细河北台段拦河坝工程机电设备选型设计分析

马 宇

（辽宁省大伙房水库输水工程建设局，辽宁沈阳110166）

细河北台段拦河坝工程机电设备选型设计分析

马 宇

（辽宁省大伙房水库输水工程建设局，辽宁沈阳110166）

目前，很多拦河坝工程具有日常供水及农业灌溉等多种用途，对保障民众的生活以及推动当地农业发展具有不可替代的作用，而保证这些水利工程良好运行的关键点就是机电设备的选型是否合理。本文以辽宁本溪细河北台段拦河坝工程作为实例，介绍了该工程在机电设备选型工作中需考虑的相关计算问题，以期为以后类似水利工程建设提供一些借鉴。

拦河坝；机电设备；选型；计算分析

引 言

众所周知，机电设备是水利设施中的核心部件，决定着整个工程的运行效果，所以机电设备选型是水利设施建设工程最重要的工作之一。涉及水利工程的机电设备一般具有成本高、技术复杂、配套要求高等特点，所以需要管理和技术人员给予足够重视。

1 机电设备选型设计分析

细河北台段拦河坝工程位于辽宁省本溪市平山区。整个拦河坝工程主要由橡胶坝、节制闸、管理房和取水井等组成。该拦河坝设计洪水位为115.23m，校核洪水位为116.44m。拦河坝处两岸堤防设计标准为20年一遇，工程规模为小（二）型。该拦河坝工程总投资预计为2241.37万元，其中机电设备及安装工程投资224.85万元，具体包括水泵、管路布置、电动机及其相应的附属设施。作为主要工程的重要组成部分，本项目的机电设备主要包括水力机械和电工设备两部分。

1.1 水力机械选型设计分析

对于橡胶坝而言，要求其在洪峰来临前必须坍坝，以防坝体被冲毁；而洪峰平息后能尽快充坝恢复，这是两个衡量橡胶坝性能的重要参数。根据有关规定及结合国内一些类似工程的统计结果，最终确定该工程的充坝和坍坝时间分别为2.5h和1.5h左右，坝袋总长约为120m，坝袋单宽容积均为9.706m3。由于该项目的充水水源为独立水源，所以需选择相应的动力设备。

1.1.1 水泵选型

主要遵循原则如下:（1）泵站可以满足近期供水需求；（2）在小流量的情况下可进行合理调配，使水泵运行效率处于较高水平；（3）设计时应考虑长远期的输水需要。在本工程中，泵站根据远期使用要求一次建成。水泵流量是最重要参数之一，其直接对充坝时间等方面起着决定性影响。计算水泵流量可按照公式（1）进行［1］。

式中:Q—实际水泵所需最小流量，m3/h；V—坝袋充水容积，本项目取值1125.9；n—水泵台数，1台；t—充坝或坍坝所要求的最短时间，充坝取值2.4h，坍坝取值1.5h。

经过计算，该橡胶坝的充坝工作所需设计流量469.16m3/h，坍坝所需设计流量625.50m3/h。

水泵扬程与输送水量、输送距离和输送速度等因素密切相关，对水泵选型也是重要的参考依据。根据当地实际经验，按充坝大口井出水流量500m3/h进行计算，计算得管道沿程损失为0.70m，水泵充坝时所需扬程为14.4m；根据塌坝流量625.50m3/h，计算得到所需坍坝扬程为4.22m。

综上所述:要求选择的水泵其最大流量和最大扬程应分别大于625.50m3/h和14.4m。

1.1.2 管道选型

输水管道类型有很多，通常可分为塑料管和金属管两类。塑料管抗压能力弱，应用在关键部位的可靠性不高，所以本项目选用金属管作为主输水管。焊接钢管具有适应性强（可根据使用要求进行拐弯或变换形状）、造价比无缝钢管低、抗压能力强等优点，所以根据实际使用情况，最终本项目选择壁厚δ=6mm的焊接钢管作为主水道的输送管。

管道类型确定后，其直径大小成为确定管道型号的最重要指标，直接决定着管道的通过能力。在进行管道选型时，按照公式（2）进行计算［2］。

式中:Q—管段内最大计算流量，充坝所需设计流量0.139m3/s，坍坝所需设计流量0.174m3/s；v—管道采用的计算流速，吸水管流速1.2～2m/s，压水管流速2～5m/s。

计算得出该项目需要最大管径值为384mm。但结合该工程实际管路较长这一实际情况，而且考虑到安装方便，最终确定其进、出水管管径均选用300mm的焊接钢管。

综合考虑水泵选型和管道选型结果，我们最终确定出用于充坝和塌坝时的水泵型号:

（1）为了满足充坝要求，本工程选择型号为200Q J 50-30/2泵向各坝袋供水。坝袋两端顶部设排气阀，具体位置由供货厂家自定。此外，还要求将水位标尺设置于两岸，这样就可以实时掌握上下游水位［3］。

