渦河蒙城樞紐工程電氣一次系統淺析

沈家正 邢丁丹 張志濤

（中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300202）

1 工程概況

渦河蒙城樞紐舊址位于蒙城縣城北關渦河上，主體建筑物均已建成投運超過50年。近年來，隨著當地社會經濟的快速發展，工業化和城鎮化進程加快，原蒙城船閘通航能力嚴重不足，造成大量船只滯留，制約渦河流域煤炭、建材糧食外運，影響亳州市的經濟發展。

渦河蒙城樞紐移址建設工程于2018年12月正式開工，新閘位于老閘下游10.3km 處，樞紐建筑物防洪、除澇、蓄水灌溉不降低原有功能，船閘由Ⅴ級通航建筑物提高到Ⅳ級，建設標準為500t 級，兼顧交通航運的發展和城市水環境和渦河生態經濟帶的建設。工程計劃于2021年9月恢復通航，年底正式竣工投運。

2 變配電系統主接線方案

本工程節制閘、船閘的部分重要供電負荷等級為一級，對供電可靠性的要求較高。工程整體外部供電電源采用10kV 專用線路，通過架空線路與地埋電纜結合的方式，引接自蒙城縣縣城35kV 夢蝶變的10kV 專用出線間隔。在負荷集中區域設置柴油發電機組作為主電源失電時的備用電源。

在管理區生活樓一層設置10kV 開閉所一座，采用單母線接線方式，包含1 個進線間隔和4 個出線間隔（分別為船閘、節制閘、管理區、水文站出線），實現工程內部10kV 高壓集中配電功能。

管理區變電所主要設備與開閉所布置在同一房間內，10kV 側采用線路-變壓器組接線方式，設置1 臺SC13 系列干式配電變壓器，容量為400kVA。0.4kV 低壓側采用單母線分段接線方式，Ⅰ段母線為常用母線，由主配電變壓器供電；Ⅱ段母線為備用母線，饋線回路連接重要負荷的備用進線，由1臺容量為148kW 的柴油發電機組供電，投入后可保證重要負荷供電不間斷。Ⅰ段母線上設置容量為160kVar 的無功補償電容器組，根據負荷運行情況分步投切，保證母線上的綜合功率因數不低于0.9，滿足電網側要求。低壓母線之間設置聯絡開關，運行方式靈活可靠。

節制閘變電所設置在節制閘右岸橋頭堡的一層及二層，通過10kV 高壓電力電纜與開閉所出線柜相連。10kV 側采用線路-變壓器組接線方式，設置1 臺容量為315kVA 的干式配電變壓器。0.4kV 低壓側為單母線分段接線形式，常用母線由配電變壓器供電，設置容量為120kVar 的無功補償裝置，能夠實現動態追蹤并分步投切，滿足功率因數不低于0.9；備用母線由1 臺容量為330kW 的柴油發電機組供電，保證重要負荷的供電可靠性。

船閘變電所設置在船閘右岸啟閉機房二層，主接線方案、主要設備型式與節制閘變電所基本一致，故不再重復描述。

丁大溝、丁王莊及后李節制閘等三座影響處理工程，均采用10kV 架空線路T 接自當地農電線路，采用柱上變電臺區降壓供電，在啟閉機房內設置現地動力配電和控制一體柜，技術方案經濟合理，設備布置簡潔直觀，運行和檢修便利。

縱觀工程整體變配電系統，結構清晰合理。以10kV 開閉所作為各區域分系統的總體配電樞紐，便于集中管理和控制。各分系統通過各自獨立的饋線回路供電，能夠有效地控制電氣故障的影響范圍，避免因設備或線路故障連帶造成臨近區域的分系統失電，提高了供電可靠性。在主供電系統故障工況下，備用電源系統能夠分區域獨立運行，按需投入，在一定程度上節省了工程運行期成本。

