南水北调输水渠河倒虹吸进口与出口供电共享电源设计方法

闫新，卢家涛，鞠向楠

（1.黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州 450000，2.南水北调中线建管局河南分局，河南 郑州 450018）

1 工程概况

南水北调中线干线工程总干渠陶岔至石家庄段全长约1100km渠道，沿线存在高速公路、高速铁路、普通公路、普通铁路、自然河流等大型基础设施的交叉问题，为保证输水总干渠的自然流态，提高经济效益，在与公路、铁路、河流交叉处采用倒虹吸形式进行穿越。南水北调中线总干渠倒虹吸数量达82座。倒虹吸建筑物分进口建筑物和出口建筑物两大部分，倒虹吸的进口与出口之间的距离由所穿越的公路、铁路、河流等设施的规模确定，通常每座倒虹吸的进口和出口之间的距离在500m至800m之间。倒虹吸进口建筑物用电负荷有进口事故闸门启闭机、建筑物内照明用电、设备检修用电等，用电负荷容量大多在15～25kW之间。倒虹吸出口建筑物用电负荷有出口工作闸门启闭机、出口检修闸门启闭机、监控与自动化设备用电、建筑物内外照明用电、设备检修用电等，用电负荷容量大多在80～150kW之间。

2 常规供电设计方案

以郑州须水河倒虹吸为例说明倒虹吸进口与出口常规供电方式，须水河倒虹吸出口用电负荷主要包括：1～4#工作闸门液压机、液压机室电动葫芦、检修门启闭机电动机、消防电源、出口建筑物照明、35kV中心开关站照明、通信电源、直流电源、监控电源、检修电源、通风与空调电源等。须水河倒虹吸进口用电负荷主要包括：进口台车电源、进口建筑物照明。须水河倒虹吸出口处设35kV中心开关站，双电源进线，2回35kV进线电源分别引自坛山110kV变电站35kVⅠ段、Ⅱ段母线，电源电线路采用架空线路形式，导线为LGJ-120/25。35kV侧采用单母线接线。出线回路数为3回，其中2回架空引出中心开关站以架空线路分别向总干渠上、下游方向辐射形成35kV专网供电，1回出线由电缆引至本站降压变压器。设置自启动式柴油发电机连接在低压母线上，为工作门液压机电动机提供备用电源。倒虹吸出口处设35kV降压站，35kV侧采用单母线接线，两回35kV进线电源分别引自上、下游侧35kV专网线，与35kV专网线形成“π”型接线方式。两回电源进线均采用YJV22-3×120电缆引入户内35kV开关柜。0.4kV侧亦采用单母线接线。须水河倒虹吸进口与出口常规供电接线图见图1。

图1 须水河倒虹吸进口与出口常规供电方式接线图

3 常规供电方案存在问题

须水河倒虹吸进口与出口常规供电方式可以满足用电负荷的基本要求，但目前常规供电方式存在以下几个方面的问题。

（1）倒虹吸进口35kV降压站建筑物及道路设施在进口处需要征地600m2，占用土地资源、增加工程投资。

（2）倒虹吸进口供电容量15～25kW，专门对此建设一座35kV降压变电站供电，布置电气设备的建筑物600m2，工程建设经济性差。

（3）需要采购一套35kV降压变电站设备，包括35kV配电设备、35kV降压变压器、0.4kV配电设备、高压电缆等。增加设备采购及安装费用。

（4）倒虹吸用电设备小负荷运行方式期间，35kV降压变电站设备仍需要带电运行，存在变压器电能损耗。

（5）运行人员巡视维护工作量增大。

（6）供电运行方式改变时，电气操作需对35kV设备进行操作，相应办理操作票、工作票，手续比较繁琐。对35kV设备进行操作还有可能存在误操作的安全隐患。

图2 郑州须水河倒虹吸进口与出口共享电源供电接线图

4 优化设计后的共享电源解决方案

低压配电柜为出口建筑物内用电负荷供电，出线采用电缆供电方式，电缆敷设在电缆沟内。35kV降压站供电80%以上的用电负荷分布在出口建筑物内，电能损耗小，运行方式经济合理。进口建筑物内用电负荷也由低压配电柜供电，出线采用电缆供电方式，供电负荷较小，电缆敷设条件差，进出口建筑物之间是自然河流、高速公路或是高速铁路及其他设施，电设采用电缆沟内敷设不具备条件，视工程倒虹吸性质做如下处理方法。

（1）倒虹吸与高速铁路、高速公路交叉，采用顶管的方式开辟电缆敷设通道，在公路两侧选择合适的位置设置电缆手井，两侧手井之间进行顶管，顶管管径应能具备敷设2根电缆的条件，2根电缆穿保护管敷设，2根电缆敷设的目的是保证电缆供电线路互为备用。

（2）倒虹吸与自然河流交叉，采用随倒虹吸暗涵埋设2根电缆保护管，2根电缆分别敷设在保护管内，电缆选择防水型电缆。在进出口建筑物连接的暗涵上下游两端选择合适的位置设置电缆手井，2根电缆敷设的目的是保证电缆供电线路互为备用。

5 须水河倒虹吸共享电源应用案例

倒虹吸进口与出口供电共享电源方法已在郑州须水河倒虹吸中应用，工程投入运行2年多时间运行情况良好，具体实施内容如下。

（1）须水河倒虹吸进口与出口之间的直线距离为550m，出口处建设35kV降压站一座，在出口处建筑物内设2面配电箱，35kV降压站为进口建筑物内的用电设备供电。同时也为进口处的建筑物内用电设备供电，在出口处建筑物内设2面配电箱，在进出口建筑物连接的暗涵上下游两端选择合适的位置设置电缆手井，2处电缆手井之间沿倒虹吸4#输水暗涵顶部埋设2根管径为150mm的镀锌钢管，每根钢管内穿1根电缆供电，电缆型号选择防水型电缆。2回路电缆互为备用。

图3 郑州须水河倒虹吸进口与出口共享电源布置图

（2）当工程运行期供电线路出现故障时，若与进口配电箱1相连接的电缆出现故障，将台车用电回路由进口配电箱1改接至进口配电箱2供电，短时间内就可以恢复正常运行。若与进口配电箱2相连接的电缆出现故障，将进口建筑物照明用电回路由进口配电箱2改接至进口配电箱1供电，短时间内也可以恢复正常运行。当电缆故障发生时，对故障的电缆没有必要马上修复，工程条件决定马上修复故障电缆需要很大的费用进行河道开挖，开挖土方量很大可能影响河道防洪。可选择非汛期非防洪季节进行修复电缆故障。郑州须水河倒虹吸进口与出口共享电源供电接线图见图2、3、4。

图4 郑州须水河倒虹吸进口与出口共享电源A-A剖面图

6 对其他工程的借鉴和指导作用

工程设计过程中应该具体问题具体分析，结合工程特点灵活运用输水渠河倒虹吸进口与出口供电共享电源设计方法，此设计方法对其他工程有一定的借鉴和指导作用，主要表现为以下几点。

（1）统计渠倒虹吸进口和出口建筑物内的电气用电负荷进行计算负荷的大小比较，在计算负荷值大得位置设置降压变电站。

（2）根据工程特点设计供电系统接线图和35kV降压变电站的布置图。

（3）根据倒虹吸的性质合理确定倒虹吸进口与出口供电线路电缆敷设的路径和敷设方式。

（4）工程施工与土建专业配合，设计土建建筑物、电缆沟、电缆埋管。

（5）实施电气设备安装，电缆敷设，电气设备调试。完成输水渠河倒虹吸进口与出口供电共享电源的完整供电系统。