引黃濟青改擴建工程閘站電氣設計分析

賈振波，黎保國

（1.山東省調水工程運行維護中心濱州分中心，山東 濱州 256600；2.山東省調水工程運行維護中心博興管理站，山東 博興 256500）

引黃濟青工程自黃河打漁張灌區引黃閘引水，輸水渠全長252.5 km，年總輸水時間300余d，年供水量10億m3，累計向膠東地區供水近60億m3，發揮了巨大的經濟效益、社會效益和生態效益。近年來，引黃濟青工程持續多年超負荷運行。為了適應新的工程運行形勢，引黃濟青工程在2019年進行了改擴建，其中閘站電氣改造是改擴建的重點配套工程。

1 閘站電氣工程現狀

引黃濟青工程沿線，從用電安全與便捷方面考慮，泵站采用雙回路供電，由泵站接出一路專用10 kV回路沿渠道布設，給各閘站供電。經過多年運行后，工程沿線配電有了許多變化。

1.1 配電設施老舊，難以維修

沿線閘站使用的電氣設備多是80年代產品，多年運行后故障頻發，所需配件難以采購，維修困難。

1.2 用電設備增加，負荷增加

多年來，增加了用于工程清淤、工程大修、自動化設備等設備設施，原設計配電容量為30～100 kVA，遠遠不能滿足現在的運行要求。

1.3 老式變壓器產品，不符合節能要求

各閘站原來的變壓器全部是鋁心產品，過流能力小，耐受沖擊電流性能差，自身能耗高，易發熱，不符合當前的節能要求。

2 改擴建閘站電氣設計內容

本次電氣改造涉及的內容包括工程沿線的閘站變壓器、配電屏設備、電纜設備的改造。

2.1 雙電源供電

具有防洪、防淹沒工程的用電負荷應為二級，故各閘站的供電設應為兩個獨立電源。主電源采用10 kV線路供電，T接敷設；備用電源采用移動柴油發電機組。

2.2 變壓器更換

按照各閘站新的工況配備變壓器，采用易維護的干式變壓器。按工程實際需要，分別配備50 kVA、80 kVA、100 kVA、160 kVA、250 kVA等 的不同容量變壓器。

2.3 配電屏更換

現有各站低壓配電屏為PGL型低壓屏，屬淘汰產品，屏內元器件也多為淘汰產品，且絕緣老化嚴重，已不能使用，更新改造為GCS型。重點閘站增加配置環網柜。

2.4 電氣設備更換

各閘站變壓器房多漏雨，影響變配電設備運行安全，故將變配電更新為戶外箱式景觀變電站。包括箱變安裝、基礎施工、接地裝置、不銹鋼圍欄安裝。

2.5 供電線路更換

引黃濟青沿線閘站的高壓電纜、低壓電纜全部更換。為保證工程運行不間斷，主變至閘室啟閉機、至自動化機房的電纜單獨敷設。

3 生產與施工

3.1 一次部分

高壓配電裝置采用HXGN17-12型箱型固定式環網高壓開關設備，內裝高壓負荷開關和高壓熔斷器，設有完善的電氣和機械閉鎖裝置，滿足五防要求。

3.2 變壓器

采用三相雙線圈銅繞組樹脂澆注干式變壓器；高壓側10 kV電纜連接，低壓側通過銅排連接低壓柜。當繞組溫度升高并超過允許值時，可輸出跳閘信號。

3.3 低壓配電裝置

低壓配電裝置采用GGD柜體，防護等級為IP30。在低壓柜母線上裝設FLT35/3+1 CTRL-0.9型電源浪涌保護器1組。進線采用銅母排；出線為電纜連接。

3.4 二次元件

二次元件與高壓帶電部分具有足夠的安全距離，采取可靠的防護措施，以保證在不停電情況下進行維護時，檢修人員不觸及運行的高壓帶電體。

3.5 高低壓安裝

高壓電纜采用直埋方式敷設，電桿處鍍鋅套管。高壓電纜頭均采用冷縮管保護。低壓電纜自箱式變電站低壓柜敷設至閘站采用直埋式敷設。

3.6 高壓避雷及接地

高壓避雷器采用YH5WS-17/50金屬氧化物避雷器，下引線采用50 mm2導線+4 mm×40 mm熱鍍鋅扁鐵。高壓接地采用L型50 mm×50 mm接地極，接地阻抗4 Ω。

