浅谈防洪排涝泵站的电气设计

杜根兴

[摘    要 ]洪灾及城市内涝这类自然灾害对居民生活带来巨大影响，直接造成的经济损失无法估量。随着中国城市建设的发展，城市防洪排涝， 城市防洪排涝泵站的建设显得尤为重要。本文针对城市防洪排涝泵——下林泵站的电气设计方面进行分析研究，提出可行性电气设计方案并加以分析，希望为后续的防洪排涝泵站的电气设计工作提供理论性的指导。

[关键词]防洪排涝;泵站;电气一次设计

[中图分类号]TP273;TV675 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）07–00–03

[Abstract]Natural disasters such as flood and urban waterlogging have a great impact on people's lives， and the direct economic losses are incalculable. With the development of urban construction in China， the construction of urban flood control and drainage pump station is particularly important. In this paper， the electrical design of flood control pump station is analyzed.

[Keywords]flood control and drainage; pumping station; primary electrical design

1 设计内容

1.1 用电负荷及供电方式

1.1.1 闸泵用电负荷

下林闸泵泵站水泵3台，每台水泵配套电机功率为280 kW，额定电压为10 kV。泵站进口拦污栅3扇，每扇配套电机功率4.0 kW;进口检修闸门一扇，电机功率为7.5 kW;泵站起吊设备电动葫芦一台，配套电机功率8 kW;以及泵站照明检修等用电约40 kW，总负荷共计约907.5 kW。

下林水闸工作闸门启闭机两套，功率为15 kW，进口检修闸门一扇，电机功率为7.5 kW，出口检修闸门一扇，电机功率为7.5 kW。以及水闸照明检修等用电约15 kW，总负荷共计约60 kW。

本工程共计用电负荷约967.5 kW。

1.1.2 负荷计算

根据相关专业条件，本工程用电设备如表1、表2所示。

1.1.3 供电方式

下林泵站的工程任务是防洪、排涝。由于当地台汛期间电网的供电可靠性较低，特别考虑台风在当地登陆而潮水顶托的恶劣气候条件下，外江高水位时利用下林泵站排水，以降低内涝洪水位要求，保障人民群众生命及财产安全。作为非常情况下的应急需要，以及为确保运行的可靠性，用电负荷等别拟定为二级，采用两回电源对下林泵站供电，以保证用电可靠性。根据工程所处位置，供电主电源拟从工程附近的江屿110 kV变电站引一回10 kV电缆专线对闸泵站供电，10 kV进线电源不在本电气工程设计范围内。另在泵站设置10 kV柴油发电机组作为下林泵站的备用电源，两路电源应设切换闭锁装置。

下林水闸设施具有内河排涝泄洪的要求，负荷供电要求较高，用电负荷等别拟定为二级。为保证供电可靠性，选用一台SC13-125/10型干式室内变压器作为站用电供电电源，接在10 kV电压母线上。因高压柴油发电机使用频率低，故另设一台低压柴油发电机组，在下林泵站非运行期间可承担下林水闸运行、检修、调试、办公及生活用电，让高压柴油发电机组退出运行以减少油耗。

1.2 水泵电机选择

同步电机因为有励磁绕组和滑环，增加了机电设备及相应的故障率，比起异步电机的免维护来，维护工作量较大;异步电动机因结构简单，在运行、维护及可靠性方面要优于同步电动机;在价格上异步电动机也比同步电动机便宜;同步电机效率高，但本工程电机功率280 kW，功率较小，效率的差别不大;近年来，在温州地区的泵站工程中采用异步电动机较多，运行部门已取得了一些的运行经验。综合以上几点，工程水泵采用三相异步电动机。

1.3 水泵电机机端电压比较

方案一：机端电压采用6 kV

每台机组均配置软起动器，主变选用S11-□ kVA-10.5/6 kV节能型变压器。

优点：机端电流较小。

缺点：由于6 kV和10 kV电压屬于同一电压等级，变压器高低压侧电压差距小，此变压器属非标产品，投资相对较高。泵站运行中主变电能损耗永久产生，每年的电能损耗费用较高。

方案二：机端电压采用10 kV

根据《泵站设计规范（GB50265-2010）》：当技术经济条件相近时，电动机额定电压宜优先选用10 kV。这样可以大大改善机组启动运行工况，提高泵站运行的稳定性。由于该工程供电电源是10 kV，水泵电机采用直配线供电，工程不设置主变压器。

