太浦河泵站電氣一次設計論文

　　摘要：本文介紹了太浦河泵站工程電氣一次設計中的電氣主接線、主要電氣設備選擇及電氣設備布置、接地設計等內容。

　　關鍵詞：太浦河泵站 主接線 電氣設備 布置

　　1 泵站概述

　　太浦河泵站是太浦河工程的重要組成部分，其等別為I等大（1）型規模，主要建筑物包括泵房、攔污柵閘、公路橋、進出水渠、變電站等。泵站裝有單泵流量為50m3/S、設計揚程1.69m、斜15°軸伸式軸流泵及配套1600kW異步電機6臺，配套電機與水泵之間通過齒輪箱連接。設計總流量為300 m3/S。

　　2 主接線及站用電接線設計

　　根據泵站負荷容量及等級，確定泵站進線為1路35kV進線，經隔離手車、計量PT、CT及避雷器、母線PT、進線開關等至一臺35/6kV主變降壓至6kV，主變低壓側接6臺6kV高壓異步電動機及1號站用變，采用單母線接線。為保證站用電負荷的可靠性，泵站另有一路10kV電源經負荷開關接2號站用變高壓側。站用電0.4kV側為單母線分段接線，1號站變主要負擔機組運行時的輔機負荷，如稀油站，技術供水泵、液壓啟閉機閘門油泵等，2號站變主要負擔泵站照明、空調、檢修等負荷，兩臺站變通過0.4kV分段斷路器互為備用。對于比較重要的負荷如消防供水泵、技術供水泵、稀油站等由兩段母線分別引一路電源在末端進行自動切換。在兩段母線上分別配置低壓電容器組進行無功補償。在35kV進線處設高壓計量，在2號站變10kV進線處設高壓計量，對照明負荷在低壓側設單獨計量。

　　3 主要電氣設備選擇

　　3.1 配套電機

　　3.1.1 容量及電壓等級

　　根據《泵站設計規范》（GB/T 50265-97）第10.3.2.1條規定，主電動機容量按水泵運行的最大軸功率并留有一定的儲備，儲備系數宜為1.05~1.10。水泵最大軸功率N軸 約為1300kW，則配套電機N電=（1.1×N軸/96%）=1490kW（式中96%為齒輪箱效率）。按電機容量系列，選擇電動機額定功率為1600kW。

　　對于相同容量相同轉速的電動機，10kV電機比6kV電機價格要高20%~30%，二者的技術性能相近。泵站進線電壓等級為35kV無論選用10kV或6kV電機均需要配置降壓變壓器，因此選定電機電壓等級為6kV。

　　3.1.2 同步電動機和異步電動機的比較

　　在初步設計及招標設計階段，配套電機選用的是同步電動機，在施工圖設計階段，業主要求對同步電動機及異步電動機進行詳細技術比較后再作出選擇。經過調研及征詢一些專家的意見，得出：由于太浦河泵站在機組轉速和轉矩方面無特殊要求，因此選用同步電動機和異步電動機都能滿足泵站正常運行的要求。異步電動機因結構簡單，在運行、維護及可靠性方面要優于同步電動機。在價格上異步電動機也比同步電動機便宜。近年來，在上海地區的泵站工程中采用異步電動機較多，運行部門已取得了豐富的運行經驗。綜合以上幾點，太浦河泵站最終選用了異步電動機的方案。

　　3.1.3 補償方式

　　對于泵站來說，異步電動機的無功補償有集中補償和現地補償兩種方式，太浦河泵站采用現地補償方式。集中補償在電動機母線上并聯多組電容器，根據運行的電機臺數和無功功率投入不同組電容器。此種方式電容器組需配置高壓斷路器柜及自動投切裝置，投資較大，因此未予采用。現地補償在每臺電動機機端并聯一組電容器，每次機  組投運時電容器亦投入，根據計算，太浦河泵站每臺異步電動機需配備電容器360kVAR（額定電壓為6.6/＾３kV），能滿足在泵站正常水位變化范圍內電機功率因數達到0.9的要求。補償設備采用成套電容補償裝置，包括高壓熔斷器、避雷器、電容器、放電線圈、串聯電抗器等設備，由電機廠配套供應。

