南水北调东线一期栖霞配套工程电气一次设计特点简介

严蕾，巩强

（山东省水利勘测设计院，山东250013）

南水北调东线一期栖霞配套工程电气一次设计特点简介

严蕾，巩强

（山东省水利勘测设计院，山东250013）

本文针对南水北调东线栖霞配套工程特点，对工程主接线方案进行比较，并对高压电机软启动器和无功补偿等设计内容进行介绍。

南水北调东线；高压直配；高压固态软启动器；无功现地补偿

南水北调东线一期工程将于2013年全面实现通水目标，栖霞市是南水北调工程的受水区之一，根据南水北调东线一期工程水量分配指标，栖霞市年分配水量为500万m3.为了利用南水北调水，栖霞市必须配套必备的引水工程。

南水北调东线一期工程栖霞市续建配套工程是以解决栖霞市城镇生活用水和工业用水为主要目的兴建的调水工程。该工程利用现有庵里水库和黄燕底水库调蓄，从胶东调水干线丰粟分水口开始由后铺一级泵站输送至庵里水库；再由庵里二级泵站通过管道输送到黄岩底水库，供水管道出黄燕底水库进入蛇窝泊水厂。

1 工程建设规模

（1）后铺泵站：设计流量0.64 m3/s，设计扬程69.51 m.

（2）庵里泵站：设计流量0.30 m3/s，设计扬程177.60 m.

（3）丰粟分水口至庵里水库之间的供水规模，按照南水北调来水规模确定，即0.64m3/s；

（4）庵里水库至黄燕底水库之间的调水规模，按照兴利调算的月最大供水量确定，即0.30 m3/s；

（5）黄燕底水库至蛇窝泊水厂之间的调水规模，按照水厂的供水规模确定，即0.27万m3/d.

栖霞市南水北调配套工程主要建设内容有：后铺泵站工程、庵里泵站工程及供水管道工程。

2 负荷等级及供电电源

栖霞市南水北调配套工程以调水功能为主，兼备供水功能，水泵机组年运行时间长，根据《供配电系统设计规范》的相关规定，后铺及庵里泵站工程负荷等级均为二级负荷。泵站设置专用变电所，采用双电源供电，后铺泵站主、备电源都从110 kV松山变电站10 kV不同母线引接，庵里泵站主、备电源都从110 kV栖城变电站10 kV不同母线引接。

3 电气主接线

后铺泵站采用SD250-480A型卧式双吸离心泵4台，其中备用1台，水泵叶轮直径460 mm，转速1 450 r/min，配套电动机型号Y355M2-4，功率280kW，电压380V，泵站总装机容量1120 kW；庵里泵站选用D650-60×4（P）平衡型多级离心泵2台，其中备用1台，水泵设计流量0.18 m3/s，设计扬程200 m，效率78%，必须汽蚀余量5.7 m，配套电动机型号Y4506-4，功率630 kW，电压10 kV，泵站总装机容量1 260 kW.

根据供电电源及本泵站总装机容量、台数及电源的进线回路数及泵站运行的特点，对两个泵站的电气主接线进行如下初步比较：

方案一：35 kV电源双回路进线，设两台主变和一台10 kV站用变，其中后铺泵站二台主变为1 250 kVA，庵里泵站二台主变为1 000 kVA，变比均为35/10 kV.各设一台站用变为50 kVA，变比为35/0.4 kV. 35 KV为单母线隔离分段接线，10 kV母线为单母线分段接线。

方案二：35 kV电源双回路进线，设两台主变和一台35 kV站用变，其中后铺泵站二台主变为1 250 kVA，庵里泵站二台主变为1 000 kVA，变比均为35/ 10 kV.各设一台站用变为50 kVA，变比为35/0.4 kV. 35 kV侧为单母线断路器分段接线，10 kV侧为单母线分段接线。

方案三：10 kV电源双回路进线，采用直配方式，不设主变，只设10 kV站用变一台，为50 kVA，变比为10/0.4 kV.10 kV侧为单母线不分段接线。

接线型式见图1。

图1 泵站方案图

比较上述三个方案：

方案一具有运行可靠、操作维护方便，当一段母线故障时，不影响另一段母线正常工作等优点。与方案三相比增加变压器及相应高低压配电设备，与方案二相比减少一组断路器，设备投资适中。

方案二具有具有运行灵活可靠，维护方便，当一段母线故障时，不影响另一段母线正常工作等优点。与方案一相比增加一组断路器，与方案三相比增加变压器及相应的高低压配电设备，设备投资最高，控制保护复杂。

方案三具有接线简单，维护方便等优点，可靠性、灵活性差，设备投资最少，缺点是当母线故障时，将造成全泵站停机，但是考虑到是从110 kV的变电所引接电源，可靠性高并且电源距离泵站较近，中间较少有其他负荷接入，采用直配方式，最大的优点是设备投资少，也同时减少了很多故障点。

经综合比较，拟推荐方案三，即10 kV侧为单母线直配方案。

为了提高灵活性、可靠性，缩小故障范围，10 kV侧接线形式经比较也采用单母线不分段接线，泵站内异步电动机及1台10 kV站用变分别从母线引接。

4 机组启动方式

对于大中型泵站工程，电动机启动方式根据供电系统的情况、电机型式、电机容量等进行计算分析确定。

后铺及庵里泵站为10 kV异步电机，容量分别为280 kW及630 kW，后铺泵站距离松山变电站3.5 km，距10 kV线路800 m；庵里泵站距离栖城变电站4.5 km，距10 kV线路300 m.经过最大及最小运行方式下短路及启动计算，确定两个泵站采用高压固态软启动方式。

