羅瑩

（上海市城市建設(shè)設(shè)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(diào)度功能，泵閘工程對提高區(qū)域排澇能力、改善水環(huán)境、水景觀、提高周邊居民生活品質(zhì)、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(huán)節(jié)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(shè)計有著它的獨特性。

1 供配電系統(tǒng)

1.1 負荷等級

泵閘一般具有防洪防澇和水資源調(diào)度功能，直接關(guān)系到該地區(qū)國家財產(chǎn)和人民生活安全，根據(jù)文獻[1]的相關(guān)規(guī)定，考慮其對政治及經(jīng)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(shè)備為水泵，因此，根據(jù)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(jù)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(shè)兩臺10kV 斷路器，兩接線最簡單可靠，設(shè)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(lián)共設(shè)三臺斷路器，接線稍復(fù)雜，設(shè)備投資稍大。正常情況下兩路10kV 電源同時運行，母聯(lián)聯(lián)絡(luò)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(lián)絡(luò)斷路器合上，另一路電源能承擔(dān)全部重要負荷用電。兩路10kV 電源進線及母聯(lián)開關(guān)之間設(shè)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(xù)供電的要求。但方案一中當母排故障或檢修時則會導(dǎo)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(cè)電氣主接線采用單母線分段形式。正常運行時，聯(lián)絡(luò)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(cè)電氣主接線采用單母線分段（帶聯(lián)絡(luò)開關(guān)）接線方式。正常運行時，低壓聯(lián)絡(luò)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?cè)萘坎怀^300kW 時，根據(jù)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(wǎng)外線一路柴油發(fā)電機

電網(wǎng)不佳或較偏遠的地區(qū)無法提供兩路高壓電源的地區(qū)，采用一路高壓電源供電，另一路電源采用移動式柴油發(fā)電機。高壓電源供電為常用電源，柴油發(fā)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(wǎng)外線

電網(wǎng)良好或較發(fā)達區(qū)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(cè)采用單母線接線方式，低壓側(cè)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(wǎng)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(guī)模較小的較偏遠地區(qū)。

以上兩種方案，在條件滿足的前提下優(yōu)先選用方案二，不同項目可根據(jù)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(shù)法進行計算。計算公式如下：

式中：Kx-需要系數(shù)；Pe-用電設(shè)備的設(shè)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(shù)角；KΣp，KΣq-有功功率，無功功率同時系數(shù)；

需要系數(shù)Kx 及功率因數(shù)角相關(guān)參數(shù)參考文獻[2] 中表1.4-1。

2 工程實例設(shè)計

2.1 工程概況

上海某泵閘工程建設(shè)為配合新科技城建設(shè)，進一步溝通水系，增強區(qū)域防汛除澇能力，改善區(qū)域水環(huán)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?cè)萘康呢摵捎嬎阒休^小的閘門應(yīng)不計算在內(nèi)，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(shè)備為潛水灌流泵，單臺電機功率為132kw；其它用電設(shè)備為排污泵，閘門等，設(shè)有2 臺站用變壓器，單臺容量為400kVA。根據(jù)上海市電力公司要求：用戶申請總?cè)萘吭?50kVA 至8000kVA 時，采用10kV 電壓供電。因此該工程采用2 路10kV 進線，經(jīng)變壓器給主水泵等設(shè)備及變電所泵房等配電。

根據(jù)工程情況0.4kV 主接線方案擬用：0.4kV 側(cè)電氣主接線采用單母線分段接線方式。正常運行時，低壓聯(lián)絡(luò)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(yīng)按供電系統(tǒng)最小運行方式及機組最不利的運行組合形式，在供電系統(tǒng)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(guī)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(shè)備布置

設(shè)變電所一座，靠近泵房主體即負荷中心，變配電所內(nèi)設(shè)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(nèi)，設(shè)備現(xiàn)場電控柜（箱）等隨設(shè)備分散就地布置。

2.5 防雷與接地

泵閘項目內(nèi)的建筑物屬于一般工業(yè)性建筑物。根據(jù)當?shù)仄骄妆┤諗?shù)據(jù)及建筑情況，計算出預(yù)計雷擊次數(shù)小于0.25 次/a，則根據(jù)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(shè)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(wǎng)格敷設(shè)，接閃帶接地引下線與各單體建筑物接地網(wǎng)可靠連接。所有設(shè)施管道、電纜橋架、配電箱等金屬物均與接地網(wǎng)可靠連接。低壓側(cè)采用TN-S 接地系統(tǒng)，充分利用構(gòu)（建）筑物的基礎(chǔ)接地體，利用梁柱內(nèi)的主鋼筋作為接地引下線。變配電所及泵閘內(nèi)所有電氣設(shè)備，計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的接地系統(tǒng)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(nèi)常規(guī)照明按照文獻[6]要求設(shè)置。變電所內(nèi)除常規(guī)照明外需設(shè)置應(yīng)急照明，在各建筑物主要通道，出口均設(shè)置帶充電電池的應(yīng)急疏散指示燈。

主泵房等潮濕部位應(yīng)采用防潮型燈具。

2.7 主要電氣設(shè)備選擇

本工程設(shè)備選型遵循技術(shù)先進、安全可靠、經(jīng)濟合理的原則。采用國內(nèi)外性能價格比高的電氣設(shè)備：

10kV 開關(guān)柜：采用金屬中置式成套開關(guān)柜。

0.4kV 開關(guān)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(guān)柜。

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

泵閘項目現(xiàn)場一般較為潮濕，宜選用不銹鋼材質(zhì)。戶內(nèi)設(shè)備外殼防護等級IP44,戶外設(shè)備外殼防護等級IP65,均采用不銹鋼材質(zhì)。

2.8 電纜及敷設(shè)方式

泵閘內(nèi)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(nèi)電纜沿電纜溝敷設(shè)。構(gòu)建筑物內(nèi)的電纜主要采用穿電纜橋架、預(yù)埋保護管、沿電纜溝敷設(shè)的方式。室外電纜主要采用直埋敷設(shè)，過路段采用穿保護鋼管敷設(shè)。

2.9 節(jié)能

2.9.1 在低壓側(cè)設(shè)置無功功率自動補償裝置，以補償?shù)蛪涸O(shè)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(dǎo)線的截面，節(jié)約有色金屬，減少電力系統(tǒng)中的功率損耗和電能損耗。

2.9.2 在設(shè)備和材料選用方面，設(shè)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(shè)置在負荷中心，尤其靠近大功率設(shè)備，以減少電能損耗。

3 結(jié)論

經(jīng)過對不同泵閘工程的設(shè)計經(jīng)驗總結(jié)，本文通過整體方案對比及案例設(shè)計介紹，在設(shè)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(shè)計；對于含有高壓設(shè)備的系統(tǒng)，建議高低壓段均采用帶母聯(lián)的單母線分段接線方式；對于僅含有低壓設(shè)備的系統(tǒng)，建議采用變組接線方式，低壓側(cè)采用帶母聯(lián)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(shù)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(huán)境較為潮濕，在設(shè)備選擇時要注意防潮。