南水北調輸水渠河倒虹吸進口與出口供電共享電源設計方法

閆新，盧家濤，鞠向楠

（1.黃河勘測規劃設計有限公司，河南 鄭州 450000，2.南水北調中線建管局河南分局，河南 鄭州 450018）

1 工程概況

南水北調中線干線工程總干渠陶岔至石家莊段全長約1100km渠道，沿線存在高速公路、高速鐵路、普通公路、普通鐵路、自然河流等大型基礎設施的交叉問題，為保證輸水總干渠的自然流態，提高經濟效益，在與公路、鐵路、河流交叉處采用倒虹吸形式進行穿越。南水北調中線總干渠倒虹吸數量達82座。倒虹吸建筑物分進口建筑物和出口建筑物兩大部分，倒虹吸的進口與出口之間的距離由所穿越的公路、鐵路、河流等設施的規模確定，通常每座倒虹吸的進口和出口之間的距離在500m至800m之間。倒虹吸進口建筑物用電負荷有進口事故閘門啟閉機、建筑物內照明用電、設備檢修用電等，用電負荷容量大多在15～25kW之間。倒虹吸出口建筑物用電負荷有出口工作閘門啟閉機、出口檢修閘門啟閉機、監控與自動化設備用電、建筑物內外照明用電、設備檢修用電等，用電負荷容量大多在80～150kW之間。

2 常規供電設計方案

以鄭州須水河倒虹吸為例說明倒虹吸進口與出口常規供電方式，須水河倒虹吸出口用電負荷主要包括：1～4#工作閘門液壓機、液壓機室電動葫蘆、檢修門啟閉機電動機、消防電源、出口建筑物照明、35kV中心開關站照明、通信電源、直流電源、監控電源、檢修電源、通風與空調電源等。須水河倒虹吸進口用電負荷主要包括：進口臺車電源、進口建筑物照明。須水河倒虹吸出口處設35kV中心開關站，雙電源進線，2回35kV進線電源分別引自壇山110kV變電站35kVⅠ段、Ⅱ段母線，電源電線路采用架空線路形式，導線為LGJ-120/25。35kV側采用單母線接線。出線回路數為3回，其中2回架空引出中心開關站以架空線路分別向總干渠上、下游方向輻射形成35kV專網供電，1回出線由電纜引至本站降壓變壓器。設置自啟動式柴油發電機連接在低壓母線上，為工作門液壓機電動機提供備用電源。倒虹吸出口處設35kV降壓站，35kV側采用單母線接線，兩回35kV進線電源分別引自上、下游側35kV專網線，與35kV專網線形成“π”型接線方式。兩回電源進線均采用YJV22-3×120電纜引入戶內35kV開關柜。0.4kV側亦采用單母線接線。須水河倒虹吸進口與出口常規供電接線圖見圖1。

