橡膠壩充排水系統水泵選型及電氣設計

李 亮

（臨沂市水利水電工程建設監理中心，山東 臨沂 276000）

近年來，隨著橡膠壩技術的日趨成熟，小型橡膠壩在中小河流上的應用越來越廣泛，興建小型橡膠壩蓄水工程可以充分利用雨洪資源，開發水資源，緩解當地水資源供需矛盾，同時，改善當地水環境和區域景觀，增加項目受益區群眾的收入。本文以某小型橡膠壩為例，探討橡膠壩充排水系統在水泵選型和電氣設計中要點。

1 供排水系統設計

1.1 充排水系統布置形式

某小型橡膠壩壩長80m，共1節，采用充水式橡膠壩，壩高4.0m。設置1根排水主管，壩袋設4根支管（De200）與主管連接，主管與排水池連接。排水泵從池內吸水，通過壓力排水管排水，將水流排向下游。水泵引水管由集水池引至泵室。由于橡膠壩充、排水不可能同時進行，故橡膠壩充排水管道合用同一管路。充水水泵抽水到排水泵室內，通過排水管路實現對橡膠壩的充水。

1.2 壩袋排水時間的確定

根據河道比降、流域以及行洪能力，并結合周邊區域已建橡膠壩運行經驗以及《橡膠壩技術規范》，綜合分析確定橡膠壩的壩袋設計充壩時間為4h，排水時間為2h。

1.3 水泵機組選型

水泵選型應根據壩的規模、起（塌）壩時間及擬定的系統計算充排水水泵的流量和揚程確定。橡膠壩共一節，壩袋容積2202m3。擬設1臺充水泵，2臺主排水泵，其中1臺工作，1臺備用。

水泵的流量參照《橡膠壩技術規范》計算公式，經計算，充水泵的流量為550m3/h，排水泵的流量為1101m3/h。

水泵的揚程參照《橡膠壩技術規范》計算公式，經計算，充水泵的揚程為7.9m，排水泵的揚程為8.7m。

根據計算的水泵流量和揚程，經管路水力計算，并驗算水泵的工作狀態后，充水泵確定采用1臺300WQ600-6-18.5型潛水泵，其主要性能參數如下：流量 500～750m3/h，揚程 5～7m，電機功率18.5kW。排水泵確定采用2臺350WQ1100-12-55型潛水泵，1臺工作，1臺備用，其主要性能參數如下：流量900～1500m3/h，揚程8～14m，電機功率55kW。

2 電氣設計

2.1 供電電源及供電方案

擬從附近電網線路各T接一回10kV輸電線路至橡膠壩作為永久電源，另各設柴油發電機組1套作為備用電源。

2.2 主要用電負荷及負荷等級

1）主要用電負荷。2臺350WQ1100-12-55型排水泵，一用一備，配套電機額定參數：功率為55kW，電壓為380V。1臺300WQ600-6-18.5型充水泵，配套電機額定參數：功率為=18.5kW，電壓為380V。其他動力、照明用電負荷約15kW。

2）負荷等級。在汛期河道行洪期間，若橡膠壩不能及時塌壩泄洪，會使壩上水位上漲，對周圍村莊的安全構成威脅，鑒于此，橡膠壩的動力系統、防汛指揮調度系統設備和通信系統等設備的供電不應中斷，均按二級用電負荷考慮。泵站日常用電等負荷按三級負荷考慮。

2.3 電氣主接線

變配電室設在橡膠壩泵房地面層，10kV高壓電纜進線接至變壓器高壓側，變壓器低壓側及備用電源經低壓柜接至380/220V低壓母線，該母線接電源進線及上述全部用電負荷。變壓器低壓側和柴油發電機組電源互相閉鎖。

變配電室設低壓進線柜1臺，低壓配電柜1臺，排水泵、充水泵站用電等各占一個出線回路，另設2個備用回路。

2.4 水泵電機啟動方式的確定

根據本工程控制運用的要求，在電力系統正常供電情況下，動力系統最大穩定運行方式為1臺壩袋排水泵運行；最不利運行方式為啟動1臺排水泵電機。在自備應急電源供電情況下，動力系統最大穩定運行方式為1臺壩袋排水泵運行；最不利運行方式為啟動1臺排水泵電機。

本工程排水泵電機為不頻繁起動的連續工作制電機，根據《通用用電設備配電設計規范》（GB50055-2011）規定：電機不頻繁起動時，其配電母線上的電壓不宜低于額定電壓的85%。

經計算，該橡膠壩配電母線上的電壓均低于額定電壓的85%，不滿足全電壓直接起動條件。考慮到排水泵屬輕載負荷，故采用軟啟動器起動，充水泵采用全壓直接啟動。

2.5 主要電氣設備選擇

1）變壓器。泵站動力用電與管理單位照明等用電合用1臺變壓器。變壓器容量參照《機電排灌設計手冊》計算公式，經計算，變壓器容量為83.1kVA，選用SC11-125-10/0.4kV干式變壓器。

2）無功功率補償計算。根據《供配電系統設計規范》（GB50052-2009）的規定，采用下列公式計算無功補償容量Qc。

式中：P為用電設備的計算負荷，單位kW；tanφ1為補償前用電設備自然功率因數的正切值；tanφ2為補償后用電設備功率因數的正切值，一般按cosφ2不小于0.9考慮，取cosφ2=0.95，則tgφ2=0.33。

考慮一定裕量，該小型橡膠壩實際補償容量采用36kvar。本工程無功功率不穩定，季節性變化較大，采用無功自動補償裝置可獲得合理的經濟效果。

3）柴油發電機組。應急柴油發電機組的容量根據《工業與民用配電設計手冊》（第三版）所列公式計算確定。經計算，該小型橡膠壩發電機組功率應不小于109.9kW，選用KH120GF型柴油發電機組1套作為備用電源。

4）10kV高壓電氣設備。泵站變配電室10kV高壓進線采用電纜穿管敷設的方式，在10kV架空線與進線電纜連接處設Y5WS-12.7/50型避雷器1組。10kV高壓電纜選用YJV-10型銅芯交聯聚乙烯絕緣電力電纜。

5）0.4kV低壓電氣設備。低壓配電系統選用2臺GGD型低壓配電柜，選用GGJ型無功補償屏1臺，低壓電纜主要選用YJV-1型銅芯交聯聚乙烯絕緣電力電纜。

3 結語

橡膠壩控制系統的設計，主要是橡膠壩袋的充水升壩、排水塌壩，而水泵的合理選型及電氣設計是充排水系統設計的關鍵。本文通過對某小型橡膠壩的充排水系統中的水泵機組選型及電氣設計中分析介紹，說明該類小型橡膠壩在機組選型及電氣設計中的計算條件、要點和應注意的問題，希望為其他同類小型橡膠壩工程在充排水系統中的水泵機組選型及電氣設計提供參考和借鑒。