洼地治理工程沿潁洼地兩河口泵站電氣設計淺析

劉 琛

（安徽省阜陽市水利規劃設計院有限公司，安徽 阜陽 236000）

1 工程概況

兩河口電力排灌站位于潁泉區聞集鎮兩河口村境內，沙潁河右岸。兩河口站建于1967 年，總裝機1820kW，安裝32SH-19 型水泵配JSQ157-7-10 型電機7 臺套。

該站因建設年代久遠，各類設施設備陳舊老化，裝置效率降低，經鑒定其安全類別為四類，需拆除重建。規劃參數發生較大變化，原泵型已不能適應，此次重建工程機電設備全部更新。該站凈揚程0～9.50m，灌溉流量7.2m3/s，排澇流量18.5m3/s，據本站流量揚程特點，適合選用的泵型為立式軸流泵或混流泵。泵站灌溉、排澇流量和揚程相差較大，排灌機組分開選型。選用5 臺1200ZDB-100 型潛水軸流泵。灌溉機組選擇3 臺900ZDB-50 型潛水軸流泵。均選用額定功率為315kW、額定電壓10000V、極數為12 極的異步電動機作為本站主電機。

2 泵站電氣設計

2.1 供電方式

兩河口站為重建工程，主要用途為所轄灌溉區域提供農田排澇和灌溉，根據《供配電系統設計規范》(GB50052-2009)，該站供電負荷等級為三級。供電電源為現有35kV 輸電線路，此次工程擬對管理范圍內的架空線路進行維修，維修線路長度約為1.5km。

2.2 電氣主接線

泵站設8 臺潛水軸流泵，其中排澇機組5臺，配套高壓潛水異步電機型號為YQGN850-12-315kW，單機容量為315kW，額定電壓10kV，額定功率因數0.76，電機效率為92.5%；灌溉機組另設3 臺潛水軸流泵，配套高壓潛水異步電機型號為YQGN850-12-315kW，與排澇機組相同；另有泵站室內外照明負荷、站用輔助設備負荷、中控室用電、管理所用電等。

排澇最大運行方式為5 臺機組同時運行，灌溉工況3 臺機組運行。泵站高、低壓設備用電計算負荷大約3449.6kVA，其中35kV 總計算負荷約3360kVA，0.4kV 總計算負荷約89.6kVA（折算到35kV 側）。

電氣主接線的接線確定應是綜合考慮系統狀況、建設規模、接入系統設計等因素；電氣主接線應滿足電力系統的穩定、可靠性的要求以及電力系統對泵站水泵運行方式的要求，同時應滿足供電可靠、運行靈活、檢修方便、接線簡單、便于實現自動化和分期過渡、經濟合理等要求。

泵站配電側的電氣主接線方式主要有單母線接線和單母線分段接線兩種。相對于單母線分段接線，單母線接線更為簡單、設備相對較少、投資較低，但是可靠性與靈活性不如分段方式接線。水泵臺數裝設較少的泵站一般采用單母線接線；對于水泵臺數較多的泵站，主接線均采用單母線分段接線的接線方式，為了避免某一個饋電環節發生電氣故障時切換不及時，影響整個配電系統造成整個泵站停電，單母線接線難以滿足可靠性的要求，為了降低這種故障的風險，需采用單母線分段接線的電氣主接線方式。

結合該站運行方式特點，本著滿足運行需要和節省投資，降低運行費用等原則對本站電氣主接線擬定了兩個可行方案進行比選，見表1。

表1 兩河口站主接線方案比較表

方案一：設一臺主變，容量為5000kVA，帶8 臺機運行，10kV 機壓側采用單母線接線，35kV 側為線路—變壓器組單元接線，主變高、機壓側均設斷路器。

方案二：設二臺主變，容量分別為2500kVA，各帶4 臺機運行，10kV 機壓側分兩段單母線，每段單母線分別由4 臺電動機和1 臺主變壓器組成，35kV 側為變壓器—線路組單元接線，主變高、低壓側均設斷路器。

經兩個方案比較：雖然方案二較方案一變配電設備及投資多，但主變、母線檢修或故障時，部分機組仍能運行，可靠性和靈活性高，便于調度運行，同時在灌溉運行和排澇機組未滿負荷運行情況下主變損耗小。

綜上所述，該階段推薦方案二為本站電氣主接線方案。

2.3 主要電氣設備選擇

2.3.1 主變壓器選擇

單臺電動機（水泵軸功率為267.5kW）視在容量為410.2kVA，5 臺機運行容量為2051.5kVA，再加上站用電容量約89.6kVA，計算所需主變壓器的容量為2140.6kVA。選用容量為2500kVA 的2 臺S22-2500/35±2×2.5%/10.5 型變壓器。

2.3.2 其他電氣設備選擇

為保證所選的電氣設備運行安全、可靠，除按正常工作狀況下所在回路的最高工作電壓和最大工作電流來進行選擇外，還按最大運行方式下最不利的短路情況，對電氣設備動穩定和熱穩定進行校驗，以保證電氣設備在短路情況下，不致受到破壞，并能安全切斷電流，避免短路故障事態的擴大。經選擇和校驗，35kV 側KYN61-40.5 型中置金屬鎧裝式高壓開關柜，柜內選配LVB-40.5 型真空斷路器，LZZBJ9-35Q 型電流互感器。10kV 側選用KYN28A-12 型中置金屬鎧裝式高壓開關柜，柜內選配LVB-12 型真空斷路器，LZZBJ9-10Q 型電流互感器；0.4kV 選用MNS 抽屜式低壓配電屏，屏內選配TS 型空氣開關，SDH-0.66 型電流互感器。