优点：

（1）机端电流小。

（2）直配线方案取消了主变压器及相应的二次控制保护设备，综合一次性投资及日常运行维护费用降低，且不再产生主变电能损耗，大大降低了运行成本。

（3）水泵机组直接与当地电网连接，水泵容量远远低于所连接变电所主变容量，大大改善了机组的启动特性。

缺点：直配线方式对泵站的防雷过电压保护要求较高。

机端电压技术经济比较如表3所示。

上述两种方案供电可靠性均较高，都能够满足泵站供水保障率的要求，通过分析比较推荐方案二为选定的机端电压方案，即水泵机组选用10 kV电压等级。

1.4 水泵起动方式比较

1.4.1 直接启动

电动机直接启动，省投资，但存在以下缺点：

①电动机直接全压启动时，启动电流会在线路上产生较大的压降，影响并联在电网上的其它设备的正常运行。

②电动机启动时会产生短时的冲击电流，导致电气设备寿命缩短，网损加大，系统发生谐波谐振的可能性增加。

③直接全压启动还会在高压开关关合时产生陡度很大的操作过电压，对其绝缘造成极大的伤害。

④对水泵类负荷来说，电动机全压启动时，水流会在很短的时间内达到全速，因此会破坏管道。如果水泵前面的管路比较长，当水泵电机突然停止时，高速的水流会冲击到水泵的叶轮上，产生很大的冲击力，会使叶轮变形或损坏。

1.4.2 高压固态软起動

高压固态软起动装置CMV适用于大中型高压鼠笼交流异步电动机，作降压起动之用。完整的CMV软起动装置是一个标准的电机起动、保护装置，用来控制和保护高压交流电机。标准的CMV产品主要由以下部件组成：高压可控硅模块、可控硅保护部件、光纤触发部件、真空开关部件、信号采集与保护部件、系统控制与显示部件。

使用该装置起动的电机具有起动电流小且恒定、转矩逐步增加的软起动特性，起动过程中无电流冲击和机械冲击，起动时对电网影响小，无电磁干扰、是起动电抗器和自耦降压起动器的理想替代产品，相对于高压变频软起动器而言，又具有明显的操作简单、免维护、无谐波污染等优势。

综合考虑，在经济条件允许的情况下应尽量避免采用高压电动机的直接启动方式，拟采用“高压固态软起动装置”软起动，以保证电网的供电质量，延长电机的寿命。

1.5 照明设计

（1）本工程照度标准按国家民用建筑照明标准为基准，照度满足各场所使用要求，功率密度低于规范规定的功率密度限值。

（2）照明光源，根据国家节能要求选用高效、低耗节能灯。

（3）根据GB/T50265-2010《泵站设计规范》，本工程设有正常工作照明、事故照明。

1.6 建筑物防雷接地保护

本工程防雷按第三类防雷建筑物设计，建筑物内部电子信息系统的雷电防护等级按B级设计。采用变压器中性点直接接地系统，接地装置与防雷接地装置极合用，接地电阻要求不大于1Ω。低压配电保护采用TN-S系统，设置总等电位连接。

1.7 电气节能措施

（1）变电所、配电房的位置靠近负荷中心，尽量减少线路损耗。

（2）变压器选用13型低损耗节能变压器，符合《三相配电变压器能效限定值及能效等级》GB20052-2013的要求。

（3）电动机选用高效节能型，采用无功补偿等方式节能降耗。

（4）采用提高功率因数cosΦ的措施。低压系统设置静电电容器对无功功率进行补偿，使cosΦ达0.95以上。照明用的气体放电灯采用高功率因数的电子镇流器或低损耗节能型电感镇流器加补偿电容。

（5）照明选用高效节能的细管荧光灯（T5管）、紧凑型荧光灯或LED为主要光源。

（6）照明设计按《建筑照明设计标准》GB50034-2013的规定控制照明功率密度。

（7）灯的控制方式符合电气节能要求。

1.8 主要电气设备布置

泵组LCU屏及电容补偿柜对应泵组布置于主泵房电机层进水侧，电动机采用电缆进线。

副厂房布置在主泵房一侧，设中控室、高压开关室、低压配电室、柴油发电机房。

中控室布置有计算机监控操作台、10 kV线路保护屏、公用LCU屏、直流屏等。低压配电室布置站用变压器和低压配电屏。高压开关室布置10 kV开关柜、各泵组开关柜。

2 结束语

首先，泵站电气设计必须满足规范性要求的前提下，设计人员在进行方案确立和设备选型时，需考虑设计成果在实际工况条件下的适用性和合理性，同时也需为业主考虑节省建设资金和方便设备设施的运行维护。本文结合下林泵站电气设计方案加以分析，希望能为后续的防洪排涝电气设计工作提供理论指导。

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