固始縣引水調(diào)蓄工程電氣設(shè)計(jì)方案

□王卓然 □張亞輝 □張大鵬 □陳兆琦（河南省水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司）

0 引言

固始縣位于河南省東南部，豫皖兩省交界處，是河南省第一農(nóng)業(yè)大縣。截至目前固始縣境內(nèi)尚無大中型水庫，僅有小型水庫61座。由于灌區(qū)配套設(shè)施的滯后和老化，部分工程難以發(fā)揮效益，無法滿足實(shí)際灌溉需要，嚴(yán)重制約了糧食綜合生產(chǎn)能力的提高，只有水利工程進(jìn)行完善的改造與高質(zhì)量的建設(shè)，才能提高農(nóng)業(yè)抵御自然災(zāi)害的能力，使灌區(qū)群眾生產(chǎn)生活再上新臺階。固始縣引水調(diào)蓄水庫工程可利用灌河水資源，為鲇魚山灌區(qū)提供灌溉水源，擴(kuò)大灌溉面積，提高灌溉保證率。

1 電氣設(shè)計(jì)必要性

固始縣通過引水調(diào)蓄工程可提高此灌區(qū)灌溉保證率，改善灌區(qū)灌溉用水條件，既實(shí)現(xiàn)灌溉補(bǔ)水的目的，又能與固始縣生態(tài)環(huán)境規(guī)劃建設(shè)結(jié)合，既提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量，又避免了占用補(bǔ)水灌區(qū)大量寶貴耕地，使土地實(shí)現(xiàn)集約、高效利用。因此固始縣引水調(diào)蓄工程亟待開工建設(shè)，以期盡早發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)境效益。

經(jīng)濟(jì)、合理、實(shí)用的電氣設(shè)計(jì)方案是電氣自動化系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ)，是引水調(diào)蓄工程管理調(diào)度、調(diào)控水位、閘門啟閉、監(jiān)控監(jiān)測的信息上傳下達(dá)的前提與保障。固始縣引水調(diào)蓄工程供電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)范圍包括閘門供電系統(tǒng)、主壩供電系統(tǒng)、管理所供電系統(tǒng)和主壩照明系統(tǒng)等主要設(shè)計(jì)單元。

2 供電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)

2.1 供電電源引接系統(tǒng)

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況結(jié)合負(fù)荷容量、供電范圍、供電距離、電網(wǎng)條件以及國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)電壓等級等要求，通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較分析，將供電電壓等級確定為10kV。

因固始縣引水調(diào)蓄工程位于固始縣城西南向約5.30km的汪棚鎮(zhèn)與秀水街道交界處，距離供電負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，無法就近引接電源，根據(jù)相關(guān)資料及庫區(qū)建筑物布置以及現(xiàn)場調(diào)研、查勘，固始縣引水調(diào)蓄工程需新建一回約為5km的10kV架空線路作為此供電系統(tǒng)工程的供電電源。

2.2 電氣主接線系統(tǒng)

電氣主接線系統(tǒng)是水利工程電氣設(shè)計(jì)的主體，與電力系統(tǒng)、工程條件、供電的可靠性、經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，反映了供電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和性能，能夠直觀表達(dá)電能的輸送和分配關(guān)系、設(shè)備的運(yùn)行方式，是對電氣布置、設(shè)備選擇、繼電保護(hù)和控制的主題描述。

此次主接線系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采用高壓側(cè)采用線路～變壓器組接線方式、低壓側(cè)采用單母線供電方式。線路～變壓器組接線不設(shè)匯流母線。電氣主接線系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、使用設(shè)備少、配電裝置方便布置，占地少、投資少，施工工期短等特點(diǎn)。

2.3 管理所電氣設(shè)計(jì)

管理所主要負(fù)荷及負(fù)荷等級如下：大壩照明負(fù)荷約為30kW，負(fù)荷等級為三級負(fù)荷；管理所負(fù)荷約為40kW，負(fù)荷等級為三級負(fù)荷；另外閘門監(jiān)控系統(tǒng)用電負(fù)荷為5kW，負(fù)荷等級為二級。

為了減少工程占地面積，節(jié)約投資，在管理所附近設(shè)置一臺組合箱式變電站，特點(diǎn)是占用體積小、占地面積少、結(jié)構(gòu)緊湊、便于搬遷、現(xiàn)場安裝簡單、無需專人值守的組合箱式變電站，其型號為：ZBW-125/10，變壓器負(fù)荷容量為125kVA。電變壓器采用D，yn11接線組別的三相變壓器，具備限制高次諧波，利于單相接地短路故障切除及充分利用變壓器能力的特點(diǎn)。

為保證閘門監(jiān)控系統(tǒng)供電負(fù)荷的可靠性，經(jīng)過電氣計(jì)算，設(shè)置一臺80kW柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源，通過低壓電纜連接至管理處MNS低壓開關(guān)柜內(nèi)。

柴油發(fā)電機(jī)組連接在變壓器低壓側(cè)，柴油發(fā)電機(jī)與網(wǎng)電之間采取防誤并列措施，采用雙電源切換裝置，為二級用電負(fù)荷供電，且柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)有自啟動裝置，保證在市電斷電30s內(nèi)供電。

管理房以及重要生產(chǎn)場所選用阻燃型電纜，事故照明回路采用A級阻燃電纜，其他回路和正常照明回路采用C級阻燃電纜；直流電源、消防電源、消防設(shè)備及事故通道的電梯用的電纜，采用耐火電纜。

