新疆某泵站电气设计特点

2011-04-26阿瓦古丽肉孜

电气技术 2011年9期

阿瓦古丽·肉孜

（新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000）

1 泵站概况

新疆某泵站位于新疆省昌吉州，泵站满足本地州的工业、生活及环境保护用水的长距离管道输水工程。供水输水管线全长200多公里、在输水管线起头设一座泵站，站装机规模为3×2800kW单机额定功率为2800kW卧式异步调速电动机泵站，总装机容量为 8400kW，共 3台电机。本工程用水量发展情况分期建设。一期装机2台机，其中，1台工作泵，1台备用泵。二期装1台机。

泵站按“无人值班（少人值守）”原则进行设计，自动化水平较高。

根据工地所在地电网情况及为了提高泵站供电可靠性采用双电源供电，引入两回35kV线路供电。

泵站所在地区的气象特征值为：

1）多年平均气温：6.12℃。

2）极端最高气温：35.9℃。

3）极端最低气温：-29.8℃。

4）多年平均降水量：110.28mm。

5）多年平均蒸发量：1455.8mm。

2 电气主接线

泵站附近有瑶池220kV变电所和上户沟110kV变电所，瑶池220kV变电所离泵站有35km距离、上户沟110kV变电所离泵站有22km距离，这两所变电所是当地电网的主力电源之一。

为了提高泵站供电可靠性采用双电源供电，从瑶池220kV变电所引入1回35kV线路作为第一个电源点给泵站供电，导线截面采用 LGJ-185、上户沟110kV变电所引入1回35kV线路第二个电源给泵站供电，导线截面采用LGJ-185。

电气主接线的接线确定应是综合考虑系统状况、建设规模、接入系统设计、等因素；电气主接线应满足电力系统的稳定、可靠性的要求以及电力系统对泵站水泵运行方式的要求，同时应满足供电可靠、运行灵活、检修方便、接线简单、便于实现自动化和分期过渡、经济合理等要求。

（1）电气主接线方案

泵站主接线 35kV侧采用双回线路进线，采用单母线接线。6kV侧采用单母线接线。为了满足泵站分期建设，电机侧采用单母线接线。电机额定电压采用6kV，额定功率因数0.85。

（2）站用电电源的引接

提高供电可靠性泵站站用电 400V系统采用单母线分段的接线方式，并选用两台 630kVA站用变压器。1台站用变压器接在电机母线侧（SC10-630/6kV，6±2×2.5%/0.4kV）；另一台变压器接在 35kV母线侧（SC10-630/35kV，35±2×2.5%/0.4kV）。

（3）泵站电气主接线简易图如图1所示。

图1 泵站电气主接线简晚图

3 电机起动方式

根据泵站供电系统接入情况，经过电机起动电压损失计算，主电动机起动时机端压降超过15%，泵组起动不能完成全压直接起动，需通过高压变频器或高压软起动器等辅助设备拖动完成起动过程。

高压软起动器主要应用于大功率电机设备的起动过程，以解决起动电流过大引起压降损失过大而造成电机起动失败或冲击电网的问题，对泵站还需要为电机设备配套无功补偿装置以提高功率因数而满足电网要求。

目前国内外主要应用的完美无谐波高压变频器，能够在不设置消谐装置的条件下满足电网的谐波干扰标准要求。在变频器投入运行时对所拖动的电机进行无功补偿，从而可以减少泵站为电机设备配套无功补偿装置的容量；该装置能够响应0～100%负载运行工况要求。

本泵站根据用水量和冬季安全运行情况对泵组扬水流量进行调节，并考虑供水流量稳定灵活可靠的要求及故适应本泵站离心泵组0～50%流量调节范围要求，选用高压变频器起动方式。

本泵站配置一台高压变频器时，在泵站两台水泵均需作为工作水泵情况下，可以通过起动母线实现“一拖一”起动不同水泵；但是，由于每台泵组起动不能完成全压直接起动，在高压变频器故障或检修时，将造成全站泵组停运。

结合本泵站一期、二期建设情况，由于泵站供水保证率为97%，为保证泵组起动可靠性，配置两台高压变频器（容量与电机对应），电机起动接线形式设置起动母线。一期运行中，一用一备；二期扩建同容量1台泵组时，不再增加高压变频器，并依照泵站供电主接线采用电机起动分段母线，实现互相备用。