　　3.1.4 起動方式

　　根據《泵站設計規范》10.5.1條機組應優先采用全電壓直接起動方式，且母線電壓降不宜超過母線額定電壓的15％。根據起動壓降計算，在五臺機組正常運行，第六臺機組起動時母線壓降不超過15%，因此主電機采用全電壓直接起動方式。

　　3.1.5 額定參數

　　電動機的額定參數值如下;

　　額定功率：1600kW;額定電壓：6kV;

　　同步轉速：1000r/min;額定轉速：994r/min;

　　額定功率因數：0.856;絕緣等級：F級（按B級考核）；

　　外殼防護等級：IP23;冷卻方式：IC27;

　　效率：96.1％；堵轉轉矩：0.75倍額定轉矩；

　　最大轉矩：1.98倍額定轉矩；堵轉電流：5.4倍額定電流。

　　3.2 主變壓器

　　3.2.1 容量

　　根據《泵站設計規范》10.3.3條及附錄D的規定，主變壓器容量按下式計算：S=ｎ＆（ｋ，１）P1/η×K1/COS+P2K2其中：

　　S — 計算容量;P — 電動機額定功率（kW）;

　　P2K2— 站用電負荷；η— 電動機效率；

　　COS— 電動機功率因數；K1— 電動機負荷系數,取1.05。

　　S=10100kVA。

　　選定主變容量為12500kVA，該容量同時滿足主電動機全壓起動要求

　　3.2.2 主變調壓方式

　　根據當地供電部門提供的電壓波動范圍，選擇無勵磁調壓難以滿足泵站供電要求，因此需選擇有載調壓變壓器。同時選用有載調壓變壓器可減少泵站正常運行對當地電壓質量的依賴，對電動機的全電壓起動也有利。經調壓計算，確定主變壓器的額定電壓為35±42×2.5% / 6.3 kV，該電壓也經當地供電部門同意。

　　3.2.3 主變型式

　　考慮到經濟因素，主變未選用干式而選用油浸式變壓器，冷卻方式采用自冷式提高可靠性，降低噪音。同時主變選用S9系列節能變壓器，降低損耗及噪音。主變型號為SZ9—12500/35 。

　　3.3 站用變壓器

　　對站用變壓器容量選擇原則為一臺站變退出運行時，另一臺應能承擔重要站用負荷。結合工程的實際情況，重要負荷包括技術供水泵、稀油站、滲漏排水泵、工作照明、二次設備等負荷，根據上述原則確定站用變壓器的容量為630kVA。站用變壓器選用SC10型環氧澆注干式變壓器。

　　3.4 高、低壓開關柜

　　高壓開關柜選用KYN型高壓開關柜，開關柜內配真空開關。低壓開關柜選用MNS型抽屜式開關柜，開關柜內配低壓框架斷路器及塑殼斷路器。

　　4 主要電氣設備布置

　　泵站主泵房南端為35kV變電所。變電所共五層：地下一層（▽3.5m）為電纜層，布置高低壓電纜及控制電纜橋架。出于美觀考慮，35kV及10kV電源先用架空線引至泵站附近，再通過電纜由地下一層引至站內。在地下一層進、出水側近主泵房墻上各開一個電纜孔，至主泵房的電纜由此引入主泵房。