圖1 須水河倒虹吸進口與出口常規供電方式接線圖

3 常規供電方案存在問題

須水河倒虹吸進口與出口常規供電方式可以滿足用電負荷的基本要求，但目前常規供電方式存在以下幾個方面的問題。

（1）倒虹吸進口35kV降壓站建筑物及道路設施在進口處需要征地600m2，占用土地資源、增加工程投資。

（2）倒虹吸進口供電容量15～25kW，專門對此建設一座35kV降壓變電站供電，布置電氣設備的建筑物600m2，工程建設經濟性差。

（3）需要采購一套35kV降壓變電站設備，包括35kV配電設備、35kV降壓變壓器、0.4kV配電設備、高壓電纜等。增加設備采購及安裝費用。

（4）倒虹吸用電設備小負荷運行方式期間，35kV降壓變電站設備仍需要帶電運行，存在變壓器電能損耗。

（5）運行人員巡視維護工作量增大。

（6）供電運行方式改變時，電氣操作需對35kV設備進行操作，相應辦理操作票、工作票，手續比較繁瑣。對35kV設備進行操作還有可能存在誤操作的安全隱患。

圖2 鄭州須水河倒虹吸進口與出口共享電源供電接線圖

4 優化設計后的共享電源解決方案

低壓配電柜為出口建筑物內用電負荷供電，出線采用電纜供電方式，電纜敷設在電纜溝內。35kV降壓站供電80%以上的用電負荷分布在出口建筑物內，電能損耗小，運行方式經濟合理。進口建筑物內用電負荷也由低壓配電柜供電，出線采用電纜供電方式，供電負荷較小，電纜敷設條件差，進出口建筑物之間是自然河流、高速公路或是高速鐵路及其他設施，電設采用電纜溝內敷設不具備條件，視工程倒虹吸性質做如下處理方法。

（1）倒虹吸與高速鐵路、高速公路交叉，采用頂管的方式開辟電纜敷設通道，在公路兩側選擇合適的位置設置電纜手井，兩側手井之間進行頂管，頂管管徑應能具備敷設2根電纜的條件，2根電纜穿保護管敷設，2根電纜敷設的目的是保證電纜供電線路互為備用。

（2）倒虹吸與自然河流交叉，采用隨倒虹吸暗涵埋設2根電纜保護管，2根電纜分別敷設在保護管內，電纜選擇防水型電纜。在進出口建筑物連接的暗涵上下游兩端選擇合適的位置設置電纜手井，2根電纜敷設的目的是保證電纜供電線路互為備用。

5 須水河倒虹吸共享電源應用案例

倒虹吸進口與出口供電共享電源方法已在鄭州須水河倒虹吸中應用，工程投入運行2年多時間運行情況良好，具體實施內容如下。

（1）須水河倒虹吸進口與出口之間的直線距離為550m，出口處建設35kV降壓站一座，在出口處建筑物內設2面配電箱，35kV降壓站為進口建筑物內的用電設備供電。同時也為進口處的建筑物內用電設備供電，在出口處建筑物內設2面配電箱，在進出口建筑物連接的暗涵上下游兩端選擇合適的位置設置電纜手井，2處電纜手井之間沿倒虹吸4#輸水暗涵頂部埋設2根管徑為150mm的鍍鋅鋼管，每根鋼管內穿1根電纜供電，電纜型號選擇防水型電纜。2回路電纜互為備用。

圖3 鄭州須水河倒虹吸進口與出口共享電源布置圖

（2）當工程運行期供電線路出現故障時，若與進口配電箱1相連接的電纜出現故障，將臺車用電回路由進口配電箱1改接至進口配電箱2供電，短時間內就可以恢復正常運行。若與進口配電箱2相連接的電纜出現故障，將進口建筑物照明用電回路由進口配電箱2改接至進口配電箱1供電，短時間內也可以恢復正常運行。當電纜故障發生時，對故障的電纜沒有必要馬上修復，工程條件決定馬上修復故障電纜需要很大的費用進行河道開挖，開挖土方量很大可能影響河道防洪。可選擇非汛期非防洪季節進行修復電纜故障。鄭州須水河倒虹吸進口與出口共享電源供電接線圖見圖2、3、4。

圖4 鄭州須水河倒虹吸進口與出口共享電源A-A剖面圖

6 對其他工程的借鑒和指導作用

工程設計過程中應該具體問題具體分析，結合工程特點靈活運用輸水渠河倒虹吸進口與出口供電共享電源設計方法，此設計方法對其他工程有一定的借鑒和指導作用，主要表現為以下幾點。

（1）統計渠倒虹吸進口和出口建筑物內的電氣用電負荷進行計算負荷的大小比較，在計算負荷值大得位置設置降壓變電站。

（2）根據工程特點設計供電系統接線圖和35kV降壓變電站的布置圖。

（3）根據倒虹吸的性質合理確定倒虹吸進口與出口供電線路電纜敷設的路徑和敷設方式。

（4）工程施工與土建專業配合，設計土建建筑物、電纜溝、電纜埋管。

（5）實施電氣設備安裝，電纜敷設，電氣設備調試。完成輸水渠河倒虹吸進口與出口供電共享電源的完整供電系統。