洼地治理工程沿颍洼地两河口泵站电气设计浅析

刘 琛

（安徽省阜阳市水利规划设计院有限公司，安徽 阜阳 236000）

1 工程概况

两河口电力排灌站位于颍泉区闻集镇两河口村境内，沙颍河右岸。两河口站建于1967 年，总装机1820kW，安装32SH-19 型水泵配JSQ157-7-10 型电机7 台套。

该站因建设年代久远，各类设施设备陈旧老化，装置效率降低，经鉴定其安全类别为四类，需拆除重建。规划参数发生较大变化，原泵型已不能适应，此次重建工程机电设备全部更新。该站净扬程0～9.50m，灌溉流量7.2m3/s，排涝流量18.5m3/s，据本站流量扬程特点，适合选用的泵型为立式轴流泵或混流泵。泵站灌溉、排涝流量和扬程相差较大，排灌机组分开选型。选用5 台1200ZDB-100 型潜水轴流泵。灌溉机组选择3 台900ZDB-50 型潜水轴流泵。均选用额定功率为315kW、额定电压10000V、极数为12 极的异步电动机作为本站主电机。

2 泵站电气设计

2.1 供电方式

两河口站为重建工程，主要用途为所辖灌溉区域提供农田排涝和灌溉，根据《供配电系统设计规范》(GB50052-2009)，该站供电负荷等级为三级。供电电源为现有35kV 输电线路，此次工程拟对管理范围内的架空线路进行维修，维修线路长度约为1.5km。

2.2 电气主接线

泵站设8 台潜水轴流泵，其中排涝机组5台，配套高压潜水异步电机型号为YQGN850-12-315kW，单机容量为315kW，额定电压10kV，额定功率因数0.76，电机效率为92.5%；灌溉机组另设3 台潜水轴流泵，配套高压潜水异步电机型号为YQGN850-12-315kW，与排涝机组相同；另有泵站室内外照明负荷、站用辅助设备负荷、中控室用电、管理所用电等。

排涝最大运行方式为5 台机组同时运行，灌溉工况3 台机组运行。泵站高、低压设备用电计算负荷大约3449.6kVA，其中35kV 总计算负荷约3360kVA，0.4kV 总计算负荷约89.6kVA（折算到35kV 侧）。

电气主接线的接线确定应是综合考虑系统状况、建设规模、接入系统设计等因素；电气主接线应满足电力系统的稳定、可靠性的要求以及电力系统对泵站水泵运行方式的要求，同时应满足供电可靠、运行灵活、检修方便、接线简单、便于实现自动化和分期过渡、经济合理等要求。

泵站配电侧的电气主接线方式主要有单母线接线和单母线分段接线两种。相对于单母线分段接线，单母线接线更为简单、设备相对较少、投资较低，但是可靠性与灵活性不如分段方式接线。水泵台数装设较少的泵站一般采用单母线接线；对于水泵台数较多的泵站，主接线均采用单母线分段接线的接线方式，为了避免某一个馈电环节发生电气故障时切换不及时，影响整个配电系统造成整个泵站停电，单母线接线难以满足可靠性的要求，为了降低这种故障的风险，需采用单母线分段接线的电气主接线方式。

结合该站运行方式特点，本着满足运行需要和节省投资，降低运行费用等原则对本站电气主接线拟定了两个可行方案进行比选，见表1。

表1 两河口站主接线方案比较表

方案一：设一台主变，容量为5000kVA，带8 台机运行，10kV 机压侧采用单母线接线，35kV 侧为线路—变压器组单元接线，主变高、机压侧均设断路器。

方案二：设二台主变，容量分别为2500kVA，各带4 台机运行，10kV 机压侧分两段单母线，每段单母线分别由4 台电动机和1 台主变压器组成，35kV 侧为变压器—线路组单元接线，主变高、低压侧均设断路器。

经两个方案比较：虽然方案二较方案一变配电设备及投资多，但主变、母线检修或故障时，部分机组仍能运行，可靠性和灵活性高，便于调度运行，同时在灌溉运行和排涝机组未满负荷运行情况下主变损耗小。

综上所述，该阶段推荐方案二为本站电气主接线方案。

2.3 主要电气设备选择

2.3.1 主变压器选择

单台电动机（水泵轴功率为267.5kW）视在容量为410.2kVA，5 台机运行容量为2051.5kVA，再加上站用电容量约89.6kVA，计算所需主变压器的容量为2140.6kVA。选用容量为2500kVA 的2 台S22-2500/35±2×2.5%/10.5 型变压器。

2.3.2 其他电气设备选择

为保证所选的电气设备运行安全、可靠，除按正常工作状况下所在回路的最高工作电压和最大工作电流来进行选择外，还按最大运行方式下最不利的短路情况，对电气设备动稳定和热稳定进行校验，以保证电气设备在短路情况下，不致受到破坏，并能安全切断电流，避免短路故障事态的扩大。经选择和校验，35kV 侧KYN61-40.5 型中置金属铠装式高压开关柜，柜内选配LVB-40.5 型真空断路器，LZZBJ9-35Q 型电流互感器。10kV 侧选用KYN28A-12 型中置金属铠装式高压开关柜，柜内选配LVB-12 型真空断路器，LZZBJ9-10Q 型电流互感器；0.4kV 选用MNS 抽屉式低压配电屏，屏内选配TS 型空气开关，SDH-0.66 型电流互感器。

