固始县引水调蓄工程电气设计方案

2015-04-04王卓然张亚辉张大鹏陈兆琦河南省水利勘测设计研究有限公司

河南水利与南水北调 2015年24期

□王卓然 □张亚辉 □张大鹏 □陈兆琦（河南省水利勘测设计研究有限公司）

0 引言

固始县位于河南省东南部，豫皖两省交界处，是河南省第一农业大县。截至目前固始县境内尚无大中型水库，仅有小型水库61座。由于灌区配套设施的滞后和老化，部分工程难以发挥效益，无法满足实际灌溉需要，严重制约了粮食综合生产能力的提高，只有水利工程进行完善的改造与高质量的建设，才能提高农业抵御自然灾害的能力，使灌区群众生产生活再上新台阶。固始县引水调蓄水库工程可利用灌河水资源，为鲇鱼山灌区提供灌溉水源，扩大灌溉面积，提高灌溉保证率。

1 电气设计必要性

固始县通过引水调蓄工程可提高此灌区灌溉保证率，改善灌区灌溉用水条件，既实现灌溉补水的目的，又能与固始县生态环境规划建设结合，既提高了农业生产质量，又避免了占用补水灌区大量宝贵耕地，使土地实现集约、高效利用。因此固始县引水调蓄工程亟待开工建设，以期尽早发挥其经济、生态、环境效益。

经济、合理、实用的电气设计方案是电气自动化系统平稳运行的基础，是引水调蓄工程管理调度、调控水位、闸门启闭、监控监测的信息上传下达的前提与保障。固始县引水调蓄工程供电系统电气设计范围包括闸门供电系统、主坝供电系统、管理所供电系统和主坝照明系统等主要设计单元。

2 供电系统电气设计

2.1 供电电源引接系统

根据现场实际情况结合负荷容量、供电范围、供电距离、电网条件以及国家规定的标准电压等级等要求，通过技术、经济比较分析，将供电电压等级确定为10kV。

因固始县引水调蓄工程位于固始县城西南向约5.30km的汪棚镇与秀水街道交界处，距离供电负荷中心较远，无法就近引接电源，根据相关资料及库区建筑物布置以及现场调研、查勘，固始县引水调蓄工程需新建一回约为5km的10kV架空线路作为此供电系统工程的供电电源。

2.2 电气主接线系统

电气主接线系统是水利工程电气设计的主体，与电力系统、工程条件、供电的可靠性、经济性密切相关，反映了供电系统的基本结构和性能，能够直观表达电能的输送和分配关系、设备的运行方式，是对电气布置、设备选择、继电保护和控制的主题描述。

此次主接线系统设计方案采用高压侧采用线路～变压器组接线方式、低压侧采用单母线供电方式。线路～变压器组接线不设汇流母线。电气主接线系统具有结构简单、使用设备少、配电装置方便布置，占地少、投资少，施工工期短等特点。

2.3 管理所电气设计

管理所主要负荷及负荷等级如下：大坝照明负荷约为30kW，负荷等级为三级负荷；管理所负荷约为40kW，负荷等级为三级负荷；另外闸门监控系统用电负荷为5kW，负荷等级为二级。

为了减少工程占地面积，节约投资，在管理所附近设置一台组合箱式变电站，特点是占用体积小、占地面积少、结构紧凑、便于搬迁、现场安装简单、无需专人值守的组合箱式变电站，其型号为：ZBW-125/10，变压器负荷容量为125kVA。电变压器采用D，yn11接线组别的三相变压器，具备限制高次谐波，利于单相接地短路故障切除及充分利用变压器能力的特点。

为保证闸门监控系统供电负荷的可靠性，经过电气计算，设置一台80kW柴油发电机组作为备用电源，通过低压电缆连接至管理处MNS低压开关柜内。

柴油发电机组连接在变压器低压侧，柴油发电机与网电之间采取防误并列措施，采用双电源切换装置，为二级用电负荷供电，且柴油发电机组设有自启动装置，保证在市电断电30s内供电。

