李 亮

（臨沂市水利水電工程建設(shè)監(jiān)理中心，山東 臨沂 276000）

近年來(lái)，隨著橡膠壩技術(shù)的日趨成熟，小型橡膠壩在中小河流上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，興建小型橡膠壩蓄水工程可以充分利用雨洪資源，開(kāi)發(fā)水資源，緩解當(dāng)?shù)厮Y源供需矛盾，同時(shí)，改善當(dāng)?shù)厮h(huán)境和區(qū)域景觀，增加項(xiàng)目受益區(qū)群眾的收入。本文以某小型橡膠壩為例，探討橡膠壩充排水系統(tǒng)在水泵選型和電氣設(shè)計(jì)中要點(diǎn)。

1 供排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 充排水系統(tǒng)布置形式

某小型橡膠壩壩長(zhǎng)80m，共1節(jié)，采用充水式橡膠壩，壩高4.0m。設(shè)置1根排水主管，壩袋設(shè)4根支管（De200）與主管連接，主管與排水池連接。排水泵從池內(nèi)吸水，通過(guò)壓力排水管排水，將水流排向下游。水泵引水管由集水池引至泵室。由于橡膠壩充、排水不可能同時(shí)進(jìn)行，故橡膠壩充排水管道合用同一管路。充水水泵抽水到排水泵室內(nèi)，通過(guò)排水管路實(shí)現(xiàn)對(duì)橡膠壩的充水。

1.2 壩袋排水時(shí)間的確定

根據(jù)河道比降、流域以及行洪能力，并結(jié)合周邊區(qū)域已建橡膠壩運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)以及《橡膠壩技術(shù)規(guī)范》，綜合分析確定橡膠壩的壩袋設(shè)計(jì)充壩時(shí)間為4h，排水時(shí)間為2h。

1.3 水泵機(jī)組選型

水泵選型應(yīng)根據(jù)壩的規(guī)模、起（塌）壩時(shí)間及擬定的系統(tǒng)計(jì)算充排水水泵的流量和揚(yáng)程確定。橡膠壩共一節(jié)，壩袋容積2202m3。擬設(shè)1臺(tái)充水泵，2臺(tái)主排水泵，其中1臺(tái)工作，1臺(tái)備用。

水泵的流量參照《橡膠壩技術(shù)規(guī)范》計(jì)算公式，經(jīng)計(jì)算，充水泵的流量為550m3/h，排水泵的流量為1101m3/h。

水泵的揚(yáng)程參照《橡膠壩技術(shù)規(guī)范》計(jì)算公式，經(jīng)計(jì)算，充水泵的揚(yáng)程為7.9m，排水泵的揚(yáng)程為8.7m。

根據(jù)計(jì)算的水泵流量和揚(yáng)程，經(jīng)管路水力計(jì)算，并驗(yàn)算水泵的工作狀態(tài)后，充水泵確定采用1臺(tái)300WQ600-6-18.5型潛水泵，其主要性能參數(shù)如下：流量 500～750m3/h，揚(yáng)程 5～7m，電機(jī)功率18.5kW。排水泵確定采用2臺(tái)350WQ1100-12-55型潛水泵，1臺(tái)工作，1臺(tái)備用，其主要性能參數(shù)如下：流量900～1500m3/h，揚(yáng)程8～14m，電機(jī)功率55kW。

2 電氣設(shè)計(jì)

2.1 供電電源及供電方案

擬從附近電網(wǎng)線路各T接一回10kV輸電線路至橡膠壩作為永久電源，另各設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組1套作為備用電源。

2.2 主要用電負(fù)荷及負(fù)荷等級(jí)

1）主要用電負(fù)荷。2臺(tái)350WQ1100-12-55型排水泵，一用一備，配套電機(jī)額定參數(shù)：功率為55kW，電壓為380V。1臺(tái)300WQ600-6-18.5型充水泵，配套電機(jī)額定參數(shù)：功率為=18.5kW，電壓為380V。其他動(dòng)力、照明用電負(fù)荷約15kW。

2）負(fù)荷等級(jí)。在汛期河道行洪期間，若橡膠壩不能及時(shí)塌壩泄洪，會(huì)使壩上水位上漲，對(duì)周圍村莊的安全構(gòu)成威脅，鑒于此，橡膠壩的動(dòng)力系統(tǒng)、防汛指揮調(diào)度系統(tǒng)設(shè)備和通信系統(tǒng)等設(shè)備的供電不應(yīng)中斷，均按二級(jí)用電負(fù)荷考慮。泵站日常用電等負(fù)荷按三級(jí)負(fù)荷考慮。