2.4 電動機起動和無功補償方式

2.4.1 電動機起動

為降低電動機起動造成電網電壓波動，減少變壓器容量，機組采用高壓軟啟動方式。

同時對起動力矩進行了校核，當水泵靜阻力矩為額定力矩的30%，電機起動轉矩倍數為1.1 時，起動電壓僅需額定電壓的54%，起動力矩足以克服靜阻力矩，機組起動時間和主電動機熱穩定均符合校驗。

2.4.2 無功補償方式

由于本站電動機的功率因數為0.76，根據《泵站設計標準》（GB50265）第10.4.2 規定對本站進行無功補償，采用母線分段集中補償方式。10kV 母線每段補償容量為750kVar，將功率因數補償到0.9 以上。

2.5 站用電系統

站用變壓器容量的選擇是按以下兩種可能出現的最大站用負荷運行方式來考慮。（1）全部機組運行；（2）一臺機組檢修，其余機組運行。選容量為160kVA 的站變1 臺,其型號為：SC(B)18-160/1010±5%/0.4kV，站變接自10kV 機壓母線。

考慮到本站不運行時檢修用電，另選用一臺SC(B)18-160/35 型站用變壓器。從35kV 母線引接電源。站變低壓側通過MNS 低壓配電屏向供水泵、閘門啟閉機、機修及照明等站用電負荷供電。同時考慮重要負荷及消防需要設置一臺91kW 柴油發電機組作為應急電源。

2.6 電氣設備布置

廠房內安裝5 臺機組，作一列布置，在出水側布置有機機組就地控制箱。室內35kV 變電所位于廠房右側，共分兩層，布置在泵站主廠房一側的副廠房內，一層設有35kV 配電室、10kV 配電室、電容器室、變壓器室、工具間等；二層設置直流電源及LCU 室、中控室和其他輔助性房間。

2.7 繼電保護及安全自動裝置

根據《泵站設計標準》（GB50265）及《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》（GB/T50062）有關條款的規定，對本站繼電保護系統進行配置，保護裝置選用國內成熟的定型微機保護裝置。具體配置如下：

2.7.1 主變壓器保護

縱聯差動保護：作為主變內部及其引出線故障的主保護，保護瞬時動作于跳開主變高、低壓側斷路器，并發出事故信號。

瓦斯保護：作為主變內部故障的主保護，分為重瓦斯和輕瓦斯保護。其中重瓦斯保護瞬時動作于跳開主變兩側斷路器，并發出事故信號；輕瓦斯保護延時動作于發出故障信號。

過電流保護：用于防止外部相間短路引起過電流(兼作主變內部短路的后備保護)；保護帶時限動作于跳閘。

過負荷保護：用于防止主變因過載而引起的過電流；保護延時動作于發出故障信號。

溫度升高保護：用以防止主變溫度升高。保護延時動作于發出故障信號或跳閘。

2.7.2 電動機電壓母線（10kV 母線）保護

帶時限電流速斷保護：作為母線短路故障的主保護，保護帶延時動作斷開母線進線開關。

低電壓保護：保護延時動作于斷開母線進線開關。

絕緣監視：當母線發生單相接地時，保護動作于發出故障信號。

2.7.3 異步電動機保護

電流速斷保護：作為定子繞組（包括電動機引出電纜）相間短路的主保護；保護瞬時動作于跳開電動機斷路器。

過負荷保護：用于防止電動機或水泵因卡、纏所引起的過負荷；保護延時動作于發出故障信號。

低電壓保護：用于防止由于電網電壓大幅度下降或消失所引起的電動機過電流和不穩定運行。保護延時動作于跳開電動機斷路器。

溫度保護：軸承、線圈溫度升高和過高保護。溫度升高動作于發出故障信號；溫度過高動作于跳開電動機斷路器。

單相接地保護：根據計算結果，本站電動機回路處發生單相接地短路時，其單相接地短路電流小于5A，故可不設單相接地保護。

絕緣電阻監測保護：電機配套專用監測保護裝置對潛水電機的軸承、繞組超溫，電機、油室和接線盒進水，電機靜態和動態電阻等進行監測保護。

2.7.4 35kV 站用變壓器的保護

電流速斷保護：作為站變內部及其引出線故障的主保護，保護瞬時動作于跳開站變高壓側斷路器，并發出事故信號。

過電流保護：用于防止外部相間短路引起過電流(兼作主變內部短路的后備保護)；保護帶時限動作于跳閘。

過負荷保護：用于防止主變因過載而引起的過電流；保護延時動作于發出故障信號。

溫度升高保護：用以防止主變溫度升高。保護延時動作于發出故障信號或跳閘。

2.7.5 10kV 站用變壓器的保護

電流速斷保護：作為站變內部及其引出線故障的主保護，保護瞬時動作于跳開站變高壓側斷路器，并發出事故信號。

過電流保護：用于防止外部相間短路引起過電流(兼作主變內部短路的后備保護)；保護帶時限動作于跳閘。

過負荷保護：用于防止主變因過載而引起的過電流；保護延時動作于發出故障信號。

溫度升高保護：用以防止主變溫度升高。保護延時動作于發出故障信號或跳閘。

3 結論

不同的泵站對供配電的要求不同，在泵站的供配電設計時應首先考慮供電電源和電氣主接線，是泵站電氣設計的關鍵部位，直接決定了泵站電氣的建設投資和運行成本，在設計的前期統籌考慮，根據泵站對供電可靠性的要求，合理地確定供電電源的回路數、供電電壓、供電距離，以及可靠、靈活、經濟的電氣主接線方案。兩河口泵站為減少發生風險和出現故障的頻率，選擇單母線分段接線為電氣主接線形式，同時在泵站日常運行時可以根據不同的運行工況投入主變臺數，以降低主變損耗，滿足泵站運行管理單位需求■