中部城市引松供水工程鵝頭嶺泵站電氣部分優化設計經驗總結

摘 要：設計人員應注重優化設計方案，電氣專業在確定主接線時必須進行充分論證。對分期過渡工程注意永、臨結合問題。

關鍵詞：優化設計 直配線防雷 投資 工期

中圖分類號：TU991 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（b）-0096-01

鵝頭嶺泵站為中部城市引松供水工程中的一個支線工程，是我省六個重點水利項目工程之一。該泵站裝機800kW機組兩臺，一臺工作，一臺備用，系統供電電源電壓為10 kV。

在此工程設計中，我們十分重視對設計方案的優化問題，認真貫徹執行目前國家積極倡導的“節能減排”的文件精神。立足為業主提供一個技術先進、性能可靠、運行穩定、經濟指標優越的工程。此工程的設計，我們主要解決了兩個關鍵問題：一是優化電氣主接線，取消泵站降壓變電站，采用直配線供電方案。二是對泵站裝機的臨時方案過渡到永久方案進行優化設計。

1 優化電氣主接線，取消降壓變電站，采用直配線供電

電力系統對本泵站的供電電壓等級為10 kV。如果泵站電動機機端電壓采用6 kV，那么與之配套的設計方案就是需要將10 kV電壓降到6 kV，即該泵站必須設有變電站，設置降壓變壓器及變壓器高、低壓側相應的斷路器、隔離開關及電流互感器、電壓互感器以及相應的二次控制保護設備。

此方案特點有幾下幾點。

優點。

（1）因泵站設有主變壓器防雷要求相對簡單。

缺點。

（1）泵站電機機端電壓與系統供電電源電壓等級接近，設置變電站合理性差。

（2）高壓開關柜及二次控制保護屏的數量明顯增多，使控制保護系統變得復雜，設備投資加大，操作、維護復雜，同時也降低了系統運行的可靠性。

（3）增加了土建占地面積。

（4）加大了現場運行維護人員的工作量。

（5）由于采用了主變壓器電能損耗大幅增加。

（6）設備投資顯著增高。

針對上述特點，我們在確定機端電壓時結合進線電壓等級進行了充分論證。800 kW機組采用10 kV電壓等級比采用6 kV電壓等級每臺價格高出3萬元左右，可見機組價格差異較小。具體方案比較為：采用10 kV直配線供電方案，可節省一臺2000 kVA有載調壓主變壓器；減少一回主變高壓側10 kV間隔及一回主變低壓側6 kV間隔；由于取消了主變壓器則不需在戶外設變電站，節省了占地面積；6 kV和10 kV高壓開關柜數量和二次控制保護盤的數量將明顯減少，縮小了廠房尺寸；電纜可節省三分之一；由于取消了主變壓器使二次控制保護方案大為簡化，泵站運行的可靠性和靈活性將明顯提高；運行、維護操作程序變得簡單；維護工作量減小很多。

由于目前金屬的大幅度漲價，變壓器和電纜漲幅幾乎翻倍。僅電纜一項就可節省原投資的三分之一左右。取消了主變壓器使每年節省的變壓器損耗資金達22萬元。減少變損是目前國家強力推廣的“節能減排”的要求。經過詳細的技術經濟比較，采用直配線供電方案后，整個工程僅電氣部分投資就可節省140萬元（有載調壓變壓器30萬元，10 kV間隔20萬元，6 kV間隔18萬元，電力電纜和控制電纜部分50萬元，電能損耗22萬元），這里尚不包含土建部分投資、安裝費及年運行費用等；同時每年運行人員維護工作量都將大大降低；隨著主變壓器及其對應的一、二次設備以及相應的控制保護設備的減少，使系統的運行操作更為安全、靈活、方便，設備故障的機遇將會明顯降低，有效的提高了泵站運行的可靠性及靈活性。可見機端電壓采用10 kV方案技術合理，經濟指標明顯優越于6 kV方案。

2 采用直配線供電方案后對于泵站防雷的優化設計

采用直配線供電方案隨之而來為設計部門帶來了比較棘手的就是直配線的防雷問題。

按照規范規定：1500 kW及以下電機防止直擊雷保護需在電動機中性點上裝設閥式避雷器；在機端母線的每一相上裝設一組避雷器及0.25～0.5微法的電容；在直配線進線端設兩組避雷器，同時要求第一組避雷器距機端母線電纜長度為30～50 m，第二組避雷器距第一組避雷器距離為50～100 m。

由于該工程征地困難，致使進線段必須采用電力電纜暗敷于地下，長度達到920 m，嚴重超出了規范規定的防雷保護段電纜長度要求。因為進線段帶金屬外皮的電纜具有限制雷電流峰值及分流的作用。但電纜的長度又不能太長，否則雷電流波頭在電纜中反復疊加，如不能正常泄放，最終可能會導致電纜絕緣擊穿，引發電氣事故。

針對這一情況我們進行了大量的調研工作，向防雷專家咨詢，并多次到現場進行實地考察，但當時現場已按電力主管部門的意見提前將10 kV進線段電纜敷設完畢，且每段電纜間距按230 m遠設一個接線箱。這就造成了我們已經確定的設計方案無法實施，經過反復論證我們提出了在每段電纜連接線箱內設一組氧化鋅避雷器，其他參數經詳細計算后確認滿足要求，從而有效的解決了該泵站直配線的防雷問題。

3 對裝機容量由臨時方案過渡到永久方案的優化設計

在工程設計接近尾聲時，業主根據用戶急需用水的要求，提出將800 kW機組換成400 kW臨時機組，且要求提前3個月時間投入運行，運行2個月時間后再將小機組拆除，裝上800 kW機組。這是一個比較復雜的問題。如果大、小機組采用兩套裝置，不但浪費資金，更主要的是有些設備生產廠家再重新進行加工制造在時間上根本來不及，我們必須從現有已經訂貨的設備上做文章，使其即滿足臨時機組運行方案又能滿足永久性方案的要求。對此我們做了大量工作，對每個設備都逐一進行了重新的復核及校驗工作，保證了設計方案在大、小機組兩種運行工況下均可采用同一套電器設備。這樣，即節省了設備投資，同時又避免了更換設備所需的時間、縮短了施工、安裝、調試的周期。使得工程得以提前完成。

4 設計體會及經驗總結

該工程投入運行已三年，實踐證明，采用的直配線供電方案和對裝機容量由臨時方案過渡到永久方案進行的優化設計，是十分正確和合理的，現場運行安全、可靠，操作方便，維護簡單。

通過優化設計方案，為業主節省了很大一筆投資，大大縮短了施工安裝工期，減少了運行維護人員的工作量，每年都將為業主節省電費22萬元左右。三年來，泵站運行狀況良好，發揮了巨大的經濟效益，業主對此十分滿意。

通過這一工程設計，我們深深感到：設計部門在設計過程中必須時刻為業主著想，注重優化設計方案，這一點至關重要，因為一個好的設計成果不但會保證工程安全可靠的運行、為業主節省大量投資、縮短施工工期、使工程早日發揮其經濟效益，同時對于推進科學技術進步、促進專業技術水平的發展都將有著重要而深遠的意義。