韩城禹门抽黄一级泵站电气设备改造方案探讨

宋 蕊

（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001）

0 引言

泵站在我国农业经济发展中担负着重要作用，其内部电气设备较多，一旦出现运行故障，就会影响泵站的整体运行效率，特别是长年运行的泵站电气设备更容易出现各种问题。因此，改造泵站内的电气设备势在必行。针对泵站存在电气设备绝缘老化、操作不灵活、能耗高、安全隐患等问题，本文通过比选电气设备型号、研究设备内部结构，分析设备能耗等方法，提出了设备改造方案，并重新合理布置电气设备。

1 工程概况

韩城禹门抽黄一级泵站位于韩城市龙门镇渚北村禹门口大桥以西300 m 处，1977 年动工，1980 年建成。改造后主要任务是为乡镇生活、工业及农业灌溉供水，兼顾城市湖泊生态补水。该泵站计划改造更换水泵电动机组3 台，型式为卧式中开离心泵机组（2 工1 备），设计流量为3.0 m3/s，配套电动机功率1250 kW，泵站总装机功率3750kW。

2 泵站电气设备存在的问题

（1）主电动机型号为JSQ158-6，1980 年产品。主电动机已间隔运行约38 年左右，已达到SL 510-2011《灌排泵站机电设备报废标准》2.2.1 条报废标准要求，且在运行时温度高、振动大，安全绝性能差，电气性能检测不符合规程要求，存在较为严重的安全隐患，且JSQ158-6 型电动机已列入国家第四批高耗能机电设备淘汰产品。

（2）主变压器为SL 型铝芯，运行近38 年，电气主要技术参数不符合现行规程要求，存在较大的安全隐患，不满足泵站安全运行要求，且SL 型变压器已列入国家第一批高耗能机电设备淘汰产品目录。

（3）35 kV 为DW8-35 型户外高压多油断路器，外壳锈蚀严重，弹簧操作机构动作卡阻，操作不灵活，动作不可靠，多项电气试验参数不合格，存在重大安全隐患。

（4）10 kV 高压柜为 GG1-1A 型，母线、隔离刀闸外露，不符合“五防”性能要求，隔离刀闸操作机构动作不灵活，操作费力、困难。0.4kV 低压配电柜为PGL 型，柜内元器件绝缘老化，故障频发，存在严重安全隐患，不满足泵站安全运行要求。

（5）泵站运行自动化程度低，不能实现机组自动化运行。泵站的变配电控制保护设备多采用继电器逻辑，且设备性能已非常落后，仅能维持在现场的控制和操作，无法实现自动化监控。电磁式继电器绝缘老化，运行不稳定，直流系统老化严重，蓄电池大部分损坏，必须进行更换。

3 电气设备更新改造方案

3.1 主电动机

主电动机是泵站的主要传动设备，合理选择电动机能够提高泵站的装置效率，保证泵站安全运行。（1）原有的JSQ 型电机效率低、损耗大，改造为高效节能的Y 型电机。（2）优先选用10 kV 电压等级，可有效减少降压变损耗及基础设施费用。同时，10 kV 电机F 级绝缘具有良好的防潮、抗老化、耐热性能，在延长电机使用寿命方面效果显著。（3）电动机的容量应按水泵运行可能出现的最大轴功率选配，并留有一定的储备，《泵站设计规范》GB50265,选取储备系数范围为1.10～1.05，改造后选择1.1。（4）为适用河道水位变幅，采用变频器调节水泵扬程，电动机选用变频电动机，调节水泵转速，扩大机组安全运行范围[1～3]。

改造选用10 kV 高压变频及高效节能三相异步电动机。

3.2 主变压器

（1）原SL 型变压器属于高耗能淘汰类产品。S13 型变压器比SL 系列更节能，更合理，铜损、铁损更小，已被电力行业广泛应用。改造选用S13 系列。（2）鉴于地方电网较为薄弱，电压波动较大，从有利于电动机启动，简化接线的角度出发，泵站的主变压器选用有载调压电力变压器。

