南淝河初期雨水调蓄工程电气设计要点分析

方呈林

[摘    要]城市面源污染是河流的污染源之一，修建雨水调蓄池是有效控制初期雨水污染的措施。以南淝河中游调蓄池电气及自动化控制设计为例，从供电系统、自控系统详细论述了大型初期雨水调蓄池的电气设计要点。

[关键词]调蓄池;供电系统;自控系统;智能视频巡检系统

[中图分类号]TV734 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）02–00–04

Analysis of the Main Points of Electrical Design of the Rainwater

Regulation and Storage Project in Nanfeihe River

Fang Cheng-lin

[Abstract]Urban non-point source pollution is one of the pollution sources of rivers. The construction of rainwater storage tanks is an effective measure to control the initial rainwater pollution. The main points of electrical design of large-scale initial rainwater storage tanks are systematically discussed in detail.

[Keywords]regulating battery; power supply system; automatic control system; intelligent video inspection system

在过去的半个世纪，发达国家为保护城市水环境先后对排水系统进行改造，把建设调蓄池作为重要措施[1]。2021年4月，南淝河中游调蓄池作为南淝河中游重点排口初雨污染控制工程的重要节点正式顺利投运，将南淝河中游二里河泵站、矿机泵站、池郢泵站和西李郢泵站收集的初期雨水，经智慧截流系统转输至调蓄站后提升至小仓房污水处理厂。有效削减南淝河中游21平方公里的初期雨水对南淝河水体的污染，助推南淝河水质进一步提升，从而改善巢湖水质。此外，本工程还兼顾城区防汛排澇功能。

1 工程概况

本工程是南淝河2020年水体达标项目，该项目在巢湖南路与铜陵路交口东北200m处新建容量为5万m3、埋深15～23m的初雨调蓄站1座;新建总长2700m的截流管（截流管径分别为Φ1200～Φ3000，深度15～18m），总调蓄容量为7.7万m3，为目前安徽省最大的单体调蓄工程，总概算投资为4.6亿元。通过修建雨水调蓄设施，可以提高污水收集截流能力，降低溢流频率和溢流量，经济有效地控制初期雨水和合流污水的污染[2]。

调蓄池选址在滨水公园内东部地块，因调蓄池开挖恢复景观区域，在地埋式水体净化设施上部覆土空间恢复打造生态观赏游园。变配电间结合现状西里郢泵站进行电气设施整合扩建（图1）。

2 供电系统设计

2.1 现状供电情况

现状西里郢泵站主要用电负荷为4台335 kW潜水泵，额定电压660 V;2台145 kW潜水泵，额定电压380 V;现状10 kV供电电源采用双回路，一用一备，2台1 000 kVA变压器为4台335 kW潜水泵提供电源。其余站内低压负荷由2台250 kVA变压器供电。

2.2 负荷等级及供电电源

参考《供配电系统设计规范》（GB50052—2009）及《城镇雨水调蓄工程技术规范》（GB51174—2017），雨水调蓄池工程作为城镇雨水调蓄相关建设中的一环，若雨水调蓄池发生用电故障甚至停电，将可能导致城镇内涝等情况出现。考虑其对政治及经济的影响，雨水调蓄池的主要用电负荷为二级用电负荷[3]，采用双回路电源供电。

由于现状西里郢泵站建于2003年，至今已运行15a，泵站的电气设备老化严重，超出电气设备安全运行的年限。本次对原西里郢泵站高低压系统的所有电气设备全部拆除更新。新建调蓄工程的主要用电负荷为6台280 kW潜污泵，额定电压10 kV。新建调蓄工程结合现状西里郢泵站进行电气设施整合，10 kV变配电系统采用双回路供电（对原有供电容量扩容，每路电源负责100%负荷）;更新2台1 000 kVA变压器，其余站内的所有低压负荷由新建的2台500 kVA变压器供电。

2.3 变配电系统设计

2.3.1 电气主接线

变电所10 kV高压侧和0.4 kV低压侧均采用单母线分段带联络的接线方式。高低压系统中两台进线柜进线断路器与联络柜断路器均采用三锁二钥匙机械联锁及电气联锁，确保电气操作的安全性。