高压固态软启动器由旁路真空接触器、可控硅高压组件、RC吸收电路、触发电路等组成。采用晶闸管作为主要元器件，是通过微处理器CPU对主回路晶闸管的导通角进行控制来实现的，平滑的增加电机转矩来启动电机，并且在停车时消除了水锤，管路系统的振动也消失了，减少了事故。

固态软启动器在拖动负载时设计延长8秒的切换时间，从而不会因为过早切换带来过大的电流冲击；在高压软启动领域，只有高压变频器及绕线式电机转子侧软启动两种方式及高压固态软启动器具有限制起动电流于2倍以下的功能，从而也保证电流在电动机线圈和转子鼠笼条上产生的冲击力矩不打，不会破坏绕组绝缘等，大大地延长了电动机的使用寿命。

（1）、供电系统上级变给泵站的最小短路容量为：

（2）、三台电机运行一台电机软起动所需的最大容量为：

高压架空线路阻抗值为：

起动回路额定输入容量

预接无功容量为：

三台电机运行，第四台高压电机软起动时，母线电压输出水平相对值为：

则泵站端母线电压为：

产生的线路压降为：

（1-0.83）×100%=17%

超过了相应规范中不频繁起动配电电网起动压降不超过额定电压的15%的规定要求，所以系统供电不能满足以上起动要求。

采用电缆YJV22-3×300供电时，软起第四台的可行性验证：

（1）电缆供电线路阻抗值为：

（2）起动回路额定输入容量

三台电机运行，第四台高压电机软起起动时，母线电压输出水平相对值Uj1为：

则泵站端母线电压为：

产生的线路压降为：

（1-0.94）×100%=6%

满足规定要求，故设计中采用了高压电缆的供电方式。为减少电机启动对电网的冲击，仍然采用了软启动的方式。

5 机组无功功率因数补偿方式

在工业系统由于系统无功功率因数低下，通常需要对系统进行补偿，提高系统的无功功率因数以提高输电效率，降低电网电能损耗，减少电网中因电机启动产生的电压降。通常存在二类无功补偿补偿装置：1.高压无功集中补偿装置，即我们常见的TBB模式。2.高压电动机无功就地补偿装置。集中进行无功补偿，需要同时对所有负载进行功率补偿，适合于每天负载工作情况不断变化的情况。由于水利泵站电机功率大，在整个泵站负荷中占的比例高，大部分的无功功率集中在水泵，本设计采用就地无功补偿的方式。

首先我们对二类无功补偿装置的原理和特点进行介绍：

（1）高压无功集中补偿装置的工作原理及特点：在高压母线上并联高压电力电容器向用户负荷提供无功功率，减少用户负荷对系统的无功功率需要，以提高系统功率因数，特点：配有功率因数控制器，可以根据系统的需要进行分组投切，和高压开关配套有过流、速断、过压、低电压等保护功能，适应性更强，主要是针对系统来进行补偿。

（2）高压电动机无功就地补偿装置的工作原理及特点：对3～10 kV感性负载用电设备直接进行无功就地补偿。主要针对高压电动机，有效地提高电机功率因数，节电效果明显。≈

无功就地补偿装置适用于大功率高压电动机，与电动机并联同步运行，能够提高功率因数，节能、稳压和改善供电质量。设计采用GK10系列装置，该设备采用三相高压自愈式电力电容器，具有介质损耗小，运行温度低、可靠性高、使用寿命长、体积小、重量轻等特点。首先放电起始电压高和密封性能好是其突出特点。其电容器内置放电元件,使装置脱离电网后,可在五分钟内将残余电压降至50 V以下；其次使用安全：采用高压喷逐式熔断器或限流式熔断器作为单台电容器的短路保护，确保设备安全运行；再有配有高压带电显示器和电磁锁，具有强制闭锁功能，确保运行和维护人员安全。供电系统中的大量非线性负荷在运行中会引起电网电流、电压波形发生畸变，产生大量的谐波。并联电容器装置如果没有采取措施，将会在接入母线处产生一定的谐波放大。串联电抗器的主要作用是印制谐波和限制合闸涌流。此无功补偿装置也按照电机容量在补偿单元进行电抗器的配置。

6 结束语

南水北调东线一期工程栖霞市续建配套工程不仅实现了南水北调一期工程胶东调水工程在栖霞市的分水任务，并且调蓄其所分配的长江水量，解决干线分水与用户用水之间的时空分配矛盾，提高供水保证程度；同时可以实现当地水与长江水的联合调度，并通过长江水的供给减少区域地下水的开采量，改善区域环境，减缓由于旱灾造成的经济损失，实现水资源优化配置。

An Introduction to the Design of an Electrical Design in the First Phase of the Eastern Route of the South-to-north Water Diversion Project

YAN Lei，GONG Qiang
（Shandong Water Conservancy Survey Design Institute，Shandong 250013，China）

Iin this paper,according to the characteristics of the eastern qixia supporting project for engineering main wiring scheme are compared,and the high voltage motor soft starter and introduces the design content such as reactive power compensation.

the eastern line of the south-to-north water diversion；high pressure straight match；high pressure solid-state soft starter；no work is done

S277.9

A < class="emphasis_bold">文章编号：1

1672-545X（2017）05-0295-03

2017-02-25

严蕾（1971-），女，河南信阳人，本科，高级工程师，研究方向：大中型水利水电工程电气设计及自动化控制。