橡胶坝充排水系统水泵选型及电气设计

李 亮

（临沂市水利水电工程建设监理中心，山东 临沂 276000）

近年来，随着橡胶坝技术的日趋成熟，小型橡胶坝在中小河流上的应用越来越广泛，兴建小型橡胶坝蓄水工程可以充分利用雨洪资源，开发水资源，缓解当地水资源供需矛盾，同时，改善当地水环境和区域景观，增加项目受益区群众的收入。本文以某小型橡胶坝为例，探讨橡胶坝充排水系统在水泵选型和电气设计中要点。

1 供排水系统设计

1.1 充排水系统布置形式

某小型橡胶坝坝长80m，共1节，采用充水式橡胶坝，坝高4.0m。设置1根排水主管，坝袋设4根支管（De200）与主管连接，主管与排水池连接。排水泵从池内吸水，通过压力排水管排水，将水流排向下游。水泵引水管由集水池引至泵室。由于橡胶坝充、排水不可能同时进行，故橡胶坝充排水管道合用同一管路。充水水泵抽水到排水泵室内，通过排水管路实现对橡胶坝的充水。

1.2 坝袋排水时间的确定

根据河道比降、流域以及行洪能力，并结合周边区域已建橡胶坝运行经验以及《橡胶坝技术规范》，综合分析确定橡胶坝的坝袋设计充坝时间为4h，排水时间为2h。

1.3 水泵机组选型

水泵选型应根据坝的规模、起（塌）坝时间及拟定的系统计算充排水水泵的流量和扬程确定。橡胶坝共一节，坝袋容积2202m3。拟设1台充水泵，2台主排水泵，其中1台工作，1台备用。

水泵的流量参照《橡胶坝技术规范》计算公式，经计算，充水泵的流量为550m3/h，排水泵的流量为1101m3/h。

水泵的扬程参照《橡胶坝技术规范》计算公式，经计算，充水泵的扬程为7.9m，排水泵的扬程为8.7m。

根据计算的水泵流量和扬程，经管路水力计算，并验算水泵的工作状态后，充水泵确定采用1台300WQ600-6-18.5型潜水泵，其主要性能参数如下：流量 500～750m3/h，扬程 5～7m，电机功率18.5kW。排水泵确定采用2台350WQ1100-12-55型潜水泵，1台工作，1台备用，其主要性能参数如下：流量900～1500m3/h，扬程8～14m，电机功率55kW。

2 电气设计

2.1 供电电源及供电方案

拟从附近电网线路各T接一回10kV输电线路至橡胶坝作为永久电源，另各设柴油发电机组1套作为备用电源。

2.2 主要用电负荷及负荷等级

1）主要用电负荷。2台350WQ1100-12-55型排水泵，一用一备，配套电机额定参数：功率为55kW，电压为380V。1台300WQ600-6-18.5型充水泵，配套电机额定参数：功率为=18.5kW，电压为380V。其他动力、照明用电负荷约15kW。

2）负荷等级。在汛期河道行洪期间，若橡胶坝不能及时塌坝泄洪，会使坝上水位上涨，对周围村庄的安全构成威胁，鉴于此，橡胶坝的动力系统、防汛指挥调度系统设备和通信系统等设备的供电不应中断，均按二级用电负荷考虑。泵站日常用电等负荷按三级负荷考虑。

2.3 电气主接线

变配电室设在橡胶坝泵房地面层，10kV高压电缆进线接至变压器高压侧，变压器低压侧及备用电源经低压柜接至380/220V低压母线，该母线接电源进线及上述全部用电负荷。变压器低压侧和柴油发电机组电源互相闭锁。

变配电室设低压进线柜1台，低压配电柜1台，排水泵、充水泵站用电等各占一个出线回路，另设2个备用回路。

2.4 水泵电机启动方式的确定

根据本工程控制运用的要求，在电力系统正常供电情况下，动力系统最大稳定运行方式为1台坝袋排水泵运行；最不利运行方式为启动1台排水泵电机。在自备应急电源供电情况下，动力系统最大稳定运行方式为1台坝袋排水泵运行；最不利运行方式为启动1台排水泵电机。

本工程排水泵电机为不频繁起动的连续工作制电机，根据《通用用电设备配电设计规范》（GB50055-2011）规定：电机不频繁起动时，其配电母线上的电压不宜低于额定电压的85%。

经计算，该橡胶坝配电母线上的电压均低于额定电压的85%，不满足全电压直接起动条件。考虑到排水泵属轻载负荷，故采用软启动器起动，充水泵采用全压直接启动。

2.5 主要电气设备选择

1）变压器。泵站动力用电与管理单位照明等用电合用1台变压器。变压器容量参照《机电排灌设计手册》计算公式，经计算，变压器容量为83.1kVA，选用SC11-125-10/0.4kV干式变压器。

2）无功功率补偿计算。根据《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）的规定，采用下列公式计算无功补偿容量Qc。

式中：P为用电设备的计算负荷，单位kW；tanφ1为补偿前用电设备自然功率因数的正切值；tanφ2为补偿后用电设备功率因数的正切值，一般按cosφ2不小于0.9考虑，取cosφ2=0.95，则tgφ2=0.33。

考虑一定裕量，该小型橡胶坝实际补偿容量采用36kvar。本工程无功功率不稳定，季节性变化较大，采用无功自动补偿装置可获得合理的经济效果。

3）柴油发电机组。应急柴油发电机组的容量根据《工业与民用配电设计手册》（第三版）所列公式计算确定。经计算，该小型橡胶坝发电机组功率应不小于109.9kW，选用KH120GF型柴油发电机组1套作为备用电源。

4）10kV高压电气设备。泵站变配电室10kV高压进线采用电缆穿管敷设的方式，在10kV架空线与进线电缆连接处设Y5WS-12.7/50型避雷器1组。10kV高压电缆选用YJV-10型铜芯交联聚乙烯绝缘电力电缆。

5）0.4kV低压电气设备。低压配电系统选用2台GGD型低压配电柜，选用GGJ型无功补偿屏1台，低压电缆主要选用YJV-1型铜芯交联聚乙烯绝缘电力电缆。

3 结语

橡胶坝控制系统的设计，主要是橡胶坝袋的充水升坝、排水塌坝，而水泵的合理选型及电气设计是充排水系统设计的关键。本文通过对某小型橡胶坝的充排水系统中的水泵机组选型及电气设计中分析介绍，说明该类小型橡胶坝在机组选型及电气设计中的计算条件、要点和应注意的问题，希望为其他同类小型橡胶坝工程在充排水系统中的水泵机组选型及电气设计提供参考和借鉴。