淀东水利枢纽泵闸改扩建工程电气主接线及设备选型设计

摘要：针对淀东水利枢纽泵闸的建设规模及用电负荷特点，对泵闸电气主接线设计方案进行了技术经济对比，确定了工程主接线设计方案、变电站（所）位置及工程所需的相关电气设备，保证了泵闸电气设计的先进性、经济性、可靠性及节能性。

关键词：泵闸;电气主接线;变电站（所）;设备选型

1 项目概况

淀东水利枢纽泵闸改扩建工程位于黄浦江西岸的淀浦河上，由淀浦河段排涝泵闸、杨树浦港引水泵闸、管理用房、水文测站等组成。其中，排涝泵闸由2孔、12 m净宽的节制闸及90 m3/s的泵站组成，泵站设有3台单泵流量30 m3/s的斜式轴流泵，配套10 kV高压异步电动机，单台电动机功率为1 600 kW;引水泵闸由1孔、5 m净宽的节制闸及20 m3/s的泵站组成，泵站设有4台单泵流量5 m3/s的潜水贯流泵，配套0.4 kV永磁同步电动机，单台电动机功率为185 kW。

该工程被列入2015年度上海市重大工程，是目前上海地区规模最大的排涝泵闸工程，具有防洪挡潮、排水除涝、改善水环境、调度水资源等重要功能。根据工程主要功能，按照《泵站设计规范》（GB 50265—2010）[1]及《供配电系统设计规范》（GB 50052—2009）[2]相关要求，确定本工程用电负荷等级为二级。

2 电气主接线设计

采用需要系数法对枢纽泵闸用电负荷进行统计，计算负荷容量为5 783 kVA，设置2台6 300 kVA主变压器，外线容量为12 600 kVA。根据国家电网上海电力公司《单位用户用电服务指南》的要求：“受电总容量为8 000～40 000 kVA时，采用35 kV电压供电。”因此，为保证二级负荷的用电可靠性，淀东水利枢纽采用2路35 kV电源供电。

根据市电电源电压等级及主水泵电机电壓等级，该枢纽变电站主变高压侧为35 kV，低压侧为10 kV。按照接线简单可靠、操作检修方便、节约投资的原则，35 kV主接线选用以下3种方案进行技术、经济方面的比较。

方案1（图1）：线路变压器组接线，设置2台SCZ11-6300/35型主变压器，电压比：35±3 5×2.5%/10.5 kV，所用变压器接于主变10 kV母线侧。

方案2（图2）：单母线分段接线（不带联络），所用变压器接于35 kV母线侧。

方案3（图3）：单母线分段接线（带联络），所用变压器接于35 kV母线侧，2台35 kV高压进线断路器与母联分段断路器设置电气及机械闭锁。

3种主接线设计方案的技术经济对比如表1所示。

3种方案的分析比较结论如下：

方案1：接线简单清晰，高压开关柜数量少，高压断路器最少，设备投资最低，变电站占地面积最小;外线容量最少，节省投资。任一回线路故障或检修，都不影响变电站运行;任一台主变故障或检修，也都不影响变电站运行。

方案2：接线较简单，设备及外线费投资较多，较方案1的优点是一台主变检修或故障时，另一回线路故障，不影响站用电负荷用电。

方案3：设7台35 kV断路器柜，高压开关柜数量最多，可靠性最高，但接线稍复杂，继电保护装置配合复杂，设备投资最大，变电站土建占地面积最大。一台主变检修或故障时，另一回线路故障，既不影响变电站运行，也不影响站用电负荷用电。

通过比较，3种方案均能满足枢纽泵闸二级负荷的用电要求，且电气设计中一般只考虑单一故障，不考虑二重故障因素，从技术经济最佳方面考虑，35 kV高压侧接线采用方案1线路变压器组接线。

10 kV侧电气主接线采用单母线分段接线（带联络）形式[3]，进线及母联开关之间应设电气及机械联锁，防止电源并列运行。

3 变电站（所）设置

根据工程变电站（所）布置地理位置图（图4），考虑线路供电距离，以减少配电网路损耗及电压降。淀东水利枢纽变电站布置时深入负荷中心，采用“一站二所”的总体布置方式，在排涝泵闸主要负荷中心处设置一座35/10 kV变电站及一座10/0.4 kV变电所;引水泵闸10 kV电源引自35/10 kV变电站，在引水泵闸主要负荷中心处设置一座10/0.4 kV变电所。

35/10 kV变电站设有35 kV开关室、主变室、10 kV开关室、高压电容器室、二次继保室等，用于布置35 kV高压开关柜、35/10 kV主变压器、10 kV高压开关柜、高压电容器柜、直流屏、继电保护屏等;排涝泵闸变电所设有10 kV配电室、0.4 kV低压配电室等，用于布置10 kV高压开关柜、高压软起动柜、10/0.4 kV站用变压器、0.4 kV低压开关柜等;引水泵闸设有高低压配电室及二次设备室，用于布置10 kV高压开关柜、10/0.4 kV主变压器、0.4 kV低压开关柜、水泵电机出线柜、PLC控制柜等。

