無法提供兩路高壓電源的泵閘規模較小的較偏遠地區。

以上兩種方案，在條件滿足的前提下優先選用方案二，不同項目可根據具體情況選擇適用的方式。

1.3 用電負荷計算

泵閘工程的負荷計算一般采用需要系數法進行計算。計算公式如下：

式中：Kx-需要系數；Pe-用電設備的設備功率；Pjs-計算有功功率；Qjs- 計算無功功率；Sjs- 計算是在功率；Ф- 功率因數角；KΣp，KΣq-有功功率，無功功率同時系數；

需要系數Kx 及功率因數角相關參數參考文獻[2] 中表1.4-1。

2 工程實例設計

2.1 工程概況

上海某泵閘工程建設為配合新科技城建設，進一步溝通水系，增強區域防汛除澇能力，改善區域水環境。主要用電負荷為132kW 水泵兩臺及其它動力負荷。

負荷計算如表1。

泵閘項目與其它類型項目不同：泵和閘門不同時使用，因此總容量的負荷計算中較小的閘門應不計算在內，最終選用400kVA 變壓器。

2.2 電氣主接線方案

該項目用電負荷主要為0.4kV，主要用電設備為潛水灌流泵，單臺電機功率為132kw；其它用電設備為排污泵，閘門等，設有2 臺站用變壓器，單臺容量為400kVA。根據上海市電力公司要求：用戶申請總容量在250kVA 至8000kVA 時，采用10kV 電壓供電。因此該工程采用2 路10kV 進線，經變壓器給主水泵等設備及變電所泵房等配電。

根據工程情況0.4kV 主接線方案擬用：0.4kV 側電氣主接線采用單母線分段接線方式。正常運行時，低壓聯絡柜分段斷路器分開，由兩臺變壓器分別向兩段低壓母線供電。當一路電源故障或檢修時，又或一臺變壓器檢修或故障時，分段斷路器閉合，由另一臺變壓器對全部二級負荷供電。兩臺變壓器同時運行互為備用。

2.3 電動機啟動

電動機起動應按供電系統最小運行方式及機組最不利的運行組合形式，在供電系統為最小運行方式，起動第二臺電動機時為最不利運行方式。文獻[3]第10.5.1 條規定的母線電壓降不宜超過額定電壓的15%的要求；符合文獻[4]第2.2.2 條，在一般情況下電動機頻繁起動時配電母線上的電壓不宜低于90%，電動機不頻繁起動時配電母線電壓不宜低于85%的要求。

132kW 水泵電機采用軟起動方式起動可滿足上述要求，其它電機均直接啟動。

2.4 電氣設備布置

設變電所一座，靠近泵房主體即負荷中心，變配電所內設置高壓室、低壓室、控制室。

泵組控制柜，動力配電柜等布置于主泵房內，設備現場電控柜（箱）等隨設備分散就地布置。

2.5 防雷與接地

泵閘項目內的建筑物屬于一般工業性建筑物。根據當地平均雷暴日數據及建筑情況，計算出預計雷擊次數小于0.25 次/a，則根據文獻[5]該建筑按第三類防雷建筑物。為防直擊雷造成傷害，在各建筑物屋頂均裝設接閃帶作保護，避雷帶采用25mm×4mm 熱鍍鋅扁鋼成小于等于20*20 網格敷設，接閃帶接地引下線與各單體建筑物接地網可靠連接。所有設施管道、電纜橋架、配電箱等金屬物均與接地網可靠連接。低壓側采用TN-S 接地系統，充分利用構（建）筑物的基礎接地體，利用梁柱內的主鋼筋作為接地引下線。變配電所及泵閘內所有電氣設備，計算機監控系統設備的接地系統均共用一個總接地裝置，其接地電阻值不大于1Ω。

表1

2.6 照明

建筑物室內常規照明按照文獻[6]要求設置。變電所內除常規照明外需設置應急照明，在各建筑物主要通道，出口均設置帶充電電池的應急疏散指示燈。

主泵房等潮濕部位應采用防潮型燈具。

2.7 主要電氣設備選擇

本工程設備選型遵循技術先進、安全可靠、經濟合理的原則。采用國內外性能價格比高的電氣設備：

10kV 開關柜：采用金屬中置式成套開關柜。

0.4kV 開關柜：采用符合IEC60439 標準的具有敷鋁鋅鋼板外殼的帶有智能終端或接口的封閉抽出式開關柜。

變壓器采用帶防護罩殼的低損耗少填料薄絕緣環氧樹脂澆注干式變壓器或其它節能型變壓器。帶風機及溫控裝置，現場總線接口。

泵閘項目現場一般較為潮濕，宜選用不銹鋼材質。戶內設備外殼防護等級IP44,戶外設備外殼防護等級IP65,均采用不銹鋼材質。

2.8 電纜及敷設方式

泵閘內主要配電電纜非直埋的選用YJV，需直埋的選用YJV22 型，控制電纜選用KYJV 型，水下電纜選用YJY 型。

變電所內電纜沿電纜溝敷設。構建筑物內的電纜主要采用穿電纜橋架、預埋保護管、沿電纜溝敷設的方式。室外電纜主要采用直埋敷設，過路段采用穿保護鋼管敷設。

2.9 節能

2.9.1 在低壓側設置無功功率自動補償裝置，以補償低壓設備的無功功率和變壓器的無功損耗，消除諧波影響，減少供電線路導線的截面，節約有色金屬，減少電力系統中的功率損耗和電能損耗。

2.9.2 在設備和材料選用方面，設計采用低損耗的11 系列或13 系列的干式變壓器、高效率電機、銅芯電線電纜、LED 燈等。

2.9.3 變電所設置在負荷中心，尤其靠近大功率設備，以減少電能損耗。

3 結論

經過對不同泵閘工程的設計經驗總結，本文通過整體方案對比及案例設計介紹，在設計中主要需要注意的事項如下：

3.1 用電負荷等級宜采用二級負荷，采用兩路進線設計；對于含有高壓設備的系統，建議高低壓段均采用帶母聯的單母線分段接線方式；對于僅含有低壓設備的系統，建議采用變組接線方式，低壓側采用帶母聯的單母線分段接線方式。

3.2 用電負荷主要為泵、閘，但泵和閘并不會同時使用，因此需要系數的選取要特別注意，往往功率較小的閘門不計入總負荷計算。

3.3 泵閘項目所處環境較為潮濕，在設備選擇時要注意防潮。