改造选用S13 系列有载调压电力变压器。

3.3 高低压成套柜

（1）原35kV 配电装置采用户外敞开式布置，该布置型式过去被广泛采用。该布置型式的优点就是投资少，不足之处是与户内布置方案相比占地面积较大，且布置在户外，污染较严重，检修维护工作量较大，安全可靠性较差。改造选用KYN61 户内交流金属铠装移开式开关柜。（2）原10 kV 配电装置采用GG1A 柜型，高压柜母线、隔离刀闸外露，不符合“五防”性能要求，安全性较差，且操作不便。KYN28 铠装中置式开关柜，该柜型结构合理，安全可靠，操作简便且具有可靠的五防”性能要求，检修维护方便，使用寿命长。（3）高压柜内采用的固封极柱式真空断路器，具有高度集成的整体式机构，结构简单、维修方便，且具有封闭式主回路以及先进的真空灭弧室，产品的可靠性高、使用寿命长，免维护，体积小。（4）原0.4 kV 低压配电柜采用PGL1 柜型，且柜内接线凌乱，元件老化严重，故障频发。改造选用GCS 型交流低压配电柜，此柜型各功能单元采用模块化设计，单元组合灵活方便，目前在电力行业广泛应用。

3.4 变频器

为适用河道水位变幅，新增变频器设备来调节水泵扬程。选择电压源型逆变器，高压采用IGBT (集成门极双极晶体管)功率半导体。（1）采用变频器设备后，解决了大功率1250kW 电动机的启动电流冲击问题，实现了软启动，电动机的启动特性得到明显改善。（2）通过变频器实现闭环控制，由于在正常情况下无需人工干预水泵运行，不需要频繁的调节带动水泵的电动机的输出功率，变频调速，可大大降低运行人员的劳动强度，实现无人值守。（3）变频器的合理运用，还可降低能耗。控制系统的稳定性、经济性和可靠性明显提高，减少了机械振动和磨损，节能效果明显。（4）变频器设有过流、过压、欠压、变压器过负荷，防人身触电保护，因其防误性能高，安全性大大提高。目前，变频器在供水泵站的应用非常广泛，不仅安全可靠，还满足用水量随时变化的需要，具有明显的节能降损作用。

3.5 综合自动化系统

原泵站运行自动化程度低，不能实现机组自动化运行。本次改造方案如下：（1）泵站计算机监控系统均按“无人值班（少人值守）”的监控模式设计，采用开放式分层、分布式系统结构，分为站控层和现地层两级。计算机监控系统由上位机系统、现地系统单元和网络总线三部分组成。（2）直流操作电源采用100 Ah/220 V 单母线接线，采用阀控式铅酸蓄电池组和高频开关整流模块，组屏布置于中控室。泵站设置一套不间断电源，供计算机监控系统、视频系统使用。（3）继电保护系统：全站继电保护均配置微机型保护。35 kV、10 kV 系统及电动机采用微机型保护测控一体化装置，分散装设在成套开关柜上。

改造完成后，除将泵站所采集的信息传送给中央控制室外，还能够传送给上一级调度中心，以便为泵站机电设备的控制和检修计划的制订提供原始数据。

4 电气设备布置方案难点分析

由于禹门抽黄一级泵站地理位置特殊，主厂房一面紧邻黄河，一面背靠山体，使得电气设备布置空间受限。在分析了改造前现场实地情况后，综合考虑了电气线路走径、电气设备搬运、运行人员巡视路线等方面。电气副厂房设备提出了两种布置方案。

方案一：主、副厂房分开布置。副厂房距离主厂房约150 m，通过电缆沟连接。泵站副厂房为一层布置，主要设置有中控室、35 kV/10 kV 配电室、10 kV 变频器室等。此方案电气设备安装检修方便，主副厂房分开布局清晰，运行人员巡视方便，缺点是主副厂房距离150 米造成了线缆量增加，投资费用和损耗相应增加。

方案二：将10 kV 配电柜、变频器、电容器以及低压配电柜布置于主厂房安装间层，主变压器和35 kV 配电装置布置于主厂房外，由于主厂房一面紧邻黄河，一面背靠山体，加之还有一条通向场外的进场道路，使得主变压器和35 kV 配电装置只能占据山体一侧，造成了山体开挖工程量大，费用高，加之主变压器的布置造成安装检修不便。

以上两种改造设计方案从使用功能上均可满足使用要求。方案二布局紧凑，但土建开挖量较大，总体投资费用高，安装检修巡视不便。方案一布局清晰，安装、巡视检修方便，虽然造成了线缆投资费用和损耗有一定增加，但较之方案二更加合理。泵站拟改造的副厂房平面布置方案见图1。

图1 泵站拟改造的副厂房平面布置图（尺寸单位：mm）

5 结语

韩城禹门抽黄一级泵站电气设备在长年运行中出现了绝缘老化、操作不便，自动化程度低等问题，存在安全隐患。通过更换主电动机、变压器、高低压成套柜以及增加综合自动化系统，使电气设备安全可靠，操作维护简便以及节能、使用寿命方面的性能都有显著提高，确保了泵站电气设备的安全、可靠的长期运行。