城南排涝站二站电气主接线和主要设备的选择

李春保 贺淑全 杨保恩 唐 波

（宿迁市水务勘测设计研究有限公司 宿迁 223800）

1 工程概况

宿迁市马陵河城南排涝站二站位于马陵河下游端，承担着马陵河的排涝和东关口公园的排涝，规划设计流量为17.0m3/s。城南排涝站二站的建设将提升马陵河整体的水环境质量和打造东关口历史文化公园的水景观。根据泵站的设计流量，初步选择装机功率为3×355kW+2×75kW。根据《室外排水设计规范》(GB 50014-2006) 中5.1.9条规定“排水泵站供电负荷应按二级负荷设计”,确定泵站负荷等级为二级。

2 接入方式

马陵河城南排涝站二站位于宿迁市城区东南片，供电电源可靠，有多路电源可供选择，根据泵站的负荷等级，按照相关规范需要两路电源,第一路电源来自110kV付庄变10kV付黄II#121线杆供电，距离约为80m，第二路电源由110kV城中变10kV城运143线F8-5#杆供电，距离约为150m，两路进线柜设置电气闭锁+机械联锁,实现“三合二”闭锁功能，且要配有“三锁两钥匙”。

3 电气主接线选型

马陵河城南排涝站二站为排涝泵站, 根据工程位置的电力供电情况，高压侧等级拟定为10kV，同时根据《评价企业合理用电技术导则》（GB/T3485-1998）中4.1.1条“功率在200kW及以上，宜采用高压电动机”，故此次电动机初步计算的轴功率大于200kW，拟定高压电机为电压为10kV。该工程适用的主要电气接线方式有三种，分为单母线方案、单母线分段方案、双母线接线方案，各种接线的优缺点见表1。

根据马陵河城南排涝站二站高压侧的电压及初步选择的电动机额定电压，此次选用单母线接线方式。

4 电气设备选择

根据工程的重要性，按“无人值班（少人值守） ”的原则设计。同时结合所选的主接线方案进行如下设备的选择。

4.1 电动机选型

根据我国现行电动机的分类，电动机分为直流电动机和交流电动机，该泵站电机功率较小，故选择交流电动机，交流电动机又分为异步电动机和同步电动机。异步电动机简单、耐用、可靠、易维护、价格低、特性硬，但是起动和调速性能差，轻载时功率因数低，一般适用于无调速要求的场所；同步电动机恒转速，功率因数可调节，价格贵，一般只在不需调速的高压、低速、大容量的机械上采用。综合两种异步电动机的特点，结合该泵站管理单位的管理水平，该工程电动机选型采用异步电动机方案 。

4.2 额定功率及额定电压

根据泵站进出水池水位以及《泵站设计规范（GB50265-2010）》《中小型泵站设计与改造技术》，电动机的功率见下式：

式中：K1—功率的备用系数，见表2；

K2—水泵工作条件系数，见表3；

H—水泵的最不利工作扬程，对于离心泵采用设计最低扬程（m），对于轴流泵采用设计最高扬程（m）；

笔者采用对比冷浸前后煤体渗透率的变化来表征液氮冷浸前后煤体孔隙变化规律，试验所用渗透率测量装置为河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室的三轴瓦斯渗流试验系统，如图2所示。该装置可以进行不同温度、不同轴压和不同围压下的瓦斯渗流试验，其围压范围0～50 MPa；轴压范围为0～70 MPa；孔隙气压范围为0～10 MPa；气体流量监测范围为0～500 mL/min。试验加载气体为纯度99.99%的氮气，由精密压力传感器显示加载的气体压力、轴压和围压，显示精度为0.001 MPa。