管理房以及重要生产场所选用阻燃型电缆，事故照明回路采用A级阻燃电缆，其他回路和正常照明回路采用C级阻燃电缆；直流电源、消防电源、消防设备及事故通道的电梯用的电缆，采用耐火电缆。

箱变内低压配电柜选用MNS型低压抽出式开关柜2面，管理所配备MNS低压开关柜一面。按照相关规范规程要求，低压开关柜的外壳防护等级需满足环境条件的要求。当环境温度高于+40℃时，开关柜内的电器应降容使用。

2.4 主坝建筑物电气设计

主坝建筑物供电负荷主要包括对闸门启闭机的开闭控制，监测、监控、建筑物内照明及其他用电，主坝建筑物主要负荷有：输水洞进口拦污栅1台（3.70kW）；输水洞检修闸门1台（7.50kW）；闸室内、外照明等，负荷约为10kW。

主坝建筑物供电电源取自管理所组合箱式变电站，在主坝内配备低压配电柜1面，可编程控制器PLC两面。系统设现地控制、远方控制两层，启闭机控制系统采用可编程控制器PLC为主体，配套外围部件来完成对闸门的控制任务。

2.5 坝顶照明

坝顶路和工程管理处路径长约1000m，需要沿途布置照明设施，在本设计中沿途设置双臂高压钠灯40套，单灯功率为2×250W。照明灯杆安装在大坝防浪墙内，电源接自管理处箱式变电站内的照明配电箱。照明配电采用放射式和树干式结合的系统。三相配电干线的各相负荷平衡分配，在设计中要求最大相负荷不大于三相负荷平均值的115%，最小相负荷不小于三相负荷平均值的85%。

2.6 防雷接地

根据《电力设备过电压保护设计技术规程》及《电力设备接地设计技术规程》规定，在箱式变电站设独立式避雷针或避雷带，在电源进线侧装设避雷器，并在闸室屋顶设置避雷带。

直击雷过电压保护可采用避雷针、避雷线或避雷带。避雷针（线）的装设位置，应根据电气设备防反击过电压要求、土壤电阻率、设备、道路和出入口等布置情况确定，并设独立的集中接地装置。

组合箱式变电站、柴油发电机组、低压配电柜等均以接地线与自然接地网和人工接地网可靠连接。其他电子设备均保护接地，与防雷接地系统共用接地体。接地电阻≤1Ω，若不满足要求，需另增打接地体直至满足要求。

大坝防汛照明灯杆、灯具均应通过接地线和接地网可靠连接。为保证安全可靠，各工程充分利用金属构件及混凝土内钢筋等自然接地体。

3 供配电系统节能设计

节能要求是我国发展经济的一项长远战略方针。供配电系统节能设计的原则为：根据负荷容量，供电距离及分布，用电设备特点等因素合理设计供配电系统，做到系统尽量简单可靠，操作方便。变配电所应尽量靠近负荷中心，以缩短配电半径减少线路损耗。合理选择变压器的容量和台数，以适应由于季节性造成的负荷变化时能够灵活投切变压器，实现经济运行减少由于轻载运行造成的不必要电能损耗。

柴油发电机组应满足欧II标准，低燃油消耗、噪声低、体积小、重量轻的节能环保要求。

在低压电缆综合布线中，由于配电线路中有电阻存在，在电流通过时就会产生功率损耗，线路电阻在通过电流时，线路长度越长则电阻值越大，造成的电能损耗就越大，在本设计中通过选用电阻率ρ较小的铜芯导线来减少电阻值；在设计中尽可能减少导线长度；将管理处布置在尽可能地靠近负荷中心的位置，以减少供电半径；通过增大导线截面积，对于较长的线路，在满足载流量、热稳定，保护配合及电压降要求的前提下，在选定线截面时加大一级线截面，这样虽然增加了线路费用，随着运用时间的推移，通过节约能耗而减少了年运行费用。

通过以上节能措施设计，可起到节约提高能源利用效率，促进国民经济向节能型发展的作用。