司马浦电排站工程电气设计要点

张水凤

（韶关市水利水电勘测设计咨询有限公司汕头分公司，广东 汕头 515041）

1 工程概况

新建司马浦电排站，站址位于秋风水与练江交汇处（K7+730）上游182 m 处，位于司下水闸（K7+635）上游87 m，装机8台轴流泵，设计流量48.40 m3/s。泵站由主副厂房、出水干管、压力箱、排水箱涵以及进出水渠构成。水泵配置高压电动机，双回路供电。水闸、泵站枢纽统一由司马浦镇政府安排管理，工程建设安排新建管理小楼房。司马截流堤围设计洪水面线位20 年一遇《汕头市潮南区秋风水（司马截流）达标加固工程初步设计报告书》，泵前水位为2.13 m。

泵站进水池水位：最高水位2.13 m（取水闸上游20年一遇站前防洪水位）；最高运行水位2 m（调蓄计算站前最高水位）；最低运行水位0 m（调蓄计算站前最低水位）；平均水位1 m。

泵站出水池水位：设计运行水位2.83 m（干流5 年和10 年一遇排水时段平均水位）；最高运行水位3.61 m（干流10 年和20年一遇排水时段平均水位）；干流历史最高水位3.60 m（2013年“8.17”洪水）；河段正常水位0.60～0.90 m（练江水闸设计蓄水位0.60 m，回水雍高0.30 m），属灌溉要求水位，由练江水闸蓄水决定。

2 电气设计要点

2.1 接入电力系统方式

此工程主要负荷为司马浦电排站8台450 kW主水泵电动机及站内其他负荷，拟采用双回路10 kV 电源形成环网供电；供电电源拟从距离本泵站约2.50 km处接入；全部用电负荷约为4 547 kVA，要求每回线路都能承担全部用电负荷。

2.2 用电负荷统计及供电方式

2.2.1 0.40 kV用电负荷统计

0.40 kV用电负荷统计见表1。

表1 0.40 kV用电负荷表

2.2.2 10 kV用电负荷统计

10 kV用电负荷统计见表2。

表2 10 kV负荷容量计算表

水泵电动机输出功率按450 kW 计，考虑到水泵电动机效率（按92%算），电源需要容量为4 517.83 kVA。

2.2.3 供电方式

根据泵站的用电负荷及运行情况，经初步负荷分析，此工程按二级负荷供电；主泵电动机单机容量为450 kW，按设计规范，10 kV电压等级是高压水泵电机优先采用的电压等级，故主泵电机选用10 kV 高压电动机，两回10VkV 电缆环网进线，直配供电。根据当地供电部门的习惯做法，环网柜单独设置。

450 kW电机对于10 kV来说容量不算很大，采用直接起动方式，配高压无功补偿电容器。

0.40 kV用电负荷：在泵站副厂房设置一台容量为200 kVA站用变，并配置低压配电柜，由低压配电柜给水闸及各功能房动力、照明供电。

2.3 电气主接线

此泵站10 kV 高水泵台数为8 台；站用变压器1 台；10 kV电源进线2 回。根据10 kV 的接线情况、出线回路及备用电源的设置，选用可靠性高、调度方便的单母线接线：

高、低压侧均采用单母线分段接线，两回10 kV电源进线，分别带Ⅰ段、Ⅱ段母线，Ⅰ段带5回出线（其中一回为站变）；Ⅱ段母线带4回出线。

低压侧站用变降压后接入0.40 kVⅠ段母线、各用电设备及功能房经低压配电柜馈电。

为使水闸等负荷在没有电网电源时也能正常工作，配备一台90 kW（输出功率112.50 kVA）柴油发电机组。

根据业主提供的资料，接至电源点10 kV 电缆线路长约2.50 km。经核算，水泵电动机直接启动时最大压降在允许范围（15%）以内，满足要求。

2.4 主要电气设备选择

电气设备选择的成果如表3和表4所示。

表4 低压断路器选择校验表

2.4.1 10kV高压开关柜

高压开关柜选用较为先进可靠的金属封闭铠装移开（中置）式开关柜，配用真空断路器EV12S0625210D，开断电流取25 kA。为提高操作电源的可靠性，真空断路器配用操作电源为直流220 V 的弹簧操动机构。为限制真空断路器的操作过电压，在真空开关柜内配置过电压保护器。

2.4.2 电动机的启动方式及技术参数

电排站选用的高压电动机8台，容量均为450 kW，采取10 kV高压直接启动。

2.4.3 站用变压器

0.40 kV包括闸门启闭机，清污机，皮带机，泵房桥机、集水井排水泵、检修水泵，控制设备用电，检修负荷，泵房照明、空调等。设置1台站用变压器接在主电动机电压母线上。

考虑到无油化的要求，选用防火性能较好的干式变压器；并采用低损耗的11型（SC11）变压器，变压器带保护外壳。

2.4.4 高、低压电缆

10 kV电源进线电缆和环网电缆根据载流量、短路热稳定、压降和敷设方式等条件，选YJV22-8.7/10-3×300电缆。

2.5 计算机监控系统

2.5.1 水系运行系统的集中控制

2.5.1.1 总体设计

计算机监控系统按“无人值班”（少人值守）要求考虑监控方案设置，监控对象包括泵站和出口水闸及其辅助设备。计算机监控系统拟采用分层分布式结构，由主控级和现地控制单元级组成。主控级设备布置在泵站副厂房的控制室内，实现远方监控，并配置有通信计算机。

