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太浦河泵站電氣一次設(shè)計論文
摘要：本文介紹了太浦河泵站工程電氣一次設(shè)計中的電氣主接線、主要電氣設(shè)備選擇及電氣設(shè)備布置、接地設(shè)計等內(nèi)容。
關(guān)鍵詞：太浦河泵站 主接線 電氣設(shè)備 布置
1 泵站概述
太浦河泵站是太浦河工程的重要組成部分，其等別為I等大（1）型規(guī)模，主要建筑物包括泵房、攔污柵閘、公路橋、進(jìn)出水渠、變電站等。泵站裝有單泵流量為50m3/S、設(shè)計揚(yáng)程1.69m、斜15°軸伸式軸流泵及配套1600kW異步電機(jī)6臺，配套電機(jī)與水泵之間通過齒輪箱連接。設(shè)計總流量為300 m3/S。
2 主接線及站用電接線設(shè)計
根據(jù)泵站負(fù)荷容量及等級，確定泵站進(jìn)線為1路35kV進(jìn)線，經(jīng)隔離手車、計量PT、CT及避雷器、母線PT、進(jìn)線開關(guān)等至一臺35/6kV主變降壓至6kV，主變低壓側(cè)接6臺6kV高壓異步電動機(jī)及1號站用變，采用單母線接線。為保證站用電負(fù)荷的可靠性，泵站另有一路10kV電源經(jīng)負(fù)荷開關(guān)接2號站用變高壓側(cè)。站用電0.4kV側(cè)為單母線分段接線，1號站變主要負(fù)擔(dān)機(jī)組運(yùn)行時的輔機(jī)負(fù)荷，如稀油站，技術(shù)供水泵、液壓啟閉機(jī)閘門油泵等，2號站變主要負(fù)擔(dān)泵站照明、空調(diào)、檢修等負(fù)荷，兩臺站變通過0.4kV分段斷路器互為備用。對于比較重要的負(fù)荷如消防供水泵、技術(shù)供水泵、稀油站等由兩段母線分別引一路電源在末端進(jìn)行自動切換。在兩段母線上分別配置低壓電容器組進(jìn)行無功補(bǔ)償。在35kV進(jìn)線處設(shè)高壓計量，在2號站變10kV進(jìn)線處設(shè)高壓計量，對照明負(fù)荷在低壓側(cè)設(shè)單獨(dú)計量。
3 主要電氣設(shè)備選擇
3.1 配套電機(jī)
3.1.1 容量及電壓等級
根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范》（GB/T 50265-97）第10.3.2.1條規(guī)定，主電動機(jī)容量按水泵運(yùn)行的最大軸功率并留有一定的儲備，儲備系數(shù)宜為1.05~1.10。水泵最大軸功率N軸 約為1300kW，則配套電機(jī)N電=（1.1×N軸/96%）=1490kW（式中96%為齒輪箱效率）。按電機(jī)容量系列，選擇電動機(jī)額定功率為1600kW。
對于相同容量相同轉(zhuǎn)速的電動機(jī)，10kV電機(jī)比6kV電機(jī)價格要高20%~30%，二者的技術(shù)性能相近。泵站進(jìn)線電壓等級為35kV無論選用10kV或6kV電機(jī)均需要配置降壓變壓器，因此選定電機(jī)電壓等級為6kV。
3.1.2 同步電動機(jī)和異步電動機(jī)的比較
在初步設(shè)計及招標(biāo)設(shè)計階段，配套電機(jī)選用的是同步電動機(jī)，在施工圖設(shè)計階段，業(yè)主要求對同步電動機(jī)及異步電動機(jī)進(jìn)行詳細(xì)技術(shù)比較后再作出選擇。經(jīng)過調(diào)研及征詢一些專家的意見，得出：由于太浦河泵站在機(jī)組轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩方面無特殊要求，因此選用同步電動機(jī)和異步電動機(jī)都能滿足泵站正常運(yùn)行的要求。異步電動機(jī)因結(jié)構(gòu)簡單，在運(yùn)行、維護(hù)及可靠性方面要優(yōu)于同步電動機(jī)。在價格上異步電動機(jī)也比同步電動機(jī)便宜。近年來，在上海地區(qū)的泵站工程中采用異步電動機(jī)較多，運(yùn)行部門已取得了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。綜合以上幾點(diǎn)，太浦河泵站最終選用了異步電動機(jī)的方案。
3.1.3 補(bǔ)償方式