　　一層（▽7.0m）為配電裝置層，設主變室、35kV高壓配電室、6kV配電室及低壓配電室，分別布置主變、35kV高壓開關柜、6kV高壓開關柜及低壓開關柜等設備。為便于低壓側接線，兩臺站用變與低壓開關柜并列布置在低壓配電室內。主變室下設主變油坑，容納100％主變油量。主變35kV側通過電纜與35kV高壓開關柜連接，主變6kV側通過共箱封閉母線與6kV高壓開關柜連接。二層（▽▽11.50m）為電纜夾層,主要布置控制電纜橋架。電纜夾層及地下電纜層之間設電纜豎井，電纜沿電纜豎井內橋架敷設。三層（▽14.50m）為二次、設備層，設中控室、繼保室、通訊設備室及計算機室等，布置泵站UPS系統、直流系統、視頻監視系統、火災報警系統、通訊系統、控制臺等設備。中控室近主泵房側設落地窗，以便運行人員從中控室瞭望機組。四層（▽19.50m）為辦公層。

　　主泵房水下部分分三層，分別為底板層、水泵層及安裝間層。底板層（▽－6.50m）布置有滲漏排水泵、檢修排水泵等設備，各設備旁均設現地控制箱。水泵層（▽1.45m）進水口側為輔機室，包括供水泵室、稀油站室、油處理室等，布置有消防供水泵、技術供水泵、稀油站、濾油機等設備，分別設現地動力箱及控制箱。主電動機在水泵出水口側，向進水口側向下斜15°與齒輪箱連接。每臺電機旁布置現地LCU屏及機組通風機控制箱。在各臺機組隔礅上布置電纜溝，便于沿進、出水口方向的電纜敷設。主電動機出水口側為液壓啟閉機室，布置有液壓閉機油泵及操組閥組。在油泵附近布置油泵動力柜及控制柜。為美觀需要，將六臺電容器補償柜分散布置在液壓啟閉機室內。沿液壓啟閉機室頂布置6kV高壓電纜及啟閉機控制電纜橋架。至每臺主電機底6kV高壓電纜由變電站地下一層及液壓啟閉機頂電纜橋架敷設至主泵房，再經電容器補償柜至主電機接線箱。進水口輔機室上方（▽1.45m）為電纜道及通風機室。電纜道為主泵房電纜的主通道，內布置動力及控制電纜橋架。在每個機組段間電纜道墻上開電纜孔，電纜沿橋架引下至▽1.45m機組隔礅上的電纜溝，再引至各設備。通風機室內布置主泵房排風機動力柜及控制柜。安裝間層（▽6.15m）主泵房北側為安裝間，布置檢修動力柜一臺。沿主泵房四周一圈為巡視走道，在出水口走道上方墻上設閘門現地控制箱，以便操作人員在操作時觀察閘門起落情況。

　　距主泵房進水口側70m左右為攔污柵閘，布置有13臺清污機及1臺皮帶運輸機。設動力柜、集中控制柜各1臺，每臺設備均隨機帶有控制箱。

　　5 過電壓保護及接地裝置

　　為防止雷電侵入波引起的過電壓，在35kV母線及6kV母線上均裝設一組避雷器保護。同時為防止真空開關操作時產生的操作過電壓對設備的絕緣特別是主電動機的絕緣造成威脅，在每個真空開關回路均裝設過電壓保護裝置，保護裝置用氧化鋅避雷器，采用四星形接法。

　　泵站的接地系統采用聯合接地的方式，工作、保護及防雷接地合用一個接地系統，工頻接地電阻值按≤1Ω設計。整個接地電阻由人工接地體及自然接地體組成，并盡可能利用利用自然接地體。主要利用水工建筑物底板的鋼筋網，在底板鋼筋網敷設由接地扁鋼組成的網格與鋼筋網焊接。這些水工建筑物包括進、出水池、主泵房、安裝間及變電站等，同時利用閘門門槽、攔污柵等金屬件接地。在變壓器中性點及避雷器接地處附近打垂直接地極。

　　根據GB50057-94《建筑物防雷設計規范》，本泵站按第二類防雷建筑物設計。主泵房及安裝間屋面為彩鋼板，且厚度大于0.5mm，可作為接閃物，因此主泵房頂不再敷設避雷帶，按照第二類防雷建筑物的要求設計避雷引下線，引下線與屋面鋼網架焊接。變電站屋面裝設避雷針，作為變電站的直擊雷保護。

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