某橡膠壩工程備用電源的設計與應用

□劉曉琳 賈昊楠

橡膠壩工程是一種攔河建筑物，具有防洪安全、造價低廉、施工工期短、美化環境等優點，不僅能夠在枯水期蓄水、滿足用水需求，而且在汛期可及時塌壩過水，保證河道行洪安全。在橡膠壩工程中，根本要求是汛期時滿足較高的工程可靠性，即必需在洪水來臨之前塌落所有的橡膠壩。而橡膠壩塌壩時的主要用電負荷，除正常情況下采用電網供電之外，在停電情況下，則需要應急電源及時供電，否則影響塌壩、阻礙河道行洪。因此，備用電源系統在橡膠壩工程中的設計和應用顯得尤為重要。

1.工程概況

近幾年，張家口市等地被列為國家山水林田湖生態環境綜合整治試點區域。白河作為密云水庫的上游水系，是首都的生態屏障與水源地。在國家鼎力支持下，根據省政府指示和要求，對赤城縣白河縣城上游段進行生態治理。為提高蓄水能力和增加岸邊慢行系統的美觀性，此工程共設置兩座橡膠壩。為同時滿足減少建筑用地、增強經濟性，保證工程可靠性等要求，需要分別對兩座橡膠壩的備用電源進行設計與應用。

2.備用電源特點對比分析

目前，常用的備用電源主要有柴油發電機、EPS 應急電源和UPS 不間斷電源等形式。由于UPS 在水利工程中應用較少，因此本文重點對柴油發電機和EPS 兩種備用電源的特點進行對比分析，結果見表1。

柴油發電機組由于其發電機容量較大、連續供電時間長等不可替代的優勢，在水利工程中得到了長期、廣泛的應用。但是隨著近年來，國內對綠色環保的要求逐年提高，柴油發電機排放有害氣體、振動大、噪聲大以及占用建筑空間大等缺點逐漸暴露出來；相反，EPS 工作時無煙氣排放、無噪音、無振動，滿足環保要求，且占地面積較小，能適用于較為惡劣的工作環境，因而在對環境要求比較高的水利工程中也逐漸得到了應用。

3.工程特點及備用電源設計思路

本工程共2 座橡膠壩，1 號橡膠壩利用壩內水壓與下游水位落差自流塌壩；2 號橡膠壩采用自流與水泵強排結合的方式塌壩，平時自流塌壩，緊急情況時采用水泵強排。其中2 號橡膠壩采用常規全自動柴油發電機組作為備用電源，停電時為2 臺15kW 的壩袋排水 泵 及4 臺0.09～0.55kW 電 動 蝶 閥 供電。但1 號橡膠壩由于占地面積限制，無法設置柴油發電機室，且緊急情況時備用電源僅需為2 臺0.09～1.1kW 電動蝶閥供電。

結合本工程1 號橡膠壩實際，重點從以下4 個方面對1 號橡膠壩備用電源提出設計要求：

使用可靠性要求。備用電源必須足夠安全可靠，能適應多種不同類型負載、承受瞬時電流沖擊，保證在洪水來臨前，電網停電的條件下，橡膠壩能夠及時、可靠的完成塌壩行洪的任務。

表1 柴油發電機和EPS 的特點分析

環保要求。由于該項工程是國家“山水林田湖共同體”理念的重要體現，是保障首都水源地的重要基礎工程，在環境保護方面具有較高設計要求，因此在保證備用電源安全可靠使用的前提下，應盡量滿足低噪音、低震動、少煙氣排放等綠色環保要求；

占地空間要求。由于1 號橡膠壩泵房及配電室置于防洪堤外側的岸邊，空間有限，存在一定布置困難，因此要求備用電源所需占地空間相對較小；

可維護性要求。由于平時兩座橡膠壩均采用集中控制，因此備用電源應具備全時監控、自動操作和故障報警等功能。

4.備用電源的設計與應用

通過以上分析，為1 號橡膠壩設置了容量為10kW 的EPS 電源裝置作為備用電源，停電時開啟電動蝶閥，以保證洪水來臨前，電網停電的條件下也能及時、可靠地完成塌壩行洪的任務。EPS裝置與低壓配電柜結合布置于1 號橡膠壩泵房上層配電室內，相較于柴油發電機作為備用電源，極大地縮減了占地。

圖1 EPS 電源供電接線示意圖

具體工作原理如下：當市電正常時，由市電經過互投設備為電動蝶閥等重要負載供電，并經充電器為蓄電池進行充電或浮充。當市電供電中斷或電壓超限時，互投設備立即投切至逆變器供電，以保證電動蝶閥等重要負載的正常工作。供電接線示意圖見圖1。

5.結語

橡膠壩工程在河水生態治理工程中，既擔負著重要的行洪任務，又兼具美化環境的使命。EPS 以其可靠性高、環保、占地空間小以及免維護等優點逐漸被工程人員所重視，也使得橡膠壩工程中備用電源類型的設計與應用變得豐富起來。在綜合考慮安全可靠、綠色環保、經濟高效及占地少等方面需求的基礎上，對本工程1 號橡膠壩設計了EPS 作為備用電源。本設計不僅滿足了1 號橡膠壩占地小、可靠性高、經濟性高、美觀等工程要求，也為后續橡膠壩工程備用電源設計提供了一個可行的方案與工程案例。□