南水北调中线天津干线兰沟河西保水堰10kV 变电站设计

刘福春

（天津市水利勘测设计院，天津 300204）

1 概况

南水北调中线一期工程天津干线西起西黑山进口闸，东至天津市外环河出口闸，全长155.305km。兰沟河西保水堰作为天津干线沿途18座控制性建筑物之一，为保证天津干线输水安全可靠，需配置永久供电。

2 设计原则

（1）供电区段划分应按照天津干线分段实施的原则，并结合省市县的行政区域和地理界线统一考虑，以便于建设管理与运行调度。

（2）供配电设计应保证供电可靠、操作灵活、技术先进、经济合理、维护方便。

3 负荷等级划分

根据 《供配电系统设计规范》（GB 50052—2009）和南水北调中线一期工程供电系统初设大纲，确定南水北调中线天津干线兰沟河西保水堰用电负荷按二类用电负荷考虑。

4 供电方式

近年来，随着国家加大对电力设施的建设和改造力度，大大提高了电网供电的可靠性。天津干线供电采用35 kV专网供电方案和10 kV公网供电方案，均能满足天津干线安全输水的需要，在可研阶段已对两种供电方案进行技术经济综合论证，确定天津干线兰沟河西保水堰采用10 kV公网供电方案：从该地区采用就近10 kV架空线路“T”接至负荷点，在现地设置1座10/0.4 kV降压变电站为负荷点供电。

5 10/0.4 kV降压变电站控制保护

兰沟河西保水堰10/0.4 kV降压变电站变压器控制保护采用10 kV负荷开关和熔断器；低压出线开关选用塑壳断路器。各电气设备按所在回路的额定电压、额定电流选择，并按短路电流进行动、热稳定效验，满足设计和规范要求。

6 10kV输电线路

兰沟河西保水堰设置1座10 kV室内变电站，供电负荷等级按二类负荷考虑。电源采用单回10 kV架空线路+柴油发电机供电。10 kV架空线路就近与晾马台35 kV变电站剧村513线路“T”接。

本工程架设JKLGYJ-10-35架空绝缘导线649 m，安装拉线2条，设拉线盘2块。线路最大设计档距为100 m，一般档距为60～70 m；导线采用三角排列，水平线距为1m，垂直线距为0.5 m。

新设12m水泥电杆16基，电杆选用直径190mm型12 m稍径杆，埋深1.9 m，电杆配置相应的横担。直线杆选用P-20T型支柱绝缘子；转角、终端和耐张杆选用XWP-7悬式绝缘子。

该段线路“T”接点装设隔离开关1组、HY5WZR-17/45氧化锌避雷器1组，终端杆上装设HRW-10kV跌落式熔断器1组、HY5WZR-17/45氧化锌避雷器1组及高压组合计量装置1台。

7 永久用电与施工用电的结合

本着节省工程投资、减少浪费、降低工程造价的原则，设计上充分考虑永久与临时供电相结合。天津干线兰沟河西保水堰永久供电采用10 kV架空供电线路，临时供电优先考虑采用10 kV架空供电线路，以当地电网供电为主，可就近从地方变电站引接35和10 kV高压线路到工地，并在各施工工区沿干线架设35或10 kV架空线路和变压器，降压后向各工区供电。

8 兰沟河西保水堰变电站

8.1 用电负荷统计

兰沟河西保水堰进口闸为3孔双向挡水平板钢闸门，配置2×160 kN卷扬机，电机功率15 kW；出口闸为3孔双向挡水平板钢闸门，配置2×250 kN卷扬机，电机功率15 kW；考虑全线退水，配置2台旁通阀，电机功率为5.5 kW。进口工作门、出口工作门以及连通闸门启闭机按3台同时运行计算用电负荷。现地生产用房设置深井泵1台，电机功率为7.5 kW；给水泵2台，电机单机功率为0.75kW。保水堰建筑物的监控、监测、通信、照明以及其他用电负荷为40 kW。

8.2 用电负荷计算及变压器容量选择

采用负荷统计法求计算负荷，即参加最大负荷运行的各负荷向量和乘以同时率（Kt）、负荷率（Kf）、网损率（Kv）而得。

式中：Scs为总计算负荷（kVA）；ΣPcd为各设备有功计算容量之和（kW）；ΣQcd为各设备无功计算容量之和（kvar）；Kf为负荷率，取 Kf＝0.85；Kf为网损率，取 Kt＝1.05；Kt为同时率，取 Kt＝0.75。 计算负荷为54.5kVA，变压器容量选择63 kVA。

