司馬浦電排站工程電氣設計要點

張水鳳

（韶關市水利水電勘測設計咨詢有限公司汕頭分公司，廣東 汕頭 515041）

1 工程概況

新建司馬浦電排站，站址位于秋風水與練江交匯處（K7+730）上游182 m 處，位于司下水閘（K7+635）上游87 m，裝機8臺軸流泵，設計流量48.40 m3/s。泵站由主副廠房、出水干管、壓力箱、排水箱涵以及進出水渠構成。水泵配置高壓電動機，雙回路供電。水閘、泵站樞紐統一由司馬浦鎮政府安排管理，工程建設安排新建管理小樓房。司馬截流堤圍設計洪水面線位20 年一遇《汕頭市潮南區秋風水（司馬截流）達標加固工程初步設計報告書》，泵前水位為2.13 m。

泵站進水池水位：最高水位2.13 m（取水閘上游20年一遇站前防洪水位）；最高運行水位2 m（調蓄計算站前最高水位）；最低運行水位0 m（調蓄計算站前最低水位）；平均水位1 m。

泵站出水池水位：設計運行水位2.83 m（干流5 年和10 年一遇排水時段平均水位）；最高運行水位3.61 m（干流10 年和20年一遇排水時段平均水位）；干流歷史最高水位3.60 m（2013年“8.17”洪水）；河段正常水位0.60～0.90 m（練江水閘設計蓄水位0.60 m，回水雍高0.30 m），屬灌溉要求水位，由練江水閘蓄水決定。

2 電氣設計要點

2.1 接入電力系統方式

此工程主要負荷為司馬浦電排站8臺450 kW主水泵電動機及站內其他負荷，擬采用雙回路10 kV 電源形成環網供電；供電電源擬從距離本泵站約2.50 km處接入；全部用電負荷約為4 547 kVA，要求每回線路都能承擔全部用電負荷。

2.2 用電負荷統計及供電方式

2.2.1 0.40 kV用電負荷統計

0.40 kV用電負荷統計見表1。

表1 0.40 kV用電負荷表

2.2.2 10 kV用電負荷統計

10 kV用電負荷統計見表2。

表2 10 kV負荷容量計算表

水泵電動機輸出功率按450 kW 計，考慮到水泵電動機效率（按92%算），電源需要容量為4 517.83 kVA。

2.2.3 供電方式

根據泵站的用電負荷及運行情況，經初步負荷分析，此工程按二級負荷供電；主泵電動機單機容量為450 kW，按設計規范，10 kV電壓等級是高壓水泵電機優先采用的電壓等級，故主泵電機選用10 kV 高壓電動機，兩回10VkV 電纜環網進線，直配供電。根據當地供電部門的習慣做法，環網柜單獨設置。

450 kW電機對于10 kV來說容量不算很大，采用直接起動方式，配高壓無功補償電容器。

0.40 kV用電負荷：在泵站副廠房設置一臺容量為200 kVA站用變，并配置低壓配電柜，由低壓配電柜給水閘及各功能房動力、照明供電。

2.3 電氣主接線

此泵站10 kV 高水泵臺數為8 臺；站用變壓器1 臺；10 kV電源進線2 回。根據10 kV 的接線情況、出線回路及備用電源的設置，選用可靠性高、調度方便的單母線接線：

高、低壓側均采用單母線分段接線，兩回10 kV電源進線，分別帶Ⅰ段、Ⅱ段母線，Ⅰ段帶5回出線（其中一回為站變）；Ⅱ段母線帶4回出線。

低壓側站用變降壓后接入0.40 kVⅠ段母線、各用電設備及功能房經低壓配電柜饋電。

為使水閘等負荷在沒有電網電源時也能正常工作，配備一臺90 kW（輸出功率112.50 kVA）柴油發電機組。

根據業主提供的資料，接至電源點10 kV 電纜線路長約2.50 km。經核算，水泵電動機直接啟動時最大壓降在允許范圍（15%）以內，滿足要求。

2.4 主要電氣設備選擇

電氣設備選擇的成果如表3和表4所示。

表4 低壓斷路器選擇校驗表

2.4.1 10kV高壓開關柜

高壓開關柜選用較為先進可靠的金屬封閉鎧裝移開（中置）式開關柜，配用真空斷路器EV12S0625210D，開斷電流取25 kA。為提高操作電源的可靠性，真空斷路器配用操作電源為直流220 V 的彈簧操動機構。為限制真空斷路器的操作過電壓，在真空開關柜內配置過電壓保護器。

