某水厂电气设计

李 炜 管利君

(1.太原供水设计研究院有限公司，山西 太原 030001;2.山西潞安集团常村煤矿，山西 长治 046000)

某水厂电气设计

李 炜1管利君2

(1.太原供水设计研究院有限公司，山西 太原 030001;2.山西潞安集团常村煤矿，山西 长治 046000)

以某新建水厂工程为例，从水厂的供电电源、变压器容量选择、变电站设置及设备选型等方面入手，介绍了该水厂工程的电气设计方法，并提出了防雷与接地措施，有利于城市工业生产的持续供电。

水厂，配电室，变压器，配电系统

1 概述

本工程为新建水厂工程，主要建筑物有混合反应沉淀池、V型滤池、加氯加药间、送水泵房等；辅助生产建筑物包括机修间、仓库、综合楼。

2 供电电源

本工程属城市工业与民用供水工程，设计规模为3万m3/d。若中断供电，将给城市工业生产造成严重影响，在社会和谐及城市开放、科学发展日新月异的今天，更不容许忽视给水工程用电性质的重要性。为保证水厂连续、可靠地运行，该供水工程电源等级为二级负荷。按照双电源供电设计，并满足规范对二级负荷对双电源的要求。本工程拟从山阴110 kV变电站引一路10 kV电源作为主电源，线路长度12 km。从山泥线T接一路10 kV电源作为备用电源，线路长度为1.5 km。电源电缆采用架空线引至水厂外终端杆，后经电缆直埋引至10 kV进线柜。

3 变压器容量选择及负荷计算

在负荷计算时，主要机械设备(如泵类负荷)应由工艺提供资料，根据Q—H查出对应的轴功率。其余辅助设备负荷采用需要系数法计算。办公用电负荷采用用电指标法进行计算，如表1所示。

由表1可知计算有功功率为1 311 kW，计算视在功率为1 603 kVA，无功补偿后视在功率为1 394 kVA，根据计算负荷容量并考虑到本工程用电负荷性质，拟设两台1 000 kVA～10/0.4 kV变压器，两台变压器同时工作(每台变压器负荷率69.7%)，各承担水厂负荷的50%运行。当一台变压器进线停电或故障，自动切除一些不重要的负荷，以保证另一台变压器提供全部二级负荷的供电要求。另不采暖期间节约运行费用，可以采用单台变压器运行。

4 变配电系统及变配电间

本工程拟在用电负荷较集中的送水泵房一侧贴建一座10 kV变电站,作为全厂供配电中心，站内设10 kV配电装置、电力变压器、低压配电装置。送水泵房变电室间为整个水厂的低压配电中心，该系统除控制送水泵房工艺用电设备外，还向混合反应沉淀池、V型滤池、加氯加药间等生产构筑物及辅助构筑物供电。

10 kV配电系统采用单母线分段接线，中间设母联开关，两路进线开关与母联开关设电气及机械互锁。正常运行时母联合闸，备用电源侧受总断开，主电源分别带两台变压器工作。两路电源均能带100%负荷运行。进线及馈电均采用真空断路器控制。

低压侧接成单母线分段，设母联开关，分段运行。

送水泵房变配电间作为水厂中心配电室，另外在V型滤池、加氯加药间、锅炉房设二级配电室。

V型滤池设置的二级配电室采用双电源供电，两路电源一用一备，电源电缆分别引自中心配电室的两段母线，二级配电室受总设置双电源互投装置，能够手动或自动切换电源。V型滤池二级配电室除对滤站的工艺用电设备进行配电控制外，还向混合反应沉淀池等户外工艺设备提供电源及控制。

表1 负荷计算表

加氯加药间内设置的二级配电室两路低压电源供电，电源电缆分别引自中心配电室的两段母线，两路电源一用一备，其受总处设置双电源互投装置，能够手动或自动切换电源。

在锅炉房设置二级配电室，主要考虑锅炉房总负荷较大，低压供电较困难。采用双电源供电，两路电源各带一半锅炉负荷运行。两路电源电缆分别引自中心配电室的两段不同母线。

5 保护与计量

5.1 保护

10 kV受电回路设延时电流速断、过流、零序保护、动作时限与上级变电站及下级馈线电流保护相配合。

10 kV系统的采用微机综保装置，所有控制、保护、测量、报警等信号均在间隔的就地单元独立完成，并将工作信号、故障信号传送到控制室综保后台系统，以实现10 kV配电系统的集中监控和打印报表。