2.3.2 继电保护设置

根据《泵站设计规范》（GB50265—2010）及《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB/T50062—2008）的规定，对本站继电保护系统进行配置，保护装置选用国内成熟的定型微机保护装置。具体保护配置有：

（1）10 kV电动机电压母线的保护

带时限电流速断保护：动作于断开进线断路器。

过负荷保护：用于防止过负荷引起10 kV电动机电压母线过电流，保护延时动作于发出故障信号。

低电压保护：电压整定值为40%～50%额定电压，时限为1 s，动作于进线断路器。

单相接地故障监视：保护动作于信号。

（2）10 kV电动机保护

低电压保护：用于防止电动机自起动，电压整定值为40%～50%额定电压，保护延时0.5 s，动作于跳开电动机断路器。

过负荷保护：用于防止过负荷引起电动机过电流，保护分二个时限，第一时限动作于发出故障信号，第二时限动作于断开断路器。

温度保护：轴承温度升高和过高保护。温度升高动作于发出故障信号;温度过高动作于跳开电动机断路器。

电流速断保护：动作于断开断路器。

过电流保护：作为外部相间短路引起电机过电流的后备保护。

（3）其他

0.4 kV低压进线总开关设延时速断、长延时过电流、带时限低电压保护及单相接地保护。

0.4 kV低压母联开关设过载延时，短路短延时和瞬时保护。

低压用电设备及馈线电缆设置短路保护和过负荷保护。

低压电动机保护回路设短路、接地故障及过载等保护。

低压潜水泵等电动机除常规保护（短路、接地故障及过载）外，还设有泄漏、温度等特殊保护。

2.3.3 机组起动及无功补偿方式

为减少机组起动对电网电压波动的影响及对电动机的冲击，同时适应水泵的运行工况，新增6台280 kW潜污泵电动机采用高压软起方式。现状西里郢泵站水泵起动方式不变，采取一拖一低压软起动方式。

10 kV高压电机采用高压就地补偿柜就地单机补偿，0.4 kV低压用电负荷采用在变电所低压侧设置集中补偿方式的无功功率自动补偿装置。补偿后10 kV高压电源进线处功率因数达到0.95以上，满足当地供电部门要求

2.3.4 过电压保护、防雷与接地

为防止直击雷损坏电气设备，在厂房顶部女儿墙或屋檐装设避雷带（网）作接闪器，并利用厂房四周的柱内钢筋作避雷带（网）的接地引下线，同时以主泵房基础、底板内的钢筋作自然接地体。引下线与接闪器、接地体应有可靠的电气连接。为防止雷电波沿输电线路侵入损坏变压器及其他电气设备，本站在10 kV母线上装设了一组氧化锌避雷器。同时为防止真空断路器操作时产生的操作过电压对设备的绝缘，特别是主电动机的绝缘造成威胁，在每个真空断路器回路均装设操作过电压吸收装置。低压配电柜、动力配电箱、现场配电箱等进线处设置SPD电涌保护装置。进出防雷保护区的金属线路加装防雷保护器。

调蓄池内厂房和变电所的电气设备接地装置，按照有关规程规定进行设计，并将10 kV进线段、厂房与进水闸、出水闸钢筋混凝土底板中的主钢筋构成的自然接地网用-50x6镀锌扁铁可靠连接，形成一个完整的接地网，供配电系统与仪表自动控制系统的公共接地电阻Rd≤1 Ω[3]。所有电气设备的金属外壳及构架均与接地网可靠连接。

3 仪表与自控系统设计

3.1 设计原则

为了调蓄站能够安全可靠运行以及操作人员简捷准确地操作整个设备，根据截污调蓄站工艺要求，在站区现场配置必要的检测仪表、可编程序控制器（PLC）和通信系统，在控制中心設置管理计算机构成自动控制管理系统[4]。

