南水北調東線一期棲霞配套工程電氣一次設計特點簡介

嚴蕾，鞏強

（山東省水利勘測設計院，山東250013）

南水北調東線一期棲霞配套工程電氣一次設計特點簡介

嚴蕾，鞏強

（山東省水利勘測設計院，山東250013）

本文針對南水北調東線棲霞配套工程特點，對工程主接線方案進行比較，并對高壓電機軟啟動器和無功補償等設計內容進行介紹。

南水北調東線；高壓直配；高壓固態軟啟動器；無功現地補償

南水北調東線一期工程將于2013年全面實現通水目標，棲霞市是南水北調工程的受水區之一，根據南水北調東線一期工程水量分配指標，棲霞市年分配水量為500萬m3.為了利用南水北調水，棲霞市必須配套必備的引水工程。

南水北調東線一期工程棲霞市續建配套工程是以解決棲霞市城鎮生活用水和工業用水為主要目的興建的調水工程。該工程利用現有庵里水庫和黃燕底水庫調蓄，從膠東調水干線豐粟分水口開始由后鋪一級泵站輸送至庵里水庫；再由庵里二級泵站通過管道輸送到黃巖底水庫，供水管道出黃燕底水庫進入蛇窩泊水廠。

1 工程建設規模

（1）后鋪泵站：設計流量0.64 m3/s，設計揚程69.51 m.

（2）庵里泵站：設計流量0.30 m3/s，設計揚程177.60 m.

（3）豐粟分水口至庵里水庫之間的供水規模，按照南水北調來水規模確定，即0.64m3/s；

（4）庵里水庫至黃燕底水庫之間的調水規模，按照興利調算的月最大供水量確定，即0.30 m3/s；

（5）黃燕底水庫至蛇窩泊水廠之間的調水規模，按照水廠的供水規模確定，即0.27萬m3/d.

棲霞市南水北調配套工程主要建設內容有：后鋪泵站工程、庵里泵站工程及供水管道工程。

2 負荷等級及供電電源

棲霞市南水北調配套工程以調水功能為主，兼備供水功能，水泵機組年運行時間長，根據《供配電系統設計規范》的相關規定，后鋪及庵里泵站工程負荷等級均為二級負荷。泵站設置專用變電所，采用雙電源供電，后鋪泵站主、備電源都從110 kV松山變電站10 kV不同母線引接，庵里泵站主、備電源都從110 kV棲城變電站10 kV不同母線引接。

3 電氣主接線

后鋪泵站采用SD250-480A型臥式雙吸離心泵4臺，其中備用1臺，水泵葉輪直徑460 mm，轉速1 450 r/min，配套電動機型號Y355M2-4，功率280kW，電壓380V，泵站總裝機容量1120 kW；庵里泵站選用D650-60×4（P）平衡型多級離心泵2臺，其中備用1臺，水泵設計流量0.18 m3/s，設計揚程200 m，效率78%，必須汽蝕余量5.7 m，配套電動機型號Y4506-4，功率630 kW，電壓10 kV，泵站總裝機容量1 260 kW.

根據供電電源及本泵站總裝機容量、臺數及電源的進線回路數及泵站運行的特點，對兩個泵站的電氣主接線進行如下初步比較：

方案一：35 kV電源雙回路進線，設兩臺主變和一臺10 kV站用變，其中后鋪泵站二臺主變為1 250 kVA，庵里泵站二臺主變為1 000 kVA，變比均為35/10 kV.各設一臺站用變為50 kVA，變比為35/0.4 kV. 35 KV為單母線隔離分段接線，10 kV母線為單母線分段接線。

方案二：35 kV電源雙回路進線，設兩臺主變和一臺35 kV站用變，其中后鋪泵站二臺主變為1 250 kVA，庵里泵站二臺主變為1 000 kVA，變比均為35/ 10 kV.各設一臺站用變為50 kVA，變比為35/0.4 kV. 35 kV側為單母線斷路器分段接線，10 kV側為單母線分段接線。

方案三：10 kV電源雙回路進線，采用直配方式，不設主變，只設10 kV站用變一臺，為50 kVA，變比為10/0.4 kV.10 kV側為單母線不分段接線。

接線型式見圖1。

圖1 泵站方案圖

比較上述三個方案：

方案一具有運行可靠、操作維護方便，當一段母線故障時，不影響另一段母線正常工作等優點。與方案三相比增加變壓器及相應高低壓配電設備，與方案二相比減少一組斷路器，設備投資適中。

方案二具有具有運行靈活可靠，維護方便，當一段母線故障時，不影響另一段母線正常工作等優點。與方案一相比增加一組斷路器，與方案三相比增加變壓器及相應的高低壓配電設備，設備投資最高，控制保護復雜。

方案三具有接線簡單，維護方便等優點，可靠性、靈活性差，設備投資最少，缺點是當母線故障時，將造成全泵站停機，但是考慮到是從110 kV的變電所引接電源，可靠性高并且電源距離泵站較近，中間較少有其他負荷接入，采用直配方式，最大的優點是設備投資少，也同時減少了很多故障點。

經綜合比較，擬推薦方案三，即10 kV側為單母線直配方案。

為了提高靈活性、可靠性，縮小故障范圍，10 kV側接線形式經比較也采用單母線不分段接線，泵站內異步電動機及1臺10 kV站用變分別從母線引接。

4 機組啟動方式

對于大中型泵站工程，電動機啟動方式根據供電系統的情況、電機型式、電機容量等進行計算分析確定。

后鋪及庵里泵站為10 kV異步電機，容量分別為280 kW及630 kW，后鋪泵站距離松山變電站3.5 km，距10 kV線路800 m；庵里泵站距離棲城變電站4.5 km，距10 kV線路300 m.經過最大及最小運行方式下短路及啟動計算，確定兩個泵站采用高壓固態軟啟動方式。