3 主要電氣設備選型

本工程10kV 高壓柜采用HXGN17-12 型環網開關柜，開關設備采用高壓真空斷路器或“負荷開關-熔斷器”組合電器。柜內主要元器件均采用固定式安裝，封閉性能較好，具有較高的集成程度和低故障率；占地面積小，結構相對簡單，便于運行維護；技術成熟，柜內可以集成多種電氣元件，此類產品目前廣泛應用于民用住宅、水利工程、工廠礦山、電網樞紐站等場合變配電系統中。具備信號上送和遠傳遠控功能，基于計算機監控系統，可以實現智慧化運行功能。

配電變壓器采用SC13 系列低噪聲、低局放、低損耗環氧樹脂澆注干式變壓器，外形美觀占地空間小；采用具有自熄阻燃特性的絕緣材料，變壓器自身防火防爆。變壓器鐵芯采用冷軋高導磁晶粒取向硅鋼片，有效降低空載損耗和空載電流；優化鐵芯模型，避免空腔共鳴，變壓器噪聲顯著低于國標要求。繞組線圈采用優質銅導線，以玻璃纖維作為絕緣和結構加強材料，線圈結構設計能夠明顯提高變壓器抗雷電沖擊能力，具有良好的電氣性能。

0.4kV低壓開關柜采用MNS2.0型抽出式開關柜，柜體采用標準化模塊組合設計，滿足各種元件的安裝要求。柜體結構緊湊，配電回路布置經濟，單面柜體內根據回路額定電流大小可集成9～36 個配電回路。采用標準化元件布置，便于后期更新擴容；設備運行連續性和可靠性高，特有的抽屜式結構對操作人員有較高的人身安全保障。低壓斷路器均采用韓國原裝進口產電TS 系列塑料外殼斷路器，機械和電氣性能優良，能夠大幅度延長檢修維護周期和使用壽命年限。

本工程電氣一次動力電纜均選用ZR-YJV（22）阻燃型交聯聚乙烯絕緣電力電纜，護套采用無氯材質，大幅降低對環境造成的不利影響。各電壓等級電力電纜及附件均由國內知名廠家生產制造，線芯采用高純度銅材絞制，具有良好的機械和電氣性能。高壓電纜終端采用工廠預制冷縮式電纜終端，將重要工序在干燥無塵的工廠車間內加工完成，能夠有效延長使用壽命，降低故障率。電纜外護套阻燃防火，電纜構筑物內設置防火封堵及隔板，能夠有效降低電氣火災蔓延風險。

4 站用電和應急電源系統

本工程管理區、節制閘、船閘等各區域站用電系統結構和運行方式類似，本節以節制閘站用電系統作為舉例，簡要介紹和解析站用電和應急電源系統配置方案和運行方式。

節制閘0.4kV 站用電系統采用單母線分段接線方式。其中Ⅰ段母線為常用母線，由一臺10/0.4kV降壓配電變壓器供電，容量為315kVA，饋線回路為站用電負荷的主電源回路，包括無功補償裝置出線、1#～16#閘門啟閉機動力配電箱（兩兩一組）主供電源共8 個出線、左右岸橋頭堡照明配電箱出線、電梯出線、UPS 電源柜出線等。Ⅱ段母線為備用母線，由1 臺容量為330kW 的柴油發電機組供電，饋線回路為8 面啟閉機動力箱的備用電源出線。兩段母線間設置聯絡斷路器，與兩個電源進線斷路器之間設置閉鎖與備自投裝置。啟閉機動力箱內設置一主一備兩路供電電源，ATS 雙電源自動切換裝置可以自動切換至正常工作電源保證供電持續性。