本工程在线检测仪表以适用性、可靠性、先进性、经济性为原则设计，充分考虑处理规模、工艺特点及控制要求等综合因素，对设备运行参数及工作状态等进行实时监测。

本工程自动控制系统以可靠性、先进性、开放性、实用性为原则设计，由检测执行级、现场控制级、中央监控级组成集中管理、分散控制的集散型控制系统，保证机电设备运行的安全和稳定，保障处理效果，降低运行成本，减轻劳动强度，改善操作环境，满足现代化科学生产管理的需要。

本工程通讯网络以开放性、可靠性、灵活性、远期可扩展性为原则设计，满足自控系统覆盖地域广、传输数据量大、可靠性要求高及便于远期扩展的要求。

本工程视频安防监控系统以先进性、可靠性、经济性及可扩展性为原则设计，对重要区域进行宏观动态监视，满足流域运营管理和安全防范的需要。

3.2 设计内容

本工程主要包括初期雨水调蓄工程调蓄站自动化系统和水质水量监测管理系统、视频安防监控系统、线缆敷设及雷电防护与接地安全。其中，水质水量监测管理系统属于初期雨水治理工程配套排口截流井闸门电气控制及排口水质水量的在线监测设计。

3.3 设计构架

本工程自控系统设计以滨水公园调蓄站作为本次水环境综合治理工程的（二级）区域监控中心，负责采集本工程内调蓄站、现状西李郢排涝泵站、排口截流井启闭机及水质水量监测和视频监控等各类信息，系统主要包括：初期雨水调蓄站及现状西李郢排涝泵站自动化系统、排口水质水量监测管理系统及视频监控系统。通过滨水公园调蓄站区域监控中心平台的建设，使管理者全面掌控流域内机电设备、水质水量等重要节点的数据参数及关键区域画面的实时信息，实现对水体污染及突发事件等预警预报，为水质保障、应急响应、调度管理提供平台，实现流域智能管理（图2）。

4 智能视频巡检系统

调蓄池建成后无法观测池内情况，因而无法了解池内设备状况和环境参数。目前以目视观察法为主，需要在池板上开观察孔并安装有毒有害气体检测仪表，增加了操作人员的工作强度及危险性。为解决这一问题，考虑在调蓄池内设置智能视频巡检设备（图3），可以在顶板下进行机械巡检，不仅减少人员劳动强度而且保障管理人员人身安全，提供设备维护依据。

通过智能视频巡检设备，监控后台能实时采集并显示现场设备可见光图像;能够实时监视巡检设备自身状态，包括监视巡检设备的控制模式、当前位置、巡检轨迹、机内温度、巡检设备当前运动速度、当前云台的水平和垂直位置以及相机当前倍数、电池状态等信息;能够实时监视现场环境，包括设备现场的湿度、温度、有毒有害气体浓度等信息。每次巡视任务完毕后，对当次巡视的结果和过程中发现的问题，即各类报警信息，自动生成异常缺陷报表。异常报告具备设定时间内的巡视任务查询功能。

5 结束语

初期雨水污染日趋严重，不能直接排放，实践证明，在排水系统的末端设置初期雨水调蓄池是减少初期雨水污染物排放的有效手段，目前这一方式已经被运用到城市合流制及分流制排水系统中。因此建设初雨调蓄池来控制初期雨水污染并有效利用雨水资源，既保护了生态环境，又节约了水资源，对推进海绵城市建设、缓解城市排水系统压力、降低城市洪涝灾害发生、增加城市生态景观及发挥水资源综合效益都具有重大意义。

参考文献

[1] 张平，王涛，刘剑.浅谈调蓄池在天津市初期雨水污染治理中的应用[J].中国市政，2017（4）：57-59.

[2] 张显忠.合肥市老城区初期雨水污染现状与调蓄策略[J].中国给水排水，2012，28（22）：38-42.

[3] 陶颖彤.雨水调蓄池工程相关电气设计[J].现代建筑电气，2020（4）：40-43.

[4] 林生源.截污调蓄池站电气设计[J].四川水泥，2020（1）：91-90.

[5] 王肖军.初期雨水调蓄池在城市排水系统中的应用[J].中国给水排水，2013（1）：45-47.