2.4 电动机起动和无功补偿方式

2.4.1 电动机起动

为降低电动机起动造成电网电压波动，减少变压器容量，机组采用高压软启动方式。

同时对起动力矩进行了校核，当水泵静阻力矩为额定力矩的30%，电机起动转矩倍数为1.1 时，起动电压仅需额定电压的54%，起动力矩足以克服静阻力矩，机组起动时间和主电动机热稳定均符合校验。

2.4.2 无功补偿方式

由于本站电动机的功率因数为0.76，根据《泵站设计标准》（GB50265）第10.4.2 规定对本站进行无功补偿，采用母线分段集中补偿方式。10kV 母线每段补偿容量为750kVar，将功率因数补偿到0.9 以上。

2.5 站用电系统

站用变压器容量的选择是按以下两种可能出现的最大站用负荷运行方式来考虑。（1）全部机组运行；（2）一台机组检修，其余机组运行。选容量为160kVA 的站变1 台,其型号为：SC(B)18-160/1010±5%/0.4kV，站变接自10kV 机压母线。

考虑到本站不运行时检修用电，另选用一台SC(B)18-160/35 型站用变压器。从35kV 母线引接电源。站变低压侧通过MNS 低压配电屏向供水泵、闸门启闭机、机修及照明等站用电负荷供电。同时考虑重要负荷及消防需要设置一台91kW 柴油发电机组作为应急电源。

2.6 电气设备布置

厂房内安装5 台机组，作一列布置，在出水侧布置有机机组就地控制箱。室内35kV 变电所位于厂房右侧，共分两层，布置在泵站主厂房一侧的副厂房内，一层设有35kV 配电室、10kV 配电室、电容器室、变压器室、工具间等；二层设置直流电源及LCU 室、中控室和其他辅助性房间。

2.7 继电保护及安全自动装置

根据《泵站设计标准》（GB50265）及《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB/T50062）有关条款的规定，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。具体配置如下：

2.7.1 主变压器保护

纵联差动保护：作为主变内部及其引出线故障的主保护，保护瞬时动作于跳开主变高、低压侧断路器，并发出事故信号。

瓦斯保护：作为主变内部故障的主保护，分为重瓦斯和轻瓦斯保护。其中重瓦斯保护瞬时动作于跳开主变两侧断路器，并发出事故信号；轻瓦斯保护延时动作于发出故障信号。

过电流保护：用于防止外部相间短路引起过电流(兼作主变内部短路的后备保护)；保护带时限动作于跳闸。

过负荷保护：用于防止主变因过载而引起的过电流；保护延时动作于发出故障信号。

温度升高保护：用以防止主变温度升高。保护延时动作于发出故障信号或跳闸。

2.7.2 电动机电压母线（10kV 母线）保护

带时限电流速断保护：作为母线短路故障的主保护，保护带延时动作断开母线进线开关。

低电压保护：保护延时动作于断开母线进线开关。

绝缘监视：当母线发生单相接地时，保护动作于发出故障信号。

2.7.3 异步电动机保护

电流速断保护：作为定子绕组（包括电动机引出电缆）相间短路的主保护；保护瞬时动作于跳开电动机断路器。

过负荷保护：用于防止电动机或水泵因卡、缠所引起的过负荷；保护延时动作于发出故障信号。

低电压保护：用于防止由于电网电压大幅度下降或消失所引起的电动机过电流和不稳定运行。保护延时动作于跳开电动机断路器。

温度保护：轴承、线圈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。

单相接地保护：根据计算结果，本站电动机回路处发生单相接地短路时，其单相接地短路电流小于5A，故可不设单相接地保护。

绝缘电阻监测保护：电机配套专用监测保护装置对潜水电机的轴承、绕组超温，电机、油室和接线盒进水，电机静态和动态电阻等进行监测保护。

2.7.4 35kV 站用变压器的保护

电流速断保护：作为站变内部及其引出线故障的主保护，保护瞬时动作于跳开站变高压侧断路器，并发出事故信号。

过电流保护：用于防止外部相间短路引起过电流(兼作主变内部短路的后备保护)；保护带时限动作于跳闸。

过负荷保护：用于防止主变因过载而引起的过电流；保护延时动作于发出故障信号。

温度升高保护：用以防止主变温度升高。保护延时动作于发出故障信号或跳闸。

2.7.5 10kV 站用变压器的保护

电流速断保护：作为站变内部及其引出线故障的主保护，保护瞬时动作于跳开站变高压侧断路器，并发出事故信号。

过电流保护：用于防止外部相间短路引起过电流(兼作主变内部短路的后备保护)；保护带时限动作于跳闸。

过负荷保护：用于防止主变因过载而引起的过电流；保护延时动作于发出故障信号。

温度升高保护：用以防止主变温度升高。保护延时动作于发出故障信号或跳闸。

3 结论

不同的泵站对供配电的要求不同，在泵站的供配电设计时应首先考虑供电电源和电气主接线，是泵站电气设计的关键部位，直接决定了泵站电气的建设投资和运行成本，在设计的前期统筹考虑，根据泵站对供电可靠性的要求，合理地确定供电电源的回路数、供电电压、供电距离，以及可靠、灵活、经济的电气主接线方案。两河口泵站为减少发生风险和出现故障的频率，选择单母线分段接线为电气主接线形式，同时在泵站日常运行时可以根据不同的运行工况投入主变台数，以降低主变损耗，满足泵站运行管理单位需求■