對于泵站來說，異步電動機(jī)的無功補(bǔ)償有集中補(bǔ)償和現(xiàn)地補(bǔ)償兩種方式，太浦河泵站采用現(xiàn)地補(bǔ)償方式。集中補(bǔ)償在電動機(jī)母線上并聯(lián)多組電容器，根據(jù)運(yùn)行的電機(jī)臺數(shù)和無功功率投入不同組電容器。此種方式電容器組需配置高壓斷路器柜及自動投切裝置，投資較大，因此未予采用。現(xiàn)地補(bǔ)償在每臺電動機(jī)機(jī)端并聯(lián)一組電容器，每次機(jī) 組投運(yùn)時電容器亦投入，根據(jù)計算，太浦河泵站每臺異步電動機(jī)需配備電容器360kVAR（額定電壓為6.6/＾３kV），能滿足在泵站正常水位變化范圍內(nèi)電機(jī)功率因數(shù)達(dá)到0.9的要求。補(bǔ)償設(shè)備采用成套電容補(bǔ)償裝置，包括高壓熔斷器、避雷器、電容器、放電線圈、串聯(lián)電抗器等設(shè)備，由電機(jī)廠配套供應(yīng)。
3.1.4 起動方式
根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范》10.5.1條機(jī)組應(yīng)優(yōu)先采用全電壓直接起動方式，且母線電壓降不宜超過母線額定電壓的15％。根據(jù)起動壓降計算，在五臺機(jī)組正常運(yùn)行，第六臺機(jī)組起動時母線壓降不超過15%，因此主電機(jī)采用全電壓直接起動方式。
3.1.5 額定參數(shù)
電動機(jī)的額定參數(shù)值如下;
額定功率：1600kW;額定電壓：6kV;
同步轉(zhuǎn)速：1000r/min;額定轉(zhuǎn)速：994r/min;
額定功率因數(shù)：0.856;絕緣等級：F級（按B級考核）；
外殼防護(hù)等級：IP23;冷卻方式：IC27;
效率：96.1％；堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：0.75倍額定轉(zhuǎn)矩；
最大轉(zhuǎn)矩：1.98倍額定轉(zhuǎn)矩；堵轉(zhuǎn)電流：5.4倍額定電流。
3.2 主變壓器
3.2.1 容量
根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范》10.3.3條及附錄D的規(guī)定，主變壓器容量按下式計算：S=ｎ＆（ｋ，１）P1/η×K1/COS+P2K2其中：
S — 計算容量;P — 電動機(jī)額定功率（kW）;
P2K2— 站用電負(fù)荷；η— 電動機(jī)效率；
COS— 電動機(jī)功率因數(shù)；K1— 電動機(jī)負(fù)荷系數(shù),取1.05。
S=10100kVA。
選定主變?nèi)萘繛?2500kVA，該容量同時滿足主電動機(jī)全壓起動要求
3.2.2 主變調(diào)壓方式
根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇姴块T提供的電壓波動范圍，選擇無勵磁調(diào)壓難以滿足泵站供電要求，因此需選擇有載調(diào)壓變壓器。同時選用有載調(diào)壓變壓器可減少泵站正常運(yùn)行對當(dāng)?shù)仉妷嘿|(zhì)量的依賴，對電動機(jī)的全電壓起動也有利。經(jīng)調(diào)壓計算，確定主變壓器的額定電壓為35±42×2.5% / 6.3 kV，該電壓也經(jīng)當(dāng)?shù)毓╇姴块T同意。
3.2.3 主變型式
考慮到經(jīng)濟(jì)因素，主變未選用干式而選用油浸式變壓器，冷卻方式采用自冷式提高可靠性，降低噪音。同時主變選用S9系列節(jié)能變壓器，降低損耗及噪音。主變型號為SZ9—12500/35 。
3.3 站用變壓器
對站用變壓器容量選擇原則為一臺站變退出運(yùn)行時，另一臺應(yīng)能承擔(dān)重要站用負(fù)荷。結(jié)合工程的實(shí)際情況，重要負(fù)荷包括技術(shù)供水泵、稀油站、滲漏排水泵、工作照明、二次設(shè)備等負(fù)荷，根據(jù)上述原則確定站用變壓器的容量為630kVA。站用變壓器選用SC10型環(huán)氧澆注干式變壓器。
3.4 高、低壓開關(guān)柜
高壓開關(guān)柜選用KYN型高壓開關(guān)柜，開關(guān)柜內(nèi)配真空開關(guān)。低壓開關(guān)柜選用MNS型抽屜式開關(guān)柜，開關(guān)柜內(nèi)配低壓框架斷路器及塑殼斷路器。
4 主要電氣設(shè)備布置
泵站主泵房南端為35kV變電所。變電所共五層：地下一層（▽3.5m）為電纜層，布置高低壓電纜及控制電纜橋架。出于美觀考慮，35kV及10kV電源先用架空線引至泵站附近，再通過電纜由地下一層引至站內(nèi)。在地下一層進(jìn)、出水側(cè)近主泵房墻上各開一個電纜孔，至主泵房的電纜由此引入主泵房。
