某水廠電氣設計

李 煒 管利君

(1.太原供水設計研究院有限公司，山西 太原 030001;2.山西潞安集團常村煤礦，山西 長治 046000)

某水廠電氣設計

李 煒1管利君2

(1.太原供水設計研究院有限公司，山西 太原 030001;2.山西潞安集團常村煤礦，山西 長治 046000)

以某新建水廠工程為例，從水廠的供電電源、變壓器容量選擇、變電站設置及設備選型等方面入手，介紹了該水廠工程的電氣設計方法，并提出了防雷與接地措施，有利于城市工業生產的持續供電。

水廠，配電室，變壓器，配電系統

1 概述

本工程為新建水廠工程，主要建筑物有混合反應沉淀池、V型濾池、加氯加藥間、送水泵房等；輔助生產建筑物包括機修間、倉庫、綜合樓。

2 供電電源

本工程屬城市工業與民用供水工程，設計規模為3萬m3/d。若中斷供電，將給城市工業生產造成嚴重影響，在社會和諧及城市開放、科學發展日新月異的今天，更不容許忽視給水工程用電性質的重要性。為保證水廠連續、可靠地運行，該供水工程電源等級為二級負荷。按照雙電源供電設計，并滿足規范對二級負荷對雙電源的要求。本工程擬從山陰110 kV變電站引一路10 kV電源作為主電源，線路長度12 km。從山泥線T接一路10 kV電源作為備用電源，線路長度為1.5 km。電源電纜采用架空線引至水廠外終端桿，后經電纜直埋引至10 kV進線柜。

3 變壓器容量選擇及負荷計算

在負荷計算時，主要機械設備(如泵類負荷)應由工藝提供資料，根據Q—H查出對應的軸功率。其余輔助設備負荷采用需要系數法計算。辦公用電負荷采用用電指標法進行計算，如表1所示。

由表1可知計算有功功率為1 311 kW，計算視在功率為1 603 kVA，無功補償后視在功率為1 394 kVA，根據計算負荷容量并考慮到本工程用電負荷性質，擬設兩臺1 000 kVA～10/0.4 kV變壓器，兩臺變壓器同時工作(每臺變壓器負荷率69.7%)，各承擔水廠負荷的50%運行。當一臺變壓器進線停電或故障，自動切除一些不重要的負荷，以保證另一臺變壓器提供全部二級負荷的供電要求。另不采暖期間節約運行費用，可以采用單臺變壓器運行。

4 變配電系統及變配電間

本工程擬在用電負荷較集中的送水泵房一側貼建一座10 kV變電站,作為全廠供配電中心，站內設10 kV配電裝置、電力變壓器、低壓配電裝置。送水泵房變電室間為整個水廠的低壓配電中心，該系統除控制送水泵房工藝用電設備外，還向混合反應沉淀池、V型濾池、加氯加藥間等生產構筑物及輔助構筑物供電。

10 kV配電系統采用單母線分段接線，中間設母聯開關，兩路進線開關與母聯開關設電氣及機械互鎖。正常運行時母聯合閘，備用電源側受總斷開，主電源分別帶兩臺變壓器工作。兩路電源均能帶100%負荷運行。進線及饋電均采用真空斷路器控制。

低壓側接成單母線分段，設母聯開關，分段運行。

送水泵房變配電間作為水廠中心配電室，另外在V型濾池、加氯加藥間、鍋爐房設二級配電室。

V型濾池設置的二級配電室采用雙電源供電，兩路電源一用一備，電源電纜分別引自中心配電室的兩段母線，二級配電室受總設置雙電源互投裝置，能夠手動或自動切換電源。V型濾池二級配電室除對濾站的工藝用電設備進行配電控制外，還向混合反應沉淀池等戶外工藝設備提供電源及控制。

表1 負荷計算表

加氯加藥間內設置的二級配電室兩路低壓電源供電，電源電纜分別引自中心配電室的兩段母線，兩路電源一用一備，其受總處設置雙電源互投裝置，能夠手動或自動切換電源。

在鍋爐房設置二級配電室，主要考慮鍋爐房總負荷較大，低壓供電較困難。采用雙電源供電，兩路電源各帶一半鍋爐負荷運行。兩路電源電纜分別引自中心配電室的兩段不同母線。

5 保護與計量

5.1 保護

10 kV受電回路設延時電流速斷、過流、零序保護、動作時限與上級變電站及下級饋線電流保護相配合。

10 kV系統的采用微機綜保裝置，所有控制、保護、測量、報警等信號均在間隔的就地單元獨立完成，并將工作信號、故障信號傳送到控制室綜保后臺系統，以實現10 kV配電系統的集中監控和打印報表。

