饮水源供水管网工程电气设计

□王 浩（河南省水利勘测设计研究有限公司）

饮水源供水管网工程电气设计

□王 浩（河南省水利勘测设计研究有限公司）

范县城区饮水第二水源供水管网工程是重要的民生工程，工程从黄河水源地水厂向范县新城区引水。文章对工程的电气设计做了介绍分析，主要包括负荷分析、供电电源系统、电气主接线、电气设备选择、电气设备布置、防雷接地及计算机监控系统等几个方面。在电气设计的同时，充分结合水利工程的特殊性，综合考虑工程现场实际条件、运行管理要求等问题，为最终实现工程的安全、可靠、高效运行提供了有效支持。

电气设计；电气设备；计算机监控

0 引言

范县位于河南省东北部，黄河中下游北岸，隶属濮阳市。范县城区饮水第二水源供水管网工程是重要的民生工程，用以改善城区居民饮用水质量。工程从中原油田黄河水源地水厂向范县新城区自来水厂供水，供水管线总长约37 km，设计日供水量4.24万m3/d。电气设计是工程设计的重要组成部分，为实现工程的安全、可靠、高效运行提供支持。

1 水利工程电气设计原则

水利工程电气设计应根据工程的任务和规模、用电需求、水工建筑物布置、当地电力系统条件、环境保护等要求，并结合工程的运行方式和自然环境条件，经济合理地制定设计方案。设计中应积极慎重地采用通过试验并经过工业试运行考验的新技术、新工艺、新材料、新设备，做到技术先进、经济合理、使用安全、维护方便，节省占地、保护环境。水利工程电气设计除应符合以上要求外，同时还应符合国家现行有关标准的规定。

2 电气设计

2.1 负荷分析

范县城区饮水第二水源供水管网工程供水目标包括新区水厂、辛庄镇政府供水站、濮城水厂。输水主管线向新区水厂供水，辛庄镇政府供水站与濮城水厂分别由两路支线供水。辛庄支线进口处和濮城支线进口处在主管线和支线上分别设有电动蝶阀；辛庄支线出口处和濮城支线出口处均设有调流阀；输水主管线进口处、辛庄支线出口处、濮城支线进口处、濮城支线出口处、新区水厂出口处设有流量计；输水管线全线设压力计，共计36个。

供水管线源头黄河水源地水厂泵站根据工程需要进行相应的电气设备改造。原有两台75 kW变频电动机改造为两台132 kW变频电动机。另外新增设有4台电动蝶阀。

工程需要建设计算机监控系统，监控中心设在新区水厂，以实现对工程有关设备的监测及控制，为工程的安全、可靠、高效运行提供支持。

负荷等级：输水管线的电动蝶阀、调流阀、流量计、监控设备为二类负荷，其它均为三类负荷。

2.2 供电电源系统

供电电源系统是电气设计工作的基础，应首先进行电源引接的设计工作，根据负荷容量、负荷等级等实际情况，综合考虑可靠性、安全性、经济性，选择合适的电压等级、输电容量、供电电源数量、电源引接点及距离、电源线路敷设方式等。

工程供电电源系统选择就近接入附近管理站或厂区低压供电回路，对附近无低压电回路的负荷点，选择外接一路10kV架空线路作为电源。为保证工程的安全可靠运行，配置EPS应急电源作为备用。管道沿线设置的压力计负荷容量小，选择自配可充电电池，保证至少使用一年再更换充电。

2.3 电气主接线

电气主接线是水利工程电气设计的主体，它与电力系统、工程条件、供电的可靠性、经济性等密切相关，反应了供电系统的基本结构和性能，在运行中表明电能的输送和分配关系、一次设备的运行方式，是实际运行操作的依据，同时也对电气布置、设备选择、继电保护和控制都有较大影响。在设计时应通过经济技术比较，合理选定电气主接线。

与工业用电相比，水利工程用电负荷容量一般较小，年运行时间较短，且大多数为三级负荷，对电气主接线可靠性要求不高，电气主接线设计应适当简化，应尽量采用一种电源电压等级。水利工程规模确定后，一般不考虑扩建，主接线设计可不考虑扩建或分期过渡。

工程电气主接线设计方案中高压10 kV侧选择采用线路-变压器组接线方式，低压0.40 kV侧采用单母线接线方式。此主接线系统具有结构简单、使用设备少、配电装置方便布置、占地少、投资少、施工工期短等特点。

2.4 电气设备选择

变配电装置型式可分为屋内式和屋外式。型式的选择，应根据供电规模、水工建筑物布置及进出线方式，因地制宜考虑工程所在地区的地理情况及环境条件，与相应水利工程总体布置协调一致。

工程用电负荷采用屋外式预装组合箱式变电站供电。组合箱式变电站将传统变压器设备集中设计在箱式壳体中，具有体积小、结构紧凑、便于安装、低噪声、低损耗、高可靠性等特点。其型号为：ZBW-30/10。箱式变电站变压器选择容量为30 kVA的干式变压器，联结组别为D，yn11，有利于限制高次谐波、切除单相接地短路故障。10 kV高压负荷开关柜柜内配置高压真空负荷开关（自带接地开关及熔断器）、避雷器及带电显示器。0.40 kV开关柜选用低压固定分隔式开关柜。低压配电柜内配置高性能塑壳开关。开关柜外壳防护等级均需满足设备对相应环境条件的要求。