2.4.2 電動機的啟動方式及技術參數

電排站選用的高壓電動機8臺，容量均為450 kW，采取10 kV高壓直接啟動。

2.4.3 站用變壓器

0.40 kV包括閘門啟閉機，清污機，皮帶機，泵房橋機、集水井排水泵、檢修水泵，控制設備用電，檢修負荷，泵房照明、空調等。設置1臺站用變壓器接在主電動機電壓母線上。

考慮到無油化的要求，選用防火性能較好的干式變壓器；并采用低損耗的11型（SC11）變壓器，變壓器帶保護外殼。

2.4.4 高、低壓電纜

10 kV電源進線電纜和環網電纜根據載流量、短路熱穩定、壓降和敷設方式等條件，選YJV22-8.7/10-3×300電纜。

2.5 計算機監控系統

2.5.1 水系運行系統的集中控制

2.5.1.1 總體設計

計算機監控系統按“無人值班”（少人值守）要求考慮監控方案設置，監控對象包括泵站和出口水閘及其輔助設備。計算機監控系統擬采用分層分布式結構，由主控級和現地控制單元級組成。主控級設備布置在泵站副廠房的控制室內，實現遠方監控，并配置有通信計算機。

在閘門、清污機、皮帶機及各種輔助設備處設就地控制箱（柜），可通過手動按鈕操作。

在內、外河（海）、攔污柵后均設有超聲波水位計，在閘門啟閉機上設閘門開度儀，并將信號送至PLC，在控制室內通過主計算機監控系統對水位及閘門運行工況進行監測。并通過檢測攔污柵前后的水位差，控制清污機和皮帶機的啟停。通信計算機用于主控級計算機監控系統和上級控制中心計算機系統之間進行通訊，實現遠程監控的功能。通信方式及通信規約滿足上級防汛控制中心計算機監控系統的要求。

2.5.1.2 計算機監控系統運行控制方式

閘門和泵站的計算機監控系統設計，分為下面三級。

第一級，調度級操作：汕頭市水利局或上級控制中心調度控制人員可以通過調度計算機系統，在遠程利用IE 瀏覽器查看全部的報表數據，經IE與閘門和泵站的計算機系統通信，實現遙測、遙信、遙控、遙視。

第二級，主控上位機操作：在控制室主控級計算機監控系統上實現對閘門和泵站設備的監視控制，有閘站和泵站自動控制、操作人員控制臺控制兩種方式。

第三級，閘門和泵站的現地控制單元操作：在閘門和泵站的運行初期或主控級出現故障退出運行及根據需要，操作人員可通過現地控制柜上觸摸屏或按鈕等設備，實現對閘門和泵站設備的控制、調節。

2.5.1.3 網絡結構

監控系統網絡結構采用冗余光纖環形以太網，作為水系集控系統的主干網，網絡速率達100 M，支持多種以太網協議。監控主機、通信計算機設備、視頻監視主機、視頻攝像機以及現地單元均掛在以太網上，現地單元通過現場總線與自動化設備監測進行數據通信。高低壓開關柜綜合保護和電能測量裝置以現場總線方式與現地單元通信接入以太網。

2.5.1.4 監控主計算機

主控機配置兩臺互為冗余的監控主計算機，監控主計算機功能包括對整個計算機監控系統的管理，數據計算和處理，數據庫管理，在線及離線計算功能，各種圖表、曲線的生成，事故、故障信號的分析處理等。