η泵—水泵在最不利工作扬程下的效率（%）；

η传—传动效率（%）；

Q—水泵在最不利工作扬程下的流量，( m3/s）；

根据流量扬程计算得到选用355kW电动机满足要求, 机组电压为10 kV。

4.3 主要电动机型号及参数

根据电机选型样本，选择如下：

电机型号：YLS-560-16

额定功率：355kW

额定电压：10 kV

功率因素：0.70

电流：31.8A

最大转矩 / 额定转矩：1.8

堵转电流 / 额定电流：6.0

表1 三种方案接线的优缺点表

4.4 启动力矩及启动方式

由于电网短路容量供电公司无法准确找到，根据相关资料，一般认为10kV线路短路容量不超过300MVA，355kW电动机的启动容量为Sst=6×10×0.0318× 3=3.30MVA。根据已确定的设备配置和接线方案，按照最后一台355kW电动机启动作为最不利工况，则已经接入的负荷考虑到一定的富余量，拟定为10MVA，则母线电压下降为：

式中：ΔUstm—电机端子电压相对值；

表2 功率备用系数表

表3 水泵工作条件系数表

Skm—系统短路容量；

Sst—系统启动容量。

根据上述母线压降计算，母线压降为1.0%，小于容许的15%，但是采用异步电动机，直接启动方式启动电流很大，为此电机配套软启动装置以满足启动要求。

4.5 短路电流计算

该泵站3台高压电机和2台低压电机，高压电机功率355kW，低压电机功率为75kW，高压电机直接接入电网，电网的短路容量按照300MVA。则高压短路电流为16.50kA。

4.6 站变选择

根据《泵站设计规范》的相关要求，站用变压器容量应满足可能出现的最大站用电负荷，计算得出站变负荷容量为500kVA，选择1台容量为500kVA的厂用干式变压器，变压器型号为SCB11-500-10/0.4kV。

4.7 10kV电气设备选择及布置

近年来，成套电器技术飞速发展，已经相当成熟，目前10kV高压开关柜主要有固定式和手车式，由于手车式具有供电可靠等优点，深受用户好评。此次选择手车式开关柜，手车式又可分为落地式和中置式，中置式除了落地式的特点之外，还具有尺寸容易控制，精度高、操作轻巧等优点，此次高压开关柜选择中置式高压开关柜。高压控制室配15台KYN28-12高压控制柜，高压软启动室配3台HPMV-DN-355kW软启动柜，高压无功补偿室配3台TBB10-150/50-AK无功补偿柜。本站高压电机采用降压启动，每台电机配备一台软启动器，无功补偿方式采用集中补偿，补偿量为150kVar +450kVar，补偿后的功率因数达到0.90以上。

4.8 0.4kV电气设备选择及布置

0.4kV低压开关柜目前主要有GGD型、GCK型、GCS型、MNS型，由于MNS型开关柜具有外形统一、精度高、抽屉具有机械联锁装置、容量大，是一种非常实用、安全的新型低压抽出式开关柜。该工程共设置6台低压开关柜。低压柜、站变和直流电源柜布置在低压室内。

4.9 过电压保护及接地

根据泵站的结构和布置，泵室底板顺水流方向17.0m，垂直水流方向为19.9m，同时底板和侧墙均采用钢筋混凝土结构，泵室上面的厂房通过梁内的钢筋与侧墙钢筋进行连接，该工程接地装置正好利用底板、侧墙和厂房的梁形成自然接地体。为进一步做好过电压保护，同时在泵站主厂房屋面四周装设避雷网，中间形成网格，利用建筑物柱内的主筋引下与泵站底板下的接地网相连，形成整个防雷接地系统。根据《泵站设计规范》（GB50265-2010）中10.9.8“对小电流接地系统，其接地装置的接地电阻值不宜超过4欧姆。采用计算机监控方式联合接地系统的泵站，接地电阻值不宜超过1欧姆”，施工完成后，经过实测整个接地网接地电阻约0.8欧姆，未超过1欧姆，符合规范要求。

该工程高压侧在高压柜中采用电站型避雷器，型号为HY5WZ-17/45，低压侧采用浪涌保护器，型号为KYSPD-B60/4P。

5 结语

宿迁市马陵河城南排涝站二站是中型泵站, 目前已经投入运行，运行良好。本文是对中型泵站工程设计的部分总结和探讨，希望能给水机专业和电气专业的初学者一些视野的开拓，达到共同进步的目的■