本泵站地处乌鲁木齐电网负荷中心，因此电网对于用电户电气设备的谐波干扰有严格要求。因高压变频器DSP控制系统对调制波形的优化处理，确保高压变频器具备完美无谐波电压输出的技术特性，运行中不需另行配置消谐装置，从而节省消谐装置投资、减少占地。

根据规范要求，泵站应实现泵组无功就地补偿的要求。一期工程中两台泵组运行方式为“一用一备”，结合高压变频器配置，并出于节能高效减耗的产能目标，在“一拖一”运行过程中，高压变频器能自行补偿泵组电机的无功消耗并提升功率因数达到0.95以上，故在一期工程中暂不设置无功补偿装置，留待二期扩建时增1台泵组数量和运行工况需要再行配置电容器无功补偿装置。

因此泵站终期建设中配一套6kV电容器组进行无功补偿。电容器组单独组柜，与对应水泵电机6kV进线开关柜进行同步投切。泵组电机功率因数为0.85，经过计算，补偿后功率因数为 0.95，满足电力系统对泵站的无功补偿要求。

4 泵站继电保护

1）基本原则

本泵站主要电气设备及母线的继电保护采用微机型继电保护装置。其中，对于主变、电动机等主要电气设备，按照独立且利于维护原则单独组柜；其它35kV和6 kV线路及馈线等对象采用综合测控保护模块，集成布置于对应的开关柜内。

2）电机保护

#1、#2泵组电机合并设1面发电机保护屏。

3）变压器保护

2台变压器合并设1面变压器保护屏。

4）35kV和6kV线路保护

35kV线路微机保护，65kV线路微机保护均安装在开关柜本体内。

5）电能量计费系统

本泵站电能量计费装置是系统电能量计费系统的组成部分，计量对象为2回35kV线路，电度表计柜布置在继保间。

5 泵站厂房布置

泵站厂房主要包括主厂房、副厂房等。主厂房总长43.450m、宽15.700m，副厂房总长47.230m、宽14.620m。

泵站为卧式机组，主、副厂房按两层布置并采用L型布置方案。副厂房位于主厂房左侧。主、副厂房分为两层，电缆层、设备层、控制层。控制层与安装间同高程。副厂房控制层布置有中央控制室及继电保护室、35kV高压开关室、6kV高压开关室、高压变频器室、无功补偿室、低压开关室、通信室。

工程地处沙漠地区，风沙大，采用户外设备受环境影响较大，高压开关户内布置方案较户外敞开式设备方案占地面积少、安装周期短、有利于设备安全运行、延长设备检修周期、减少运行维护工作量、运行维护方便，且户内方案设备及土建综合投资较户外方案差别并不大，户内方案在技术及经济方面均优于户外方案，故确定 35kV配电装置设备选用户内手车式高压开关柜。6kV设备选用金属铠装户内手车式12 kV高压开关柜。

为了满足泵站分期建设选用两台8000kVA的油浸式双绕组主变压器，（S10-8000/35kV 8000kVA，35±5%/6kV，连接组别 Yd11Ud%=7.5）；主变布置在户外副厂房下游侧，高压侧均通过电缆与户内35kV开关柜、6kV开关柜连接。

6 泵站照明

由于泵站对供电可靠性有较高的要求，泵站照明分为工作照明和事故照明两个系统，工作照明采用交流380/220V三相五线制。事故照明采用交、直流供电方式。

照明电源的可靠性是整个泵站照明设计的重要因素。泵站照明电源从厂用电的两段母线引接，并且根据厂房内有自然采光和无自然采光分别考虑设置工作照明。主要供电范围为主、副厂房控制层、主厂房设备层、副厂房电缆层、安装间、中控室、厂区及围堤周围，这些场所易独立控制，互不影响，根据负荷重要性，可直接从厂用配电屏（或照明配电屏）引出，当某一回路或开关发生故障时，不影响其他照明供电。在照明回路中设置独立的配电箱以便对场所内的照明灯具进行控制，减小故障的范围。泵站设置的事故照明，以保证在交流电源消失时，泵站内重要场所及主要通道的照明。事故照明的电源引自泵站设置的交直流切换装置，交直流切换装置电源引自泵站低压屏和直流屏。