正常工況下，10kV 配電變壓器投入運行，變壓器低壓側斷路器閉合，母聯斷路器和柴油機出線斷路器斷開，Ⅰ段母線帶負荷運行，柴油發電機組和Ⅱ段母線作為冷備用。當主供電源或主變壓器失電時，需要運行人員手動啟動柴油發電機組，閉合Ⅱ段母線進線斷路器，由柴油發電機組通過Ⅱ段母線為8 面啟閉機動力箱供電，保證閘門能夠正常實現啟閉功能。此時如有必要，也可閉合母聯斷路器，低壓配電系統呈單母線運行，電梯及戶內外照明系統正常投入使用。外部供電電源恢復正常運行或主供電回路設備故障解除后，站用電系統需恢復正常運行工況。根據電網側要求，兩路電源不能并列運行；即主變壓器和柴油發電機組同時帶電運行的情況下，母聯斷路器必須保持斷開狀態，以避免自備電源對開閉所和電網側開關站設備運行造成反向沖擊造成設備故障。

5 照明系統

本工程照明標準按照《水利水電工程照明系統設計規范》（SL641-2014）及《建筑照明設計規范》（GB50034-2013）相關規定執行，按照各類工作場所的照度要求，設置環保節能新型照明設備，保證照度均勻亮度合適，滿足值班運行人員的視覺衛生條件。

生活樓、辦公樓、節制閘橋頭堡及啟閉機房、船閘啟閉機房等室內空間，照明燈具以嵌入和吸頂式安裝的LED 格柵燈為主。相比于傳統的管型熒光燈，相同光通量的LED 光源耗電量僅為熒光燈的10%，使用壽命超過5 萬小時；采用陣列式燈珠設計，光線柔和均勻，不易造成視覺疲勞；光源發熱量低，能夠明顯降低熱輻射造成的燈具外殼和塑料零部件的老化速度。戶內重要疏散通道和重要場所，設置自帶蓄電池的應急照明燈具，能夠在正常供電電源斷電后自動啟動，持續照明時間不小于90 分鐘，應急工況下保證人員正常活動所需的照明條件。

管理園區、封閉堤和中隔堤交通道路、節制閘交通橋、船閘閘室左右岸交通橋及上下游靠船墩鋼便橋等區域，設置戶外照明路燈；節制閘閘門上方設置戶外投光燈。戶外路燈均采用高壓鈉燈光源，光線在雨雪霧等惡劣天氣具有較強的穿透性，對主航道及陸上連接道路的交通安全起到全天候的照明保障作用。節制閘戶外投光燈主要作用是在夜間能夠觀察各孔閘門的啟閉情況，方便現地值班運行人員巡視和檢查。戶外照明燈具外殼防護等級不低于IP65，具有優良的防雨防塵性能；照明系統設備兼顧功能性與造型美觀，提升整體工程的夜間景觀亮化效果。

6 接地防雷系統

為防止直擊雷危害，本工程生活樓及辦公樓、節制閘啟閉機房、船閘啟閉機房的頂部，均裝設了避雷帶；通過埋設在結構柱及墻面內的接地引下線，與主接地網相連，保證雷電入侵波能夠以最短路徑導入大地，避免對運行人員及設備造成安全隱患。

在船閘、節制閘上下游側及船閘閘室內的混凝土底板中，預埋人工接地網。充分利用浸水混凝土及底板下原狀河道沙石黏土的低電阻率特性，并與底板鋼筋、閘門槽等金屬構件進行可靠焊接，達到主接地網的接地電阻不大于1Ω 的要求。

各區域站用電系統的10kV 配電變壓器低壓側中性點直接接地，開關柜、動力配電箱、現地LCU 柜、啟閉機機架、液壓泵站、通信及計算機監控系統盤柜等電氣設備的外殼與接地網可靠連接，形成TN-C-S接地系統，充分保障出現操作過電壓時的人身及設備安全。

7 結束語

在參建各單位的通力合作下，渦河蒙城樞紐建設工程于2021年8月29日通過電氣與控制系統安裝單位工程驗收，所有機電設備調試完畢，試運行狀況良好，具備正常投運條件。8月31日整體工程通過完工驗收，為9月中旬渦河主航道恢復通航和2021年底工程通過竣工驗收打下了良好基礎，也在工程爭創水利工程“大禹獎”的征程中邁出了重要一步■