8.3 电气主接线

兰沟河西保水堰设置1座10 kV室内变电站，供电负荷等级按二类负荷考虑。电源采用单回10 kV架空线路供电，与晾马台35 kV变电站剧村513线路“T”接。变电站设置1台SCB11-63 kVA、10/0.4 kV干式变压器；10 kV高压配电装置采用SF6环网柜，变压器操作保护采用负荷开关和熔断器。0.4 kV侧采用单母线接线方式。考虑到天津干线工程的重要性，为确保供电的可靠性，设置1台80 kW柴油发电机组作为备用电源，当高压电源停电或变压器故障时，可自启动向用电负荷供电。发电机容量满足闸门启闭、监控、通信、监测等用电要求。低压进线采用双电源自动转换装置，具有电气和机械联锁装置。由低压母线分别向启闭电动机动力负荷及监控、通信、照明负荷等提供馈出回路。由于该负荷点用电容量（≤80kVA）较小，且用电负荷多数不属于连续运行，故本变电站不设无功补偿装置。

8.4 计量表

电度计量表设在低压侧，采用动力照明总计量方式。

8.5 主要电气设备

10 kV和低压配电装置均选用定型设备。10 kV选用SF6环网柜，包括负荷开关、熔断器单元；低压配电装置选用GCS抽出式开关柜，低压开关为塑壳断路器；变压器选用SCB11系列环氧树脂浇铸干式变压器，带有防护等级IP20金属外壳。各电气设备按所在回路的额定电压、额定电流选择，并按短路电流进行动、热稳定效验，均满足设计要求。

8.6 过电压保护及接地

为防直击雷及感应雷，10 kV电源架空引入终端杆设置氧化锌避雷器，建筑物屋顶采用避雷带保护。全部电气设备金属外壳、电缆的金属外壳等均可靠接地。接地网采用建筑物自然接地体和人工接地体相结合的接地方式，充分利用建筑物的基础钢筋等自然接地体，自然接地体阻值不满足要求，增加人工接地体。防雷接地、保护接地及计算机监控系统等公用接地装置，接地电阻值不大于1 Ω。

8.7 电缆

10 kV电源由终端杆经YJV32电缆直埋敷设引入高压环网柜。由低压配电柜引出的VV22电缆，采用直埋、穿管等敷设方式引至各负荷点。

8.8 照明

高低压变配电室、监控通信室、观测单元室、现地生产用房采用荧光灯照明，柴油发电机室采用防爆灯，院区采用庭院灯照明。其中，高低压变配电室、监控通信室、观测单元室及柴油发电机室设事故照明。

8.9 电气设备

电气设备均布置在单层建筑物室内，分别设置高低压配电室、柴油发电机室以及监控通信室等。闸门控制屏安装在闸门启闭机房。

9 检修排水供电

为满足天津干线有压箱涵检修排水的要求，在兰沟河西保水堰采用2台110 kW潜水电泵进行检修排水。兰沟河西保水堰为天津干线的重要控制性建筑物，采用永久10 kV架空线路供电，设1座室内10 kV变电室。考虑检修排水只是临时性用电，故10 kV变电室变压器的容量没有考虑检修排水所需用电负荷的容量。在变电室10 kV配电装置的高压环网柜中，预留一回10 kV负荷开关＋熔断器的SF6环网出线柜。当需要检修排水时，采用高压直埋电缆从10 kV变电室引接一回10 kV电源引至临时设置的移动箱式变电站。根据潜水电泵的容量，2台110 kW潜水电泵运行时临时设置1台250 kVA、10±5%/0.4 kV箱式变电站。变压器高压侧采用负荷开关＋熔断器进行控制保护，低压侧采用框架式断路器进行控制保护。2台潜水泵采用软启动方式进行启动。电力计量装置设在箱式变电站的低压侧。

10 结语

兰沟河西保水堰10 kV变电站设计在实用前提下力求先进，遵循国际标准和国家有关的规范要求，达到国内先进水平，并具有技术前瞻性，以满足南水北调天津干线调度与管理要求。