5.2 计量

10 kV高压配电室内两路进线两侧各设置专用计量柜，计量方式：高供高计。

6 无功补偿

本工程计算有功功率为1 311 kW，计算视在功率1 603 kVA，自然功率因数约为0.82。拟在变电站0.4 kV侧装设静电电容器，对低压负荷进行集中无功自动补偿。补偿后全厂功率因数0.94以上。

7 主要设备和主要元器件选型

高压开关柜选用铠装式金属封闭抽出式(中置)开关柜。本产品具有技术先进、可靠性高、使用维护方便等特点，并具有完善的五防措施，确保人身和设备安全。

10 kV断路器采用开关和弹簧储能操作机构一体的真空断路器，具有操作次数高、开断短路电流次数多、分合闸时间短、体积小、集成度高、故障率低等诸多特点。

高压配电系统的继电保护装置采用集各种保护功能于一体的微机型综合保护装置，该装置能够极大地提高保护系统的可靠性和选择性，消除传统的继电保护装置元件过多、接线繁琐、故障率高、保护功能不完善且修改不灵活、保护整定复杂等诸多缺点。

直流电源装置作为10 kV系统的操作和保护电源是非常重要的设备，它直接关系到10 kV系统正常运行和当系统出现故障时的可靠动作。拟选用铅酸免维护蓄电池直流电源屏，充电机采用模块化高频开关电源充电机，N+1备份配置；电池采用德国阳光电池，电池容量65 Ah。直流输出配电回路开关采用ABB公司S250型微型断路器。

变压器选用国产SCB11-1000/10/0.4 kV环氧浇筑干式电力变压器。干式变压器具有损耗低、局部放电量低，噪声小、散热能力强等特点。由于干式变压器属于免维护型产品，这样大大提高了供电系统的可靠性。变压器配绕组和外壳测温装置和强迫通风机，并将4 mA～20 mA温度信号传送到计算机系统。

低压开关柜采用MNS(或Blokset)型抽出式配电柜。柜内低压元器件选用可靠性高的产品，例如：施耐德、ABB、默勒或等同。

照明配电系统自动开关采用ABB施耐德或同档次微型断路器。

变频器作为电动机的调速设备是非常重要的设备。拟选用水行业风机、水泵类设备专用的变频器，该类变频器除具有良好的调速特性和启动特性外，还具有电动机的各种保护及内置的滤波装置。变频器采用柜内安装，操作及设定面板安装在柜门上，柜体防护等级不低于IP3X。变频柜安装强迫通风装置，确保变频器的正常运行。

户外安装的配电箱、控制箱、操作箱、接线箱选用不锈钢箱体，配置进出电缆密封附件，防护等级不低于IP55。箱上安装的按钮、转换开关、信号灯选用国内知名厂家生产的高防护等级产品。

8 防雷与接地

根据地理位置、气象条件、雷电参数以及当地的实际情况及GB 50057—2010建筑物防雷设计规范相关规定，本工程加氯加药间、变配电间按二类建筑物防雷设计，其余建筑物按三类建筑物防雷设计。

接地采用TN-S系统，整个系统N与PE线是分开的。

[1] 戴瑜兴，黄铁兵.建筑电气设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社,1991：20-21.

[2] 王江荣，苏 新.给排水设计手册——电气与自控[M].北京：中国建筑工业出版社,2002：2-6.

Electrical design of the water plant

Li Wei1Guan Lijun2

(1.TaiyuanWaterSupplyDesignAcademyCo.,Ltd,Taiyuan030001,China;2.ShanxiLu’anGroupChangVillageMine,Changzhi046000,China)

Taking the new water plant engineering as an example,starting from aspects of its water supply source,transformer volume selection,substation setting and equipment selection,the paper introduces the electrical design methods of the water plant engineering,and put forward its lighting protection and grounding measures,which will be good for sustainable power supply of urban industrial production.

water plant,switch-house,transformer,power distribution system

2015-10-12

李 炜(1981- )，男，工程师；管利君(1983- )，女，工程师

1009-6825(2015)36-0131-03

TM921.02 < class="emphasis_bold">文献标识码：A

A