泵闸类工程电气设计的探讨

罗莹

（上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司，上海200125）

泵闸项目一般具有防洪防涝和水资源调度功能，泵闸工程对提高区域排涝能力、改善水环境、水景观、提高周边居民生活品质、提高地块价值起到越来越大的作用，对于水系较多的南方城市更为明显。因此，泵闸工程的用电保证及合理是整个工程中最重要环节之一。泵闸工程主要为功率较大的泵组和水闸，而它们不会同时运行的特点使得配电计算及设计有着它的独特性。

1 供配电系统

1.1 负荷等级

泵闸一般具有防洪防涝和水资源调度功能，直接关系到该地区国家财产和人民生活安全，根据文献[1]的相关规定，考虑其对政治及经济的影响，泵闸工用电负荷为二级负荷，采用二路10kV 电源供电，二路电源互为备用，电源备用率为100%，由电缆引入新建10kV 变配电所。

1.2 供配电方案

泵闸项目的主要用电设备为水泵，因此，根据水泵功率的大小也有着不同配电方式。

情况1：

若项目中的主要负荷为10kV 电动机，根据供电电源及用电负荷情况，10kV 主接线拟定如下两种方案进行比较：

方案一：单母线接线

两回路电缆进线，电气主接线采用单母线接线，进线设两台10kV 断路器，两接线最简单可靠，设备投资较低。正常情况下一路10kV 电源作为工作电源给全部用电负荷供电，另一路电源作为备用电源，当工作电源故障时由备用电源供电，两路电源之间进行电气及机械连锁，防止电源同时接通。

方案二：单母线分段接线

两回路电缆进线，电气主接线采用单母线分段接线、进线，母联共设三台断路器，接线稍复杂，设备投资稍大。正常情况下两路10kV 电源同时运行，母联联络断路器断开，两路电源分别向两段母线上的用电负荷供电；当一路电源故障或检修时，母线联络断路器合上，另一路电源能承担全部重要负荷用电。两路10kV 电源进线及母联开关之间设电气及机械闭锁，防止电源并列运行。任一回路线路故障或检修，都不影响泵闸运行，供电可靠性高。

综上比较，虽然两方案均能满足一路电源故障的情况下泵闸对二级用电负荷持续供电的要求。但方案一中当母排故障或检修时则会导致停电，供电可靠性低于方案二。因此，在条件允许下，推荐选用方案二。

10kV 侧电气主接线采用单母线分段形式。正常运行时，联络柜分段断路器分开，当一回电源故障或检修时，母线断路器通过自动或手动合上，由另一路电源同时向两段母线供电。

0.4kV 侧电气主接线采用单母线分段（带联络开关）接线方式。正常运行时，低压联络柜分段断路器分开，由两台变压器分别向两段低压母线供电。当一路电源故障或检修时，又或一台变压器检修或故障时，分段断路器自动或手动闭合，由另一台变压器对全部负荷供电。

情况2：

若项目中的主要负荷为0.4kV 电动机且重要负荷总容量不超过300kW 时，根据供电电源及用电负荷情况，主接线拟定如下两种方案进行比较：

方案一：一路电网外线一路柴油发电机

电网不佳或较偏远的地区无法提供两路高压电源的地区，采用一路高压电源供电，另一路电源采用移动式柴油发电机。高压电源供电为常用电源，柴油发电机为备用电源。当常用电源故障时，由备用电源为重要负荷供电。

方案二：两路电网外线

电网良好或较发达区域，一般可提供两路高压电源，并且该两路电源来自不同上级变电站或者同一变电站的不同母排。高压侧采用单母线接线方式，低压侧采用单母线分段接线方式，两路电源同时运行，互为备用。

方案二供电可靠性高，安全性好，但需良好的电网条件。方案一，可以很好的解决无法提供两路高压电源的泵闸规模较小的较偏远地区。

以上两种方案，在条件满足的前提下优先选用方案二，不同项目可根据具体情况选择适用的方式。

1.3 用电负荷计算

泵闸工程的负荷计算一般采用需要系数法进行计算。计算公式如下：

式中：Kx-需要系数；Pe-用电设备的设备功率；Pjs-计算有功功率；Qjs- 计算无功功率；Sjs- 计算是在功率；Ф- 功率因数角；KΣp，KΣq-有功功率，无功功率同时系数；

需要系数Kx 及功率因数角相关参数参考文献[2] 中表1.4-1。

2 工程实例设计

2.1 工程概况

上海某泵闸工程建设为配合新科技城建设，进一步沟通水系，增强区域防汛除涝能力，改善区域水环境。主要用电负荷为132kW 水泵两台及其它动力负荷。

负荷计算如表1。

泵闸项目与其它类型项目不同：泵和闸门不同时使用，因此总容量的负荷计算中较小的闸门应不计算在内，最终选用400kVA 变压器。

2.2 电气主接线方案

该项目用电负荷主要为0.4kV，主要用电设备为潜水灌流泵，单台电机功率为132kw；其它用电设备为排污泵，闸门等，设有2 台站用变压器，单台容量为400kVA。根据上海市电力公司要求：用户申请总容量在250kVA 至8000kVA 时，采用10kV 电压供电。因此该工程采用2 路10kV 进线，经变压器给主水泵等设备及变电所泵房等配电。