箱變內(nèi)低壓配電柜選用MNS型低壓抽出式開關(guān)柜2面，管理所配備MNS低壓開關(guān)柜一面。按照相關(guān)規(guī)范規(guī)程要求，低壓開關(guān)柜的外殼防護(hù)等級需滿足環(huán)境條件的要求。當(dāng)環(huán)境溫度高于+40℃時，開關(guān)柜內(nèi)的電器應(yīng)降容使用。

2.4 主壩建筑物電氣設(shè)計(jì)

主壩建筑物供電負(fù)荷主要包括對閘門啟閉機(jī)的開閉控制，監(jiān)測、監(jiān)控、建筑物內(nèi)照明及其他用電，主壩建筑物主要負(fù)荷有：輸水洞進(jìn)口攔污柵1臺（3.70kW）；輸水洞檢修閘門1臺（7.50kW）；閘室內(nèi)、外照明等，負(fù)荷約為10kW。

主壩建筑物供電電源取自管理所組合箱式變電站，在主壩內(nèi)配備低壓配電柜1面，可編程控制器PLC兩面。系統(tǒng)設(shè)現(xiàn)地控制、遠(yuǎn)方控制兩層，啟閉機(jī)控制系統(tǒng)采用可編程控制器PLC為主體，配套外圍部件來完成對閘門的控制任務(wù)。

2.5 壩頂照明

壩頂路和工程管理處路徑長約1000m，需要沿途布置照明設(shè)施，在本設(shè)計(jì)中沿途設(shè)置雙臂高壓鈉燈40套，單燈功率為2×250W。照明燈桿安裝在大壩防浪墻內(nèi)，電源接自管理處箱式變電站內(nèi)的照明配電箱。照明配電采用放射式和樹干式結(jié)合的系統(tǒng)。三相配電干線的各相負(fù)荷平衡分配，在設(shè)計(jì)中要求最大相負(fù)荷不大于三相負(fù)荷平均值的115%，最小相負(fù)荷不小于三相負(fù)荷平均值的85%。

2.6 防雷接地

根據(jù)《電力設(shè)備過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》及《電力設(shè)備接地設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，在箱式變電站設(shè)獨(dú)立式避雷針或避雷帶，在電源進(jìn)線側(cè)裝設(shè)避雷器，并在閘室屋頂設(shè)置避雷帶。

直擊雷過電壓保護(hù)可采用避雷針、避雷線或避雷帶。避雷針（線）的裝設(shè)位置，應(yīng)根據(jù)電氣設(shè)備防反擊過電壓要求、土壤電阻率、設(shè)備、道路和出入口等布置情況確定，并設(shè)獨(dú)立的集中接地裝置。

組合箱式變電站、柴油發(fā)電機(jī)組、低壓配電柜等均以接地線與自然接地網(wǎng)和人工接地網(wǎng)可靠連接。其他電子設(shè)備均保護(hù)接地，與防雷接地系統(tǒng)共用接地體。接地電阻≤1Ω，若不滿足要求，需另增打接地體直至滿足要求。

大壩防汛照明燈桿、燈具均應(yīng)通過接地線和接地網(wǎng)可靠連接。為保證安全可靠，各工程充分利用金屬構(gòu)件及混凝土內(nèi)鋼筋等自然接地體。

3 供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

節(jié)能要求是我國發(fā)展經(jīng)濟(jì)的一項(xiàng)長遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針。供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的原則為：根據(jù)負(fù)荷容量，供電距離及分布，用電設(shè)備特點(diǎn)等因素合理設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)，做到系統(tǒng)盡量簡單可靠，操作方便。變配電所應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心，以縮短配電半徑減少線路損耗。合理選擇變壓器的容量和臺數(shù)，以適應(yīng)由于季節(jié)性造成的負(fù)荷變化時能夠靈活投切變壓器，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行減少由于輕載運(yùn)行造成的不必要電能損耗。

柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)滿足歐II標(biāo)準(zhǔn)，低燃油消耗、噪聲低、體積小、重量輕的節(jié)能環(huán)保要求。

在低壓電纜綜合布線中，由于配電線路中有電阻存在，在電流通過時就會產(chǎn)生功率損耗，線路電阻在通過電流時，線路長度越長則電阻值越大，造成的電能損耗就越大，在本設(shè)計(jì)中通過選用電阻率ρ較小的銅芯導(dǎo)線來減少電阻值；在設(shè)計(jì)中盡可能減少導(dǎo)線長度；將管理處布置在盡可能地靠近負(fù)荷中心的位置，以減少供電半徑；通過增大導(dǎo)線截面積，對于較長的線路，在滿足載流量、熱穩(wěn)定，保護(hù)配合及電壓降要求的前提下，在選定線截面時加大一級線截面，這樣雖然增加了線路費(fèi)用，隨著運(yùn)用時間的推移，通過節(jié)約能耗而減少了年運(yùn)行費(fèi)用。

通過以上節(jié)能措施設(shè)計(jì)，可起到節(jié)約提高能源利用效率，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)向節(jié)能型發(fā)展的作用。

4 結(jié)論

固始縣引水調(diào)蓄工程電氣設(shè)計(jì)依據(jù)用電負(fù)荷的等級，保證在各種運(yùn)行方式下連續(xù)、可靠，以及滿足國家規(guī)定的電壓、頻率、功率因數(shù)等電能質(zhì)量要求，兼顧在運(yùn)行操作過程中工作人員和設(shè)備的安全以及能在安全條件下進(jìn)行維護(hù)檢修工作等要求。為惠澤萬眾、浸潤一方的引水調(diào)蓄工程的決策調(diào)度、平穩(wěn)運(yùn)行保駕護(hù)航。