淀東水利樞紐泵閘改擴建工程電氣主接線及設備選型設計

摘要：針對淀東水利樞紐泵閘的建設規模及用電負荷特點，對泵閘電氣主接線設計方案進行了技術經濟對比，確定了工程主接線設計方案、變電站（所）位置及工程所需的相關電氣設備，保證了泵閘電氣設計的先進性、經濟性、可靠性及節能性。

關鍵詞：泵閘;電氣主接線;變電站（所）;設備選型

1 項目概況

淀東水利樞紐泵閘改擴建工程位于黃浦江西岸的淀浦河上，由淀浦河段排澇泵閘、楊樹浦港引水泵閘、管理用房、水文測站等組成。其中，排澇泵閘由2孔、12 m凈寬的節制閘及90 m3/s的泵站組成，泵站設有3臺單泵流量30 m3/s的斜式軸流泵，配套10 kV高壓異步電動機，單臺電動機功率為1 600 kW;引水泵閘由1孔、5 m凈寬的節制閘及20 m3/s的泵站組成，泵站設有4臺單泵流量5 m3/s的潛水貫流泵，配套0.4 kV永磁同步電動機，單臺電動機功率為185 kW。

該工程被列入2015年度上海市重大工程，是目前上海地區規模最大的排澇泵閘工程，具有防洪擋潮、排水除澇、改善水環境、調度水資源等重要功能。根據工程主要功能，按照《泵站設計規范》（GB 50265—2010）[1]及《供配電系統設計規范》（GB 50052—2009）[2]相關要求，確定本工程用電負荷等級為二級。

2 電氣主接線設計

采用需要系數法對樞紐泵閘用電負荷進行統計，計算負荷容量為5 783 kVA，設置2臺6 300 kVA主變壓器，外線容量為12 600 kVA。根據國家電網上海電力公司《單位用戶用電服務指南》的要求：“受電總容量為8 000～40 000 kVA時，采用35 kV電壓供電。”因此，為保證二級負荷的用電可靠性，淀東水利樞紐采用2路35 kV電源供電。

根據市電電源電壓等級及主水泵電機電壓等級，該樞紐變電站主變高壓側為35 kV，低壓側為10 kV。按照接線簡單可靠、操作檢修方便、節約投資的原則，35 kV主接線選用以下3種方案進行技術、經濟方面的比較。

方案1（圖1）：線路變壓器組接線，設置2臺SCZ11-6300/35型主變壓器，電壓比：35±3 5×2.5%/10.5 kV，所用變壓器接于主變10 kV母線側。

方案2（圖2）：單母線分段接線（不帶聯絡），所用變壓器接于35 kV母線側。

方案3（圖3）：單母線分段接線（帶聯絡），所用變壓器接于35 kV母線側，2臺35 kV高壓進線斷路器與母聯分段斷路器設置電氣及機械閉鎖。

3種主接線設計方案的技術經濟對比如表1所示。

3種方案的分析比較結論如下：

方案1：接線簡單清晰，高壓開關柜數量少，高壓斷路器最少，設備投資最低，變電站占地面積最小;外線容量最少，節省投資。任一回線路故障或檢修，都不影響變電站運行;任一臺主變故障或檢修，也都不影響變電站運行。

方案2：接線較簡單，設備及外線費投資較多，較方案1的優點是一臺主變檢修或故障時，另一回線路故障，不影響站用電負荷用電。

方案3：設7臺35 kV斷路器柜，高壓開關柜數量最多，可靠性最高，但接線稍復雜，繼電保護裝置配合復雜，設備投資最大，變電站土建占地面積最大。一臺主變檢修或故障時，另一回線路故障，既不影響變電站運行，也不影響站用電負荷用電。

通過比較，3種方案均能滿足樞紐泵閘二級負荷的用電要求，且電氣設計中一般只考慮單一故障，不考慮二重故障因素，從技術經濟最佳方面考慮，35 kV高壓側接線采用方案1線路變壓器組接線。

10 kV側電氣主接線采用單母線分段接線（帶聯絡）形式[3]，進線及母聯開關之間應設電氣及機械聯鎖，防止電源并列運行。

3 變電站（所）設置

根據工程變電站（所）布置地理位置圖（圖4），考慮線路供電距離，以減少配電網路損耗及電壓降。淀東水利樞紐變電站布置時深入負荷中心，采用“一站二所”的總體布置方式，在排澇泵閘主要負荷中心處設置一座35/10 kV變電站及一座10/0.4 kV變電所;引水泵閘10 kV電源引自35/10 kV變電站，在引水泵閘主要負荷中心處設置一座10/0.4 kV變電所。

35/10 kV變電站設有35 kV開關室、主變室、10 kV開關室、高壓電容器室、二次繼保室等，用于布置35 kV高壓開關柜、35/10 kV主變壓器、10 kV高壓開關柜、高壓電容器柜、直流屏、繼電保護屏等;排澇泵閘變電所設有10 kV配電室、0.4 kV低壓配電室等，用于布置10 kV高壓開關柜、高壓軟起動柜、10/0.4 kV站用變壓器、0.4 kV低壓開關柜等;引水泵閘設有高低壓配電室及二次設備室，用于布置10 kV高壓開關柜、10/0.4 kV主變壓器、0.4 kV低壓開關柜、水泵電機出線柜、PLC控制柜等。