一層（▽7.0m）為配電裝置層，設(shè)主變室、35kV高壓配電室、6kV配電室及低壓配電室，分別布置主變、35kV高壓開關(guān)柜、6kV高壓開關(guān)柜及低壓開關(guān)柜等設(shè)備。為便于低壓側(cè)接線，兩臺站用變與低壓開關(guān)柜并列布置在低壓配電室內(nèi)。主變室下設(shè)主變油坑，容納100％主變油量。主變35kV側(cè)通過電纜與35kV高壓開關(guān)柜連接，主變6kV側(cè)通過共箱封閉母線與6kV高壓開關(guān)柜連接。二層（▽▽11.50m）為電纜夾層,主要布置控制電纜橋架。電纜夾層及地下電纜層之間設(shè)電纜豎井，電纜沿電纜豎井內(nèi)橋架敷設(shè)。三層（▽14.50m）為二次、設(shè)備層，設(shè)中控室、繼保室、通訊設(shè)備室及計算機(jī)室等，布置泵站UPS系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、控制臺等設(shè)備。中控室近主泵房側(cè)設(shè)落地窗，以便運(yùn)行人員從中控室瞭望機(jī)組。四層（▽19.50m）為辦公層。
主泵房水下部分分三層，分別為底板層、水泵層及安裝間層。底板層（▽－6.50m）布置有滲漏排水泵、檢修排水泵等設(shè)備，各設(shè)備旁均設(shè)現(xiàn)地控制箱。水泵層（▽1.45m）進(jìn)水口側(cè)為輔機(jī)室，包括供水泵室、稀油站室、油處理室等，布置有消防供水泵、技術(shù)供水泵、稀油站、濾油機(jī)等設(shè)備，分別設(shè)現(xiàn)地動力箱及控制箱。主電動機(jī)在水泵出水口側(cè)，向進(jìn)水口側(cè)向下斜15°與齒輪箱連接。每臺電機(jī)旁布置現(xiàn)地LCU屏及機(jī)組通風(fēng)機(jī)控制箱。在各臺機(jī)組隔礅上布置電纜溝，便于沿進(jìn)、出水口方向的電纜敷設(shè)。主電動機(jī)出水口側(cè)為液壓啟閉機(jī)室，布置有液壓閉機(jī)油泵及操組閥組。在油泵附近布置油泵動力柜及控制柜。為美觀需要，將六臺電容器補(bǔ)償柜分散布置在液壓啟閉機(jī)室內(nèi)。沿液壓啟閉機(jī)室頂布置6kV高壓電纜及啟閉機(jī)控制電纜橋架。至每臺主電機(jī)底6kV高壓電纜由變電站地下一層及液壓啟閉機(jī)頂電纜橋架敷設(shè)至主泵房，再經(jīng)電容器補(bǔ)償柜至主電機(jī)接線箱。進(jìn)水口輔機(jī)室上方（▽1.45m）為電纜道及通風(fēng)機(jī)室。電纜道為主泵房電纜的主通道，內(nèi)布置動力及控制電纜橋架。在每個機(jī)組段間電纜道墻上開電纜孔，電纜沿橋架引下至▽1.45m機(jī)組隔礅上的電纜溝，再引至各設(shè)備。通風(fēng)機(jī)室內(nèi)布置主泵房排風(fēng)機(jī)動力柜及控制柜。安裝間層（▽6.15m）主泵房北側(cè)為安裝間，布置檢修動力柜一臺。沿主泵房四周一圈為巡視走道，在出水口走道上方墻上設(shè)閘門現(xiàn)地控制箱，以便操作人員在操作時觀察閘門起落情況。
距主泵房進(jìn)水口側(cè)70m左右為攔污柵閘，布置有13臺清污機(jī)及1臺皮帶運(yùn)輸機(jī)。設(shè)動力柜、集中控制柜各1臺，每臺設(shè)備均隨機(jī)帶有控制箱。
5 過電壓保護(hù)及接地裝置
為防止雷電侵入波引起的過電壓，在35kV母線及6kV母線上均裝設(shè)一組避雷器保護(hù)。同時為防止真空開關(guān)操作時產(chǎn)生的操作過電壓對設(shè)備的絕緣特別是主電動機(jī)的絕緣造成威脅，在每個真空開關(guān)回路均裝設(shè)過電壓保護(hù)裝置，保護(hù)裝置用氧化鋅避雷器，采用四星形接法。
泵站的接地系統(tǒng)采用聯(lián)合接地的方式，工作、保護(hù)及防雷接地合用一個接地系統(tǒng)，工頻接地電阻值按≤1Ω設(shè)計。整個接地電阻由人工接地體及自然接地體組成，并盡可能利用利用自然接地體。主要利用水工建筑物底板的鋼筋網(wǎng)，在底板鋼筋網(wǎng)敷設(shè)由接地扁鋼組成的網(wǎng)格與鋼筋網(wǎng)焊接。這些水工建筑物包括進(jìn)、出水池、主泵房、安裝間及變電站等，同時利用閘門門槽、攔污柵等金屬件接地。在變壓器中性點(diǎn)及避雷器接地處附近打垂直接地極。
根據(jù)GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》，本泵站按第二類防雷建筑物設(shè)計。主泵房及安裝間屋面為彩鋼板，且厚度大于0.5mm，可作為接閃物，因此主泵房頂不再敷設(shè)避雷帶，按照第二類防雷建筑物的要求設(shè)計避雷引下線，引下線與屋面鋼網(wǎng)架焊接。變電站屋面裝設(shè)避雷針，作為變電站的直擊雷保護(hù)。
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