地下水超采综合治理地表水灌溉项目实施方案电气设计

□彭云卿

地下水超采综合治理地表水灌溉项目实施方案电气设计

□彭云卿

本文分析了地下水超采综合治理地表水灌溉项目中的电气设计方案，从经济合理的角度出发，选用性能优越的电气设备与合适的水泵控制方式，以提高供水质量，在遏制超采的同时取得节能的效果。

负荷等级；电气主接线；变频控制；用水计量与传输

河北省水资源短缺，长期以来，工农业生产主要依靠开采地下水，地下水超采严重。从2014年开始，河北省开展地下水超采综合治理，在沟渠发达、水量充足的地区建设扬水点，充分利用地表水灌溉，减少地下水开采。

1.用电负荷及负荷等级

地表水灌溉项目中用电建筑物主要有扬水点、(涵)闸等，扬水点用电负荷主要有水泵电机、配电室照明、计量仪表等；(涵)闸用电负荷主要有启闭机电机、启闭机室照明等，用电电压等级均为380/220V。所有扬水点、(涵)闸均为农业灌溉型，对供电连续性和可靠性没有太高要求，因此用电负荷等级应确定为Ⅲ级。

2.供电电源及电气主接线

为满足各建筑物用电需要，根据用电负荷和现状电源分布情况，从供电合理性、经济性角度出发，确定各扬水点供电电源分两种形式：自附近引接低压电源与新建降压变电站。若扬水点附近有机井变压器(扬水点水泵与机井井泵不同时运行)，并且变压器运行良好、未超出使用年限，变压器容量能满足负荷要求与电机启动压降，则扬水点供电电源自该变压器引接。若变压器容量不能满足负荷要求，或需要加大电缆截面(截面已超出合理范围)才能满足电机启动压降，则为扬水点新建1座降压变电站。

因扬水点负荷较小，变压器容量较小，为节省投资新建变电站选择户外杆上形式，高压电源引自附近10kV线路，降压站装设1台变压器，降压至0.4kV为设备供电。降压站高压侧采用线路-变压器组接线，0.4kV侧采用单母线接线。计量、无功补偿、预付费等装置的设置均应根据当地电力部门要求确定。

根据(涵)闸功能与重要性确定其供电电源，主要考虑两种形式，有泄洪功能或启闭较多且相对重要的(涵)闸应设置永久供电电源，启闭次数很少且不太重要的(涵)闸可设置移动拖车电站供电(可几座闸合用1套)。拖车电站平时放于县水务局，需要启闭闸门时拖车开至现场。

3.控制方式

各扬水点水泵电机、各闸门启闭机电机均采用手动按钮起停，所有开关均采用手动操作方式。各扬水点采用恒压供水模式。恒压供水控制系统中，常用的有以下控制方式。

一拖多变频运行方式，即单台变频器带多台水泵，在某一时间节点多台定速泵加一台变频泵并联运行的系统配置方式。以最简单的情况分析，即系统中有2台水泵，回路接通，变频器启动1号电机，系统用水量增加时，管道压力减小，变频器输出频率增加，提高电机转速以保证系统压力恒定。当变频器输出频率达到50HZ时，系统压力仍达不到设定值，则将1号电机切换到工频运行，同时变频器连接到2号电机进行启动。这种一拖多控制方式，变频器频繁起停，使用寿命大大缩短；而且，控制回路复杂，增加故障率，额外增加维护成本。

一拖一变频运行方式，即单台变频器带单台水泵，多台变频调速水泵并联供水的系统配置方式。在这种控制方式下，各水泵电机分别由各自的变频器驱动。系统控制器根据出水总管压力值与设定值的偏差，改变水泵电机的转速及投入运行的台数，以保证整个系统的压力恒定。且低压小功率变频设备价格很低。

综合以上分析，地表水灌溉项目中田间分区灌溉，工作水头变化较大，为使水泵能够高效、稳定运行，水泵采用一拖一变频控制方式。根据田间实际灌溉压力情况分区，实现分区变频恒压供水，达到更加稳定节能的效果。

4.用水计量及采集传输装置

各扬水点用水计量设施采用电磁流量计，并设置信号采集传输装置RTU。RTU采用GPRS/Internet远程传输，配置RS485接口与开关量接口，接收流量信号与变频器信号，采用固定IP模式，实现各扬水站点总流量、累计水量和机泵工作状态的实时采集（在线自动监测）、自动存储（不少于10000条记录）与远程传输（将信息上传至河北省地下水超采综合治理试点项目信息监控管理系统数据中心）。

5.结语

河北省地下水超采综合治理地表水灌溉项目以减少地下水开采为出发点，电气方案的设计也应从经济合理的角度出发，选用性能优越的电气设备，同时选择合适的水泵控制方式，以提高供水质量，减少对设备的冲击，在遏制超采的同时达到节能的效果。□

2016-05-06

彭云卿，女，汉族，河北省水利水电第二勘测设计研究院，助理工程师。