4 电气设备选型

4.1    电动机

（1）排涝泵闸斜式轴流泵主电动机。根据电动机额定功率（1 600 kW），额定电压可取10 kV或6 kV。10 kV、6 kV电机同属高压电机，从电机厂家的制造水平看，产品都很成熟且具有通用性。制造工艺上10 kV电机电流小、绕组线圈截面小、绝缘厚;而6 kV电机电流大、绕组线圈截面大、绝缘较薄。从电机投资看，6 kV电机较10 kV电机要略少些。但采用6 kV电机，需相应增加6 kV变配电设备，综合考虑后6 kV电机方案与10 kV电机方案总投资接近。

根据《泵站设计规范》（GB 50265—2010）对电动机额定电压的选取，在技术经济条件相近时，优先选用10 kV电压等级电机，同时异步电动机不需要同步电动机的励磁装置，造价较低，起动故障少，操作简单，维护管理较方便。因此，排涝泵闸斜式轴流泵电动机选用10 kV异步电动机。

（2）引水泵闸潜水贯流泵主电动机。引水泵站电机功率185 kW，年运行时间约4 000 h，目前国内水利泵站多采用0.4 kV异步电动机，为减少电机运行对周边环境的影响，从节能角度出发，引水泵闸水泵电机采用0.4 kV永磁同步电动机。永磁电机占地面积比正常的异步电动机减少约50%，运行时具有振动小、噪声低、效率高等特点，节能效果显著，与异步电动机相比节能最少达22%，年节能约651 200 kWh。

4.2    变压器

（1）35/10 kV主变压器。根据《35～110 kV变电所设计规范》（GB 50059—2011）第3.1.3条，装有2台及以上主变压器的变电站，当断开1台主变压器时，其余变压器的容量（包括过负荷能力）应满足全部一、二级负荷用电的要求[4]，结合负荷计算容量，主变压器选用SCZ11-6300/35型低损耗三相双绕组全铜芯环氧树脂浇注干式电力变压器，电压比：35±3 5×2.5%/

10.5 kV，10 kV侧中性点采用经小电阻接地方式，联结组别：D，yn11。

（2）10/0.4 kV变压器。排涝泵闸设置2台站用变压器供泵闸辅机系统、厂用电系统、节制闸、控制电源等用电，变压器选用SCB11型环氧树脂浇注干式铜芯变压器，单台变压器容量为400 kVA，联结组别：D，yn11。

引水泵闸设置1台主变压器供主水泵电机、渗漏排水系统、泵房用电、节制闸、管理用房、控制电源等用电，变压器选用SCB11型环氧树脂浇注干式铜芯变压器，变压器容量为1 250 kVA，电压比：10±2×2.5%/0.4 kV，联结组别：D，yn11。

4.3    高低压开关柜

（1）35 kV、10 kV高压开关柜。35 kV高压开关柜选用KYN37-40.5型铠装移开式交流金属封闭开关柜，10 kV高压开关柜选用KYN28A-12型铠装移开式金属封闭开关柜，配真空断路器，操作机构为电动弹簧储能式，操作电压为DC110 V，柜内设置微机保护装置。

（2）低压开关柜。0.4 kV低压开关柜选用MNS抽屉式开关柜，柜内配置框架断路器及塑壳断路器，引水泵闸水泵电机出线柜内配置变频器。

4.4    无功补偿

（1）排涝泵闸高压异步电动机采用就地无功补偿方式，单台水泵电机无功补偿容量为300 kvar，与电机同时投入或退出运行，使消耗的无功功率得到及时就地补偿，无需频繁调整补偿容量，安装维护方便。

（2）排涝泵闸及引水泵闸均在10/0.4 kV变压器低压侧设置集中补偿，采用微机控制的低压无功补偿柜，根据无功负荷的波动实时改变投入电容器组的数量[5]，实现无功就地平衡，保证10 kV侧功率因数在0.9以上。

5 結语

根据淀东水利枢纽泵闸建设规模及用电负荷特点，结合上海供电条件，介绍了本工程电气主接线、变电站（所）位置、主要电气设备选型等方面的设计内容，体现出了该设计方案的经济合理性、电气运行安全可靠性、环保节能性。

淀东水利枢纽泵闸于2018年竣工通过验收并投入运行，运行期间，变配电设备运行安全可靠，保证了泵闸防洪排涝及水资源调度功能的有效发挥，工程建成后显著提高了上海市青松控制片区的防洪排涝能力，保证了松江、青浦2个新城区和28个乡镇的防洪除涝安全。

[参考文献]

[1] 泵站设计规范：GB 50265—2010[S].

[2] 供配电系统设计规范：GB 50052—2009[S].

[3] 20 kV及以下变电所设计规范：GB 50053—2013[S].

[4] 35～110 kV变电所设计规范：GB 50059—2011[S].

[5] 中国航空规划设计研究总院有限公司.工业与民用供配电设计手册[M].4版.北京：中国电力出版社，2017.

收稿日期：2020-04-01

作者简介：徐海林（1987—），男 ，江苏盐城人，工程师，从事水利工程电气及自动化设计研究工作。