2.3 電氣主接線

變配電室設(shè)在橡膠壩泵房地面層，10kV高壓電纜進(jìn)線接至變壓器高壓側(cè)，變壓器低壓側(cè)及備用電源經(jīng)低壓柜接至380/220V低壓母線，該母線接電源進(jìn)線及上述全部用電負(fù)荷。變壓器低壓側(cè)和柴油發(fā)電機(jī)組電源互相閉鎖。

變配電室設(shè)低壓進(jìn)線柜1臺(tái)，低壓配電柜1臺(tái)，排水泵、充水泵站用電等各占一個(gè)出線回路，另設(shè)2個(gè)備用回路。

2.4 水泵電機(jī)啟動(dòng)方式的確定

根據(jù)本工程控制運(yùn)用的要求，在電力系統(tǒng)正常供電情況下，動(dòng)力系統(tǒng)最大穩(wěn)定運(yùn)行方式為1臺(tái)壩袋排水泵運(yùn)行；最不利運(yùn)行方式為啟動(dòng)1臺(tái)排水泵電機(jī)。在自備應(yīng)急電源供電情況下，動(dòng)力系統(tǒng)最大穩(wěn)定運(yùn)行方式為1臺(tái)壩袋排水泵運(yùn)行；最不利運(yùn)行方式為啟動(dòng)1臺(tái)排水泵電機(jī)。

本工程排水泵電機(jī)為不頻繁起動(dòng)的連續(xù)工作制電機(jī)，根據(jù)《通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50055-2011）規(guī)定：電機(jī)不頻繁起動(dòng)時(shí)，其配電母線上的電壓不宜低于額定電壓的85%。

經(jīng)計(jì)算，該橡膠壩配電母線上的電壓均低于額定電壓的85%，不滿足全電壓直接起動(dòng)條件?？紤]到排水泵屬輕載負(fù)荷，故采用軟啟動(dòng)器起動(dòng)，充水泵采用全壓直接啟動(dòng)。

2.5 主要電氣設(shè)備選擇

1）變壓器。泵站動(dòng)力用電與管理單位照明等用電合用1臺(tái)變壓器。變壓器容量參照《機(jī)電排灌設(shè)計(jì)手冊(cè)》計(jì)算公式，經(jīng)計(jì)算，變壓器容量為83.1kVA，選用SC11-125-10/0.4kV干式變壓器。

2）無(wú)功功率補(bǔ)償計(jì)算。根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50052-2009）的規(guī)定，采用下列公式計(jì)算無(wú)功補(bǔ)償容量Qc。

式中：P為用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷，單位kW；tanφ1為補(bǔ)償前用電設(shè)備自然功率因數(shù)的正切值；tanφ2為補(bǔ)償后用電設(shè)備功率因數(shù)的正切值，一般按cosφ2不小于0.9考慮，取cosφ2=0.95，則tgφ2=0.33。

考慮一定裕量，該小型橡膠壩實(shí)際補(bǔ)償容量采用36kvar。本工程無(wú)功功率不穩(wěn)定，季節(jié)性變化較大，采用無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置可獲得合理的經(jīng)濟(jì)效果。

3）柴油發(fā)電機(jī)組。應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的容量根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）所列公式計(jì)算確定。經(jīng)計(jì)算，該小型橡膠壩發(fā)電機(jī)組功率應(yīng)不小于109.9kW，選用KH120GF型柴油發(fā)電機(jī)組1套作為備用電源。

4）10kV高壓電氣設(shè)備。泵站變配電室10kV高壓進(jìn)線采用電纜穿管敷設(shè)的方式，在10kV架空線與進(jìn)線電纜連接處設(shè)Y5WS-12.7/50型避雷器1組。10kV高壓電纜選用YJV-10型銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜。

5）0.4kV低壓電氣設(shè)備。低壓配電系統(tǒng)選用2臺(tái)GGD型低壓配電柜，選用GGJ型無(wú)功補(bǔ)償屏1臺(tái)，低壓電纜主要選用YJV-1型銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜。

3 結(jié)語(yǔ)

橡膠壩控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是橡膠壩袋的充水升壩、排水塌壩，而水泵的合理選型及電氣設(shè)計(jì)是充排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文通過(guò)對(duì)某小型橡膠壩的充排水系統(tǒng)中的水泵機(jī)組選型及電氣設(shè)計(jì)中分析介紹，說(shuō)明該類小型橡膠壩在機(jī)組選型及電氣設(shè)計(jì)中的計(jì)算條件、要點(diǎn)和應(yīng)注意的問(wèn)題，希望為其他同類小型橡膠壩工程在充排水系統(tǒng)中的水泵機(jī)組選型及電氣設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。