根据工程情况0.4kV 主接线方案拟用：0.4kV 侧电气主接线采用单母线分段接线方式。正常运行时，低压联络柜分段断路器分开，由两台变压器分别向两段低压母线供电。当一路电源故障或检修时，又或一台变压器检修或故障时，分段断路器闭合，由另一台变压器对全部二级负荷供电。两台变压器同时运行互为备用。

2.3 电动机启动

电动机起动应按供电系统最小运行方式及机组最不利的运行组合形式，在供电系统为最小运行方式，起动第二台电动机时为最不利运行方式。文献[3]第10.5.1 条规定的母线电压降不宜超过额定电压的15%的要求；符合文献[4]第2.2.2 条，在一般情况下电动机频繁起动时配电母线上的电压不宜低于90%，电动机不频繁起动时配电母线电压不宜低于85%的要求。

132kW 水泵电机采用软起动方式起动可满足上述要求，其它电机均直接启动。

2.4 电气设备布置

设变电所一座，靠近泵房主体即负荷中心，变配电所内设置高压室、低压室、控制室。

泵组控制柜，动力配电柜等布置于主泵房内，设备现场电控柜（箱）等随设备分散就地布置。

2.5 防雷与接地

泵闸项目内的建筑物属于一般工业性建筑物。根据当地平均雷暴日数据及建筑情况，计算出预计雷击次数小于0.25 次/a，则根据文献[5]该建筑按第三类防雷建筑物。为防直击雷造成伤害，在各建筑物屋顶均装设接闪带作保护，避雷带采用25mm×4mm 热镀锌扁钢成小于等于20*20 网格敷设，接闪带接地引下线与各单体建筑物接地网可靠连接。所有设施管道、电缆桥架、配电箱等金属物均与接地网可靠连接。低压侧采用TN-S 接地系统，充分利用构（建）筑物的基础接地体，利用梁柱内的主钢筋作为接地引下线。变配电所及泵闸内所有电气设备，计算机监控系统设备的接地系统均共用一个总接地装置，其接地电阻值不大于1Ω。

表1

2.6 照明

建筑物室内常规照明按照文献[6]要求设置。变电所内除常规照明外需设置应急照明，在各建筑物主要通道，出口均设置带充电电池的应急疏散指示灯。

主泵房等潮湿部位应采用防潮型灯具。

2.7 主要电气设备选择

本工程设备选型遵循技术先进、安全可靠、经济合理的原则。采用国内外性能价格比高的电气设备：

10kV 开关柜：采用金属中置式成套开关柜。

0.4kV 开关柜：采用符合IEC60439 标准的具有敷铝锌钢板外壳的带有智能终端或接口的封闭抽出式开关柜。

变压器采用带防护罩壳的低损耗少填料薄绝缘环氧树脂浇注干式变压器或其它节能型变压器。带风机及温控装置，现场总线接口。

泵闸项目现场一般较为潮湿，宜选用不锈钢材质。户内设备外壳防护等级IP44,户外设备外壳防护等级IP65,均采用不锈钢材质。

2.8 电缆及敷设方式

泵闸内主要配电电缆非直埋的选用YJV，需直埋的选用YJV22 型，控制电缆选用KYJV 型，水下电缆选用YJY 型。

变电所内电缆沿电缆沟敷设。构建筑物内的电缆主要采用穿电缆桥架、预埋保护管、沿电缆沟敷设的方式。室外电缆主要采用直埋敷设，过路段采用穿保护钢管敷设。

2.9 节能

2.9.1 在低压侧设置无功功率自动补偿装置，以补偿低压设备的无功功率和变压器的无功损耗，消除谐波影响，减少供电线路导线的截面，节约有色金属，减少电力系统中的功率损耗和电能损耗。

2.9.2 在设备和材料选用方面，设计采用低损耗的11 系列或13 系列的干式变压器、高效率电机、铜芯电线电缆、LED 灯等。

2.9.3 变电所设置在负荷中心，尤其靠近大功率设备，以减少电能损耗。

3 结论

经过对不同泵闸工程的设计经验总结，本文通过整体方案对比及案例设计介绍，在设计中主要需要注意的事项如下：

3.1 用电负荷等级宜采用二级负荷，采用两路进线设计；对于含有高压设备的系统，建议高低压段均采用带母联的单母线分段接线方式；对于仅含有低压设备的系统，建议采用变组接线方式，低压侧采用带母联的单母线分段接线方式。

3.2 用电负荷主要为泵、闸，但泵和闸并不会同时使用，因此需要系数的选取要特别注意，往往功率较小的闸门不计入总负荷计算。

3.3 泵闸项目所处环境较为潮湿，在设备选择时要注意防潮。