2.5.1.5 通信計算機兼數據庫服務器

數據計算和處理，數據庫管理等；負責與其他系統及控制中心通信，采集設備運行狀態，上傳至監控中心，并接受監控中心的控制指令，對設備進行控制。

2.5.1.6 現地閘門控制單元

泵站和出口水閘各配置1 套控制柜（包括1 面PLC 控制柜和1 面動力控制柜），實現對閘門的控制，對工作門狀態采集、故障報警、開度顯示等功能。

2.5.1.7 泵站現地LCU

泵站LCU配置有：八臺主泵各配置一面PLC控制柜，控制該泵組及相關設備，如出水快速閘門和事故閘門等，并通過現場總線與電動機綜合保護測控裝置相連，實現通信，采集它們的運行狀態信息，包括電機內繞組溫度、軸承溫度、浮子開關、水位、閘門開度及各現場控制箱內的控制器狀態等。泵組PLC控制柜布置在泵房現地。

設置一臺公用PLC控制柜，控制集水井排水泵、檢修排水泵、清污機、皮帶機、0.40 kV進線柜及分段柜等設備，并通過現場總線與各高低壓開關柜的智能綜合保護測控裝置及測量裝置相連，用于對10 kV進線柜、變壓器出線柜、0.40 kV進線柜及分段柜進行控制。公用PLC控制柜布置在繼保室內。

2.5.1.8 控制臺

控制臺布置于控制室，應為鋼結構，滿足防火要求，外形美觀，控制臺尺寸應不小于4 000 mm×1 000 mm×760 mm。

2.5.2 保護

根據《繼電保護和安全自動裝置技術規程》《泵站設計規范》的規定配置繼電保護，并力求簡單可靠。保護配置有：10 kV進線：電流速斷、過電流；10 kV母線：低電壓、絕緣監視；10/0.40 kV降壓變壓器：電流速斷、過電流、過負荷、溫度過高；10 kV 主電動機：電流速斷、過熱、堵轉、低電壓、單相接地保護等。

2.5.3 測量

10 kV高壓進線柜、分段柜，0.40 kV低壓進線及分段柜、主泵出線柜配置電動機多功能網絡電力儀表。在0.40 kV其他饋電回路設置常規檢測用的數字型電流表，裝于各低壓開關柜上。多功能網絡電力儀表能對此工程配置的各測量信息進行顯示、記錄、報警，并通過標準通信接口與監控PLC連接。主水泵內設置溫度、滲漏傳感器，并將所測數據通過屏蔽信號電纜傳至綜合絕緣監測控制器。

2.5.4 通信系統

在泵站和管理區各配置一臺20 門分機的電話程控交換機，中繼線為3 根，作為站內通信、調度管理通信，此工程對外通信聯絡應由建設單位向當地電信部門申請核準確定。

2.6 機電設備布置

2.6.1 機組及其附屬設備的布置

泵站軸線位于變更后防洪閘（K7+635）上游87 m、出口與練江銜接，主泵房為堤后干室型，包括前池、泵房、壓力箱、穿堤箱涵、工作閘、消力池等部分。主泵房地下為整體鋼筋混凝土結構，8臺機組組成一字型，機組間距6 m。

2.6.2 電氣設備布置

根據業主提供的資料，10 kV選用YJV電纜進入電排站，此工程機組電機采用高壓，故經10 kV開關柜后直接帶動高壓電機，電氣設備集中布置在泵站控制樓內，根據當地供電部門的習慣做法，環網柜（10 kV電源）單獨布置，由供電部門負責。

3 結語

總而言之，電排站是重要的水利基礎設施，對于地區經濟的發展有著一定的促進作用。電氣施工質量直接影響到電排站的工作效能，進而影響到整個系統的正常運轉。所以，要重視司馬浦電排站電氣設計研究，對其中設計要點進行分析，保證電氣設備安全運轉。