高壓固態軟啟動器由旁路真空接觸器、可控硅高壓組件、RC吸收電路、觸發電路等組成。采用晶閘管作為主要元器件，是通過微處理器CPU對主回路晶閘管的導通角進行控制來實現的，平滑的增加電機轉矩來啟動電機，并且在停車時消除了水錘，管路系統的振動也消失了，減少了事故。

固態軟啟動器在拖動負載時設計延長8秒的切換時間，從而不會因為過早切換帶來過大的電流沖擊；在高壓軟啟動領域，只有高壓變頻器及繞線式電機轉子側軟啟動兩種方式及高壓固態軟啟動器具有限制起動電流于2倍以下的功能，從而也保證電流在電動機線圈和轉子鼠籠條上產生的沖擊力矩不打，不會破壞繞組絕緣等，大大地延長了電動機的使用壽命。

（1）、供電系統上級變給泵站的最小短路容量為：

（2）、三臺電機運行一臺電機軟起動所需的最大容量為：

高壓架空線路阻抗值為：

起動回路額定輸入容量

預接無功容量為：

三臺電機運行，第四臺高壓電機軟起動時，母線電壓輸出水平相對值為：

則泵站端母線電壓為：

產生的線路壓降為：

（1-0.83）×100%=17%

超過了相應規范中不頻繁起動配電電網起動壓降不超過額定電壓的15%的規定要求，所以系統供電不能滿足以上起動要求。

采用電纜YJV22-3×300供電時，軟起第四臺的可行性驗證：

（1）電纜供電線路阻抗值為：

（2）起動回路額定輸入容量

三臺電機運行，第四臺高壓電機軟起起動時，母線電壓輸出水平相對值Uj1為：

則泵站端母線電壓為：

產生的線路壓降為：

（1-0.94）×100%=6%

滿足規定要求，故設計中采用了高壓電纜的供電方式。為減少電機啟動對電網的沖擊，仍然采用了軟啟動的方式。

5 機組無功功率因數補償方式

在工業系統由于系統無功功率因數低下，通常需要對系統進行補償，提高系統的無功功率因數以提高輸電效率，降低電網電能損耗，減少電網中因電機啟動產生的電壓降。通常存在二類無功補償補償裝置：1.高壓無功集中補償裝置，即我們常見的TBB模式。2.高壓電動機無功就地補償裝置。集中進行無功補償，需要同時對所有負載進行功率補償，適合于每天負載工作情況不斷變化的情況。由于水利泵站電機功率大，在整個泵站負荷中占的比例高，大部分的無功功率集中在水泵，本設計采用就地無功補償的方式。

首先我們對二類無功補償裝置的原理和特點進行介紹：

（1）高壓無功集中補償裝置的工作原理及特點：在高壓母線上并聯高壓電力電容器向用戶負荷提供無功功率，減少用戶負荷對系統的無功功率需要，以提高系統功率因數，特點：配有功率因數控制器，可以根據系統的需要進行分組投切，和高壓開關配套有過流、速斷、過壓、低電壓等保護功能，適應性更強，主要是針對系統來進行補償。

（2）高壓電動機無功就地補償裝置的工作原理及特點：對3～10 kV感性負載用電設備直接進行無功就地補償。主要針對高壓電動機，有效地提高電機功率因數，節電效果明顯。≈

無功就地補償裝置適用于大功率高壓電動機，與電動機并聯同步運行，能夠提高功率因數，節能、穩壓和改善供電質量。設計采用GK10系列裝置，該設備采用三相高壓自愈式電力電容器，具有介質損耗小，運行溫度低、可靠性高、使用壽命長、體積小、重量輕等特點。首先放電起始電壓高和密封性能好是其突出特點。其電容器內置放電元件,使裝置脫離電網后,可在五分鐘內將殘余電壓降至50 V以下；其次使用安全：采用高壓噴逐式熔斷器或限流式熔斷器作為單臺電容器的短路保護，確保設備安全運行；再有配有高壓帶電顯示器和電磁鎖，具有強制閉鎖功能，確保運行和維護人員安全。供電系統中的大量非線性負荷在運行中會引起電網電流、電壓波形發生畸變，產生大量的諧波。并聯電容器裝置如果沒有采取措施，將會在接入母線處產生一定的諧波放大。串聯電抗器的主要作用是印制諧波和限制合閘涌流。此無功補償裝置也按照電機容量在補償單元進行電抗器的配置。

6 結束語

南水北調東線一期工程棲霞市續建配套工程不僅實現了南水北調一期工程膠東調水工程在棲霞市的分水任務，并且調蓄其所分配的長江水量，解決干線分水與用戶用水之間的時空分配矛盾，提高供水保證程度；同時可以實現當地水與長江水的聯合調度，并通過長江水的供給減少區域地下水的開采量，改善區域環境，減緩由于旱災造成的經濟損失，實現水資源優化配置。

An Introduction to the Design of an Electrical Design in the First Phase of the Eastern Route of the South-to-north Water Diversion Project

YAN Lei，GONG Qiang
（Shandong Water Conservancy Survey Design Institute，Shandong 250013，China）

Iin this paper,according to the characteristics of the eastern qixia supporting project for engineering main wiring scheme are compared,and the high voltage motor soft starter and introduces the design content such as reactive power compensation.

the eastern line of the south-to-north water diversion；high pressure straight match；high pressure solid-state soft starter；no work is done

S277.9

A < class="emphasis_bold">文章編號：1

1672-545X（2017）05-0295-03

2017-02-25

嚴蕾（1971-），女，河南信陽人，本科，高級工程師，研究方向：大中型水利水電工程電氣設計及自動化控制。