5.2 計量

10 kV高壓配電室內兩路進線兩側各設置專用計量柜，計量方式：高供高計。

6 無功補償

本工程計算有功功率為1 311 kW，計算視在功率1 603 kVA，自然功率因數約為0.82。擬在變電站0.4 kV側裝設靜電電容器，對低壓負荷進行集中無功自動補償。補償后全廠功率因數0.94以上。

7 主要設備和主要元器件選型

高壓開關柜選用鎧裝式金屬封閉抽出式(中置)開關柜。本產品具有技術先進、可靠性高、使用維護方便等特點，并具有完善的五防措施，確保人身和設備安全。

10 kV斷路器采用開關和彈簧儲能操作機構一體的真空斷路器，具有操作次數高、開斷短路電流次數多、分合閘時間短、體積小、集成度高、故障率低等諸多特點。

高壓配電系統的繼電保護裝置采用集各種保護功能于一體的微機型綜合保護裝置，該裝置能夠極大地提高保護系統的可靠性和選擇性，消除傳統的繼電保護裝置元件過多、接線繁瑣、故障率高、保護功能不完善且修改不靈活、保護整定復雜等諸多缺點。

直流電源裝置作為10 kV系統的操作和保護電源是非常重要的設備，它直接關系到10 kV系統正常運行和當系統出現故障時的可靠動作。擬選用鉛酸免維護蓄電池直流電源屏，充電機采用模塊化高頻開關電源充電機，N+1備份配置；電池采用德國陽光電池，電池容量65 Ah。直流輸出配電回路開關采用ABB公司S250型微型斷路器。

變壓器選用國產SCB11-1000/10/0.4 kV環氧澆筑干式電力變壓器。干式變壓器具有損耗低、局部放電量低，噪聲小、散熱能力強等特點。由于干式變壓器屬于免維護型產品，這樣大大提高了供電系統的可靠性。變壓器配繞組和外殼測溫裝置和強迫通風機，并將4 mA～20 mA溫度信號傳送到計算機系統。

低壓開關柜采用MNS(或Blokset)型抽出式配電柜。柜內低壓元器件選用可靠性高的產品，例如：施耐德、ABB、默勒或等同。

照明配電系統自動開關采用ABB施耐德或同檔次微型斷路器。

變頻器作為電動機的調速設備是非常重要的設備。擬選用水行業風機、水泵類設備專用的變頻器，該類變頻器除具有良好的調速特性和啟動特性外，還具有電動機的各種保護及內置的濾波裝置。變頻器采用柜內安裝，操作及設定面板安裝在柜門上，柜體防護等級不低于IP3X。變頻柜安裝強迫通風裝置，確保變頻器的正常運行。

戶外安裝的配電箱、控制箱、操作箱、接線箱選用不銹鋼箱體，配置進出電纜密封附件，防護等級不低于IP55。箱上安裝的按鈕、轉換開關、信號燈選用國內知名廠家生產的高防護等級產品。

8 防雷與接地

根據地理位置、氣象條件、雷電參數以及當地的實際情況及GB 50057—2010建筑物防雷設計規范相關規定，本工程加氯加藥間、變配電間按二類建筑物防雷設計，其余建筑物按三類建筑物防雷設計。

接地采用TN-S系統，整個系統N與PE線是分開的。

[1] 戴瑜興，黃鐵兵.建筑電氣設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社,1991：20-21.

[2] 王江榮，蘇 新.給排水設計手冊——電氣與自控[M].北京：中國建筑工業出版社,2002：2-6.

Electrical design of the water plant

Li Wei1Guan Lijun2

(1.TaiyuanWaterSupplyDesignAcademyCo.,Ltd,Taiyuan030001,China;2.ShanxiLu’anGroupChangVillageMine,Changzhi046000,China)

Taking the new water plant engineering as an example,starting from aspects of its water supply source,transformer volume selection,substation setting and equipment selection,the paper introduces the electrical design methods of the water plant engineering,and put forward its lighting protection and grounding measures,which will be good for sustainable power supply of urban industrial production.

water plant,switch-house,transformer,power distribution system

2015-10-12

李 煒(1981- )，男，工程師；管利君(1983- )，女，工程師

1009-6825(2015)36-0131-03

TM921.02 < class="emphasis_bold">文獻標識碼：A

A