4 電氣設備選型

4.1? ? 電動機

（1）排澇泵閘斜式軸流泵主電動機。根據電動機額定功率（1 600 kW），額定電壓可取10 kV或6 kV。10 kV、6 kV電機同屬高壓電機，從電機廠家的制造水平看，產品都很成熟且具有通用性。制造工藝上10 kV電機電流小、繞組線圈截面小、絕緣厚;而6 kV電機電流大、繞組線圈截面大、絕緣較薄。從電機投資看，6 kV電機較10 kV電機要略少些。但采用6 kV電機，需相應增加6 kV變配電設備，綜合考慮后6 kV電機方案與10 kV電機方案總投資接近。

根據《泵站設計規范》（GB 50265—2010）對電動機額定電壓的選取，在技術經濟條件相近時，優先選用10 kV電壓等級電機，同時異步電動機不需要同步電動機的勵磁裝置，造價較低，起動故障少，操作簡單，維護管理較方便。因此，排澇泵閘斜式軸流泵電動機選用10 kV異步電動機。

（2）引水泵閘潛水貫流泵主電動機。引水泵站電機功率185 kW，年運行時間約4 000 h，目前國內水利泵站多采用0.4 kV異步電動機，為減少電機運行對周邊環境的影響，從節能角度出發，引水泵閘水泵電機采用0.4 kV永磁同步電動機。永磁電機占地面積比正常的異步電動機減少約50%，運行時具有振動小、噪聲低、效率高等特點，節能效果顯著，與異步電動機相比節能最少達22%，年節能約651 200 kWh。

4.2? ? 變壓器

（1）35/10 kV主變壓器。根據《35～110 kV變電所設計規范》（GB 50059—2011）第3.1.3條，裝有2臺及以上主變壓器的變電站，當斷開1臺主變壓器時，其余變壓器的容量（包括過負荷能力）應滿足全部一、二級負荷用電的要求[4]，結合負荷計算容量，主變壓器選用SCZ11-6300/35型低損耗三相雙繞組全銅芯環氧樹脂澆注干式電力變壓器，電壓比：35±3 5×2.5%/

10.5 kV，10 kV側中性點采用經小電阻接地方式，聯結組別：D，yn11。

（2）10/0.4 kV變壓器。排澇泵閘設置2臺站用變壓器供泵閘輔機系統、廠用電系統、節制閘、控制電源等用電，變壓器選用SCB11型環氧樹脂澆注干式銅芯變壓器，單臺變壓器容量為400 kVA，聯結組別：D，yn11。

引水泵閘設置1臺主變壓器供主水泵電機、滲漏排水系統、泵房用電、節制閘、管理用房、控制電源等用電，變壓器選用SCB11型環氧樹脂澆注干式銅芯變壓器，變壓器容量為1 250 kVA，電壓比：10±2×2.5%/0.4 kV，聯結組別：D，yn11。

4.3? ? 高低壓開關柜

（1）35 kV、10 kV高壓開關柜。35 kV高壓開關柜選用KYN37-40.5型鎧裝移開式交流金屬封閉開關柜，10 kV高壓開關柜選用KYN28A-12型鎧裝移開式金屬封閉開關柜，配真空斷路器，操作機構為電動彈簧儲能式，操作電壓為DC110 V，柜內設置微機保護裝置。

（2）低壓開關柜。0.4 kV低壓開關柜選用MNS抽屜式開關柜，柜內配置框架斷路器及塑殼斷路器，引水泵閘水泵電機出線柜內配置變頻器。

4.4? ? 無功補償

（1）排澇泵閘高壓異步電動機采用就地無功補償方式，單臺水泵電機無功補償容量為300 kvar，與電機同時投入或退出運行，使消耗的無功功率得到及時就地補償，無需頻繁調整補償容量，安裝維護方便。

（2）排澇泵閘及引水泵閘均在10/0.4 kV變壓器低壓側設置集中補償，采用微機控制的低壓無功補償柜，根據無功負荷的波動實時改變投入電容器組的數量[5]，實現無功就地平衡，保證10 kV側功率因數在0.9以上。

5 結語

根據淀東水利樞紐泵閘建設規模及用電負荷特點，結合上海供電條件，介紹了本工程電氣主接線、變電站（所）位置、主要電氣設備選型等方面的設計內容，體現出了該設計方案的經濟合理性、電氣運行安全可靠性、環保節能性。

淀東水利樞紐泵閘于2018年竣工通過驗收并投入運行，運行期間，變配電設備運行安全可靠，保證了泵閘防洪排澇及水資源調度功能的有效發揮，工程建成后顯著提高了上海市青松控制片區的防洪排澇能力，保證了松江、青浦2個新城區和28個鄉鎮的防洪除澇安全。

[參考文獻]

[1] 泵站設計規范：GB 50265—2010[S].

[2] 供配電系統設計規范：GB 50052—2009[S].

[3] 20 kV及以下變電所設計規范：GB 50053—2013[S].

[4] 35～110 kV變電所設計規范：GB 50059—2011[S].

[5] 中國航空規劃設計研究總院有限公司.工業與民用供配電設計手冊[M].4版.北京：中國電力出版社，2017.

收稿日期：2020-04-01

作者簡介：徐海林（1987—），男 ，江蘇鹽城人，工程師，從事水利工程電氣及自動化設計研究工作。