EPS应急电源由互投装置、自动充电机、逆变器及蓄电池组等组成。在交流电正常时逆变器不工作，经过互投装置给负荷供电。当交流电断电后，互投装置立即投切至逆变电源供电。当电网电压恢复时，互投装置将会投切至交流电供电。EPS应急电源主要供电对象为电动蝶阀、调流阀、流量计等。

2.5 电气设备布置

电气设备布置应根据工程规模、设备型式，生产、生活、管理及交通运输等要求，遵循安全、环保、实用、经济、节省占地的原则，并结合自然环境条件及总体布置特点，统筹规划。选定进出线方式、主变压器、高压配电装置布置型式和位置。

电气设备布置应能满足带电距离、设备搬运、安装、运行、维护、检修等要求以及防火、防爆、防潮、防淹、防尘、防鼠、防虫、防腐、防电磁辐射、防振动和抗地震等特殊要求，并为工程有序建设、安全运行创造条件。

工程各负荷点电气设备布置：辛庄支线管理站电气设备均安装在箱式管理站内，箱式管理站布置在辛庄镇政府供水站内；濮城支线进口管理站电气设备均安装在箱式变电站内，箱式变电站布置在濮城支线与干线连接处附近；濮城支线出口管理站电气设备均安装在箱式管理站内，箱式管理站布置在濮城水厂内；新区水厂监控中心电气设备均安装布置在监控中心室内；黄河水源地水厂泵站变频器柜、低压开关柜、蝶阀动力箱均布置在泵站副厂房内。水利工程电缆敷设一般采用三种方式，即电缆沟、电缆桥架和电缆穿管，具体形式应根据现场实际情况选择，保证安全性、经济性。

2.6 防雷接地

根据《电力设备过电压保护设计技术规程》及《电力设备接地设计技术规程》等相关规范规定，为防止雷电侵入，在10kV电缆与架空线的变换处，应装设一组避雷器，在10kV电缆进线柜内装设一组避雷器，以保护电缆头及变电设备。

所有水利工程设施，均应根据大、小接地短路电流系统及工作接地、保护接地、防雷接地、接地电阻率等要求，设置保护人身和设备安全运行的由自然接地网和人工接地网构成的接地网，并进行接地网接地电阻计算，提出接地电阻值要求。不同用途和不同电压的电气设备，除特殊要求外，应使用一个总的接地系统，接地电阻应符合其中最小值的要求。接地装置应做到场区电位分布均匀、接地电阻不超标和接地引线导通性良好。

此次箱式变电站、箱式管理站、监控中心等所有电气设备均以接地线与供水站或水厂的接地网可靠连接。其它相关电气设备的保护接地、工作接地、防雷接地共用接地极，并确保工程接地装置的接地电阻≤1Ω。若不满足要求，需另增设接地体直至满足要求。

2.7 计算机监控系统

计算机监控是水利现代化的重要组成部分。重要工程的主要机电设备应设置计算机监控系统，实现远方集中控制，提高水利工程的经济效益和管理水平，逐步实现“无人值班、少人值守”的现代化运行管理方式。

计算机监控系统的监控范围包括黄河水源地水厂泵站内的水泵变频机组，各管理站的电动蝶阀、调流阀、流量计，供水管线上的压力计等设备的监测与控制。

计算机监控系统应采用分层分布、开放式系统结构。典型的结构分为三层，即主控层、通信层、现地层。

计算机监控系统主控层设置在新区水厂监控中心，通过集中监控系统，对主要机电设备实行集中监视控制，完成系统的运行自动化及其管理，包括水泵机组运行，电动蝶阀的开闭，历史数据存档、归类、检索和管理，运行报表生成与打印。工作站还具备人机接口功能，即完成设备运行的实时监视与控制。非运行期间，可对运行人员进行培训。监控中心设置计算机监控系统的值班员控制台，使值班员通过屏幕显示器、键盘、鼠标等人机联系设备实现集中监视控制。现地层LCU用于现场设备的监视管理，对机组、电动蝶阀、调流阀、流量计等设备进行数据采集与处理、安全运行监视、自动控制与调节等。

3 结论

文章从多个方面对范县城区饮水第二水源供水管网工程电气设计做了介绍分析，主要包括负荷分析、供电电源系统、电气主接线、电气设备选择、电气设备布置、防雷接地及计算机监控系统设计等。在电气设计的同时，充分结合水利工程的特殊性，综合考虑工程现场实际条件、运行管理要求等问题，为最终实现工程的安全、可靠、高效运行提供了有效支持。

TV213.4

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：1673-8853（2017）02-0061-02

2016-12-09

编辑：刘长垠

王浩（1988-），男，工程师，主要从事水利水电工程电气设计工作。