在闸门、清污机、皮带机及各种辅助设备处设就地控制箱（柜），可通过手动按钮操作。

在内、外河（海）、拦污栅后均设有超声波水位计，在闸门启闭机上设闸门开度仪，并将信号送至PLC，在控制室内通过主计算机监控系统对水位及闸门运行工况进行监测。并通过检测拦污栅前后的水位差，控制清污机和皮带机的启停。通信计算机用于主控级计算机监控系统和上级控制中心计算机系统之间进行通讯，实现远程监控的功能。通信方式及通信规约满足上级防汛控制中心计算机监控系统的要求。

2.5.1.2 计算机监控系统运行控制方式

闸门和泵站的计算机监控系统设计，分为下面三级。

第一级，调度级操作：汕头市水利局或上级控制中心调度控制人员可以通过调度计算机系统，在远程利用IE 浏览器查看全部的报表数据，经IE与闸门和泵站的计算机系统通信，实现遥测、遥信、遥控、遥视。

第二级，主控上位机操作：在控制室主控级计算机监控系统上实现对闸门和泵站设备的监视控制，有闸站和泵站自动控制、操作人员控制台控制两种方式。

第三级，闸门和泵站的现地控制单元操作：在闸门和泵站的运行初期或主控级出现故障退出运行及根据需要，操作人员可通过现地控制柜上触摸屏或按钮等设备，实现对闸门和泵站设备的控制、调节。

2.5.1.3 网络结构

监控系统网络结构采用冗余光纤环形以太网，作为水系集控系统的主干网，网络速率达100 M，支持多种以太网协议。监控主机、通信计算机设备、视频监视主机、视频摄像机以及现地单元均挂在以太网上，现地单元通过现场总线与自动化设备监测进行数据通信。高低压开关柜综合保护和电能测量装置以现场总线方式与现地单元通信接入以太网。

2.5.1.4 监控主计算机

主控机配置两台互为冗余的监控主计算机，监控主计算机功能包括对整个计算机监控系统的管理，数据计算和处理，数据库管理，在线及离线计算功能，各种图表、曲线的生成，事故、故障信号的分析处理等。

2.5.1.5 通信计算机兼数据库服务器

数据计算和处理，数据库管理等；负责与其他系统及控制中心通信，采集设备运行状态，上传至监控中心，并接受监控中心的控制指令，对设备进行控制。

2.5.1.6 现地闸门控制单元

泵站和出口水闸各配置1 套控制柜（包括1 面PLC 控制柜和1 面动力控制柜），实现对闸门的控制，对工作门状态采集、故障报警、开度显示等功能。

2.5.1.7 泵站现地LCU

泵站LCU配置有：八台主泵各配置一面PLC控制柜，控制该泵组及相关设备，如出水快速闸门和事故闸门等，并通过现场总线与电动机综合保护测控装置相连，实现通信，采集它们的运行状态信息，包括电机内绕组温度、轴承温度、浮子开关、水位、闸门开度及各现场控制箱内的控制器状态等。泵组PLC控制柜布置在泵房现地。

设置一台公用PLC控制柜，控制集水井排水泵、检修排水泵、清污机、皮带机、0.40 kV进线柜及分段柜等设备，并通过现场总线与各高低压开关柜的智能综合保护测控装置及测量装置相连，用于对10 kV进线柜、变压器出线柜、0.40 kV进线柜及分段柜进行控制。公用PLC控制柜布置在继保室内。

2.5.1.8 控制台

控制台布置于控制室，应为钢结构，满足防火要求，外形美观，控制台尺寸应不小于4 000 mm×1 000 mm×760 mm。

2.5.2 保护

根据《继电保护和安全自动装置技术规程》《泵站设计规范》的规定配置继电保护，并力求简单可靠。保护配置有：10 kV进线：电流速断、过电流；10 kV母线：低电压、绝缘监视；10/0.40 kV降压变压器：电流速断、过电流、过负荷、温度过高；10 kV 主电动机：电流速断、过热、堵转、低电压、单相接地保护等。

2.5.3 测量

10 kV高压进线柜、分段柜，0.40 kV低压进线及分段柜、主泵出线柜配置电动机多功能网络电力仪表。在0.40 kV其他馈电回路设置常规检测用的数字型电流表，装于各低压开关柜上。多功能网络电力仪表能对此工程配置的各测量信息进行显示、记录、报警，并通过标准通信接口与监控PLC连接。主水泵内设置温度、渗漏传感器，并将所测数据通过屏蔽信号电缆传至综合绝缘监测控制器。

2.5.4 通信系统

在泵站和管理区各配置一台20 门分机的电话程控交换机，中继线为3 根，作为站内通信、调度管理通信，此工程对外通信联络应由建设单位向当地电信部门申请核准确定。

2.6 机电设备布置

2.6.1 机组及其附属设备的布置

泵站轴线位于变更后防洪闸（K7+635）上游87 m、出口与练江衔接，主泵房为堤后干室型，包括前池、泵房、压力箱、穿堤箱涵、工作闸、消力池等部分。主泵房地下为整体钢筋混凝土结构，8台机组组成一字型，机组间距6 m。

2.6.2 电气设备布置

根据业主提供的资料，10 kV选用YJV电缆进入电排站，此工程机组电机采用高压，故经10 kV开关柜后直接带动高压电机，电气设备集中布置在泵站控制楼内，根据当地供电部门的习惯做法，环网柜（10 kV电源）单独布置，由供电部门负责。

3 结语

总而言之，电排站是重要的水利基础设施，对于地区经济的发展有着一定的促进作用。电气施工质量直接影响到电排站的工作效能，进而影响到整个系统的正常运转。所以，要重视司马浦电排站电气设计研究，对其中设计要点进行分析，保证电气设备安全运转。