3.7 低壓接地及保護接地

箱式變電站采用L型40 mm×4 mm熱鍍鋅角鋼與40 mm×4 mm熱鍍鋅扁鐵連接安裝接地網，接地極埋深250 cm。350 mm寬鍍鋅鋼板，采用焊接方式連接至箱變基礎接地極預埋件。低壓柜接地電阻不大于1 Ω。

4 設計問題分析

在引黃濟青工程沉沙池出口閘電氣施工中。該閘站的電氣改造內容完成并測試合格后，通過低壓配電柜合閘送電。這時斷路器立即跳閘，顯示漏電保護跳閘，合閘送電失敗。

4.1 改造前的閘站電氣系統

圖1 改造前的閘站電氣系統

從圖1中可以看出，改造前的閘站供電系統為TN-C系統，也就是三相四線制，采用的是剩余電流漏電保護方式。在三相四線制中，工作零線與保護地線是直接連接在一起的，即用電設備中性點、外殼、地線是接在一起的，既用作保護功能，也用作中性線功能。保護接零是將漏電電流擴大為短路事故的保護措施。當發生漏電時，漏電電流回流零線，類似于某相火線與零線短路，此時線路過載或短路電流大迫使短路保護器動作。

4.2 改造后的閘站電氣系統

圖2 改造后的閘站電氣體系

從圖2 中可以看出，改造后的閘站供電系統為TN-S系統。TN-S供電方式的最大特點就是供電線路中的零線與地線是分開的，也就是三相五線制，采用的是剩余電流漏電總保護方式。在低壓側，變壓器的中性點接地，作為工作接地，零線是工作零線，與地線是不連接的。地線是單獨敷設的，用作保護地線，與用電設備的外殼相連，以實現對人的安全防護。TN-S系統在正常工作時，零線上有不平衡電流通過，保護PE線上是沒有電流的，PE線對地沒有電壓。因為有專門的工作零線，PE保護線也不接入漏電開關。一旦發生設備漏電，漏電電流從PE線流回供電系統，漏電保護器檢測到不平衡電流，立即跳閘切斷電源。

4.3 問題及處理

在閘站電氣供電系統改造過程中，沉沙池出口閘在設備安裝完成后，電氣設備中性點、外殼、地線接在一起，并將用電設備接到了工作零線、保護地線分開的三相五線制TN-S供電系統中，保護地線接漏電保護器。此時三相五線制的TN-S系統的PE保護接地線中出現了工作電流，漏電保護裝置檢測到此電流，認為是漏電電流，即跳閘保護動作，出現不能合閘、送不上電的情況。

查看低壓用電系統的接線符合新供電系統的要求，與供電方式要求的接線一致。分開用電負載中所有連在一起的的零線、接地線，接地線使用供電線路中的接地線。所有的零線、保護接地線分開以后，用絕緣電阻表進行測試，線間絕緣電阻正常。對高低壓配電斷路器合閘送電，這次漏電保護沒有動作跳閘，一次送電成功。

5 結束語

從這次電氣跳閘保護的實例中可以看出，在電氣改造過程中，一定要對改造前后的設計方案、供電系統類型考慮清楚。在設計時，就要考慮全面，保證改造前后的設備供電方式要一致。施工時不僅要完成設備的安裝調試，還要考慮供電方式前后的銜接，這一過程不能忽略，關系著工程項目實施的成功與否。