（2）为了满足塌坝要求，本工程选择型号为12Sh-28A的水泵作为塌坝水泵，其具体参数见表1。经埋于坝体底板下方的充排水管路抽取坝袋内水，排至下游消力池。

表1 12S h-28A型水泵性能参数

1.1.3 水力机械主要附属设备的选择

在橡胶坝管理泵间内，根据所选充、排泵型及管道直径等参数，选择配套的附属设备:真空泵型号为Y-1002-4；为了排出积水坑中的废水，选择一台型号为50QW18-15-1.5型潜水泵设置在泵间。此外，利用电动阀控制进行供排水调度。选择电动蝶阀型号为D 941X-10型（DN300），消锤缓闭止回阀型号为HXB44X（DN300）［4］。

1.2 电工设备选型分析

该拦河坝工程的泵站控制系统由10KV专线供电，配电选用N×B系列箱式变电站。控制系统设主变压器1台，变压器高压侧装有负荷开关加熔断器和避雷器，主变压器低压侧采用绝缘线引入箱内的低压配电屏。该泵站机组容量较小，所以采用单母线形式对主线进行连接。单母线形式具有接线简单清晰、运行可靠和操作维护方便等优点［5］。

此外，将泵站的站内系统和母线连接，站内用电电压采用380/220V，中性点接地的三相四线接线。

（1）电动机的选择

电动机的选型直接关系到整个橡胶坝的运行效果及成本，它是最主要的电工设备。在选型电动机时应遵循这几个原则:一是电动机容量满足水泵的最大轴功率要求；二是在满足日常需求的情况下选用结构简单、造价和技术水平中等的型号，以利于维护工作；三是和其他设备能够进行合理配套，主要是水泵和管道。电动机容量的选择是根据水泵的最大轴功率而确定的，电动机功率按公式（3）计算［6］。

式中:K—安全系数，取值范围1.05-1.1；M—电动机与水泵间的转换率，取值范围0.85-0.95。

通过计算和分析，本工程最终选用Y2-225S-4型电动机，其电压为0.38KV，功率为37K W。根据实际情况，共需要两台。Y2系列电动机安装尺寸和功率等级符合IEC标准，其外壳防护等级为IP54，采用F级绝缘。

（2）变压器和无功补偿装置的选型

根据实际需要情况，泵站选用100KV A主变压器1台，具体型号可以为SC系列环氧树脂浇注干式铜线电力变压器。

根据《全国供用电规划》及《功率因数调整费办法》的规定，管理站应采取无功补偿措施，即泵站在计费点功率因数不应低于0.85。经计算本站电容补偿容量的16KV A R，满足相关规定要求［7］。

（3）继电保护、自动控制的选型

为保护主变压器，在变压器中装设负荷开关和高压熔断器作为短路保护，而且还有隔离电源的作用。而自动空气开关统一设置在变压器的低压侧位置［8］。

水泵电动机组全部采用集中控制方式，选用STR数字式异步电动机软起动器在检修平台进行减压起动。软起动器设置有电动机的过负荷和短路保护。

2 结语

本文介绍了该橡胶坝项目在水泵、管道、电动机和其他设备的一些选型计算问题。在实际设计中，首先要遵循的原则就是“因地制宜”，真正做到设备的经济适用。本工程规模不大，在机电设备选型时充分考虑了实用及经济因素。此外需要特别注意，在选择设备时，切忌盲目追求“高大上”，在选用设备时在一定程度上降低技术水平，以保证管理者尽快适应。总而言之，在机电设备选型中一定要注意各个设备及人员之间科学合理的配合，杜绝出现“小马拉大车或大马拉小车”现象。

［1］王建鹏.水电站电气设备常见故障与处理措施分析［J］.黑龙江水利科技，2012（07）:24-25.

［2］何朝霞.水电站电气设备安装及调试管理探析［J］.机电信息，2015（02）:34-36.

［3］郭翔.关于水电站电气设备运行维护探究［J］.低碳世界，2014（04）:56-58.

［4］吴浩.浅谈小型水电站电气设备预防性试验［J］.四川水利，2014（08）:12-13.

［5］李敏.水利水电工程质量管理探析［J］.水利技术监督，2008（03）:25-26.

［6］邓学让.长距离泵站引供水工程试运行设计与实施应注意的几个问题［J］.水利规划与设计，2010（05）:36.

［7］杨家胜.水利工程机电技术标准体系现状分析［J］.水利技术监督，2007（01）:30.

［8］李军.浅谈水利工程机电设备安装与维修［J］.机电信息，2012（06）:25.

续表3 场内10KV出线及负荷规划一览表

5 结语

绩溪工程最终选定的电源点，距离施工工区较远，场外电力线路地形复杂，施工难度较高。场内线路规划区域广、线路长、线路路径穿越山区地形。因此，场、内外供电设施规划设计需考虑的综合因素较多，尤其是场内线路的设计规划存在较大的难度，要求线路终端杆尽可能靠近主要施工负荷用电点［3］，但又不能与现有的工程设施发生干涉，确保工程构筑物的安全。

参考文献

［1］DL/T5397-2007.水电工程施工组织设计规范［S］.

［2］DL/T5124-2001.水电水利工程施工压缩空气、供水、供电系统设计导则［S］.

［3］水利电力部水利水电建设总局.水利水电工程施工组织设计手册（第4卷）［M］.北京:水利电力出版社，1994.

TV73

A

1672-2469（2015）10-0109-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.10.35

马 宇（1981年—），男，工程师。