涡河蒙城枢纽工程电气一次系统浅析

沈家正 邢丁丹 张志涛

（中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300202）

1 工程概况

涡河蒙城枢纽旧址位于蒙城县城北关涡河上，主体建筑物均已建成投运超过50年。近年来，随着当地社会经济的快速发展，工业化和城镇化进程加快，原蒙城船闸通航能力严重不足，造成大量船只滞留，制约涡河流域煤炭、建材粮食外运，影响亳州市的经济发展。

涡河蒙城枢纽移址建设工程于2018年12月正式开工，新闸位于老闸下游10.3km 处，枢纽建筑物防洪、除涝、蓄水灌溉不降低原有功能，船闸由Ⅴ级通航建筑物提高到Ⅳ级，建设标准为500t 级，兼顾交通航运的发展和城市水环境和涡河生态经济带的建设。工程计划于2021年9月恢复通航，年底正式竣工投运。

2 变配电系统主接线方案

本工程节制闸、船闸的部分重要供电负荷等级为一级，对供电可靠性的要求较高。工程整体外部供电电源采用10kV 专用线路，通过架空线路与地埋电缆结合的方式，引接自蒙城县县城35kV 梦蝶变的10kV 专用出线间隔。在负荷集中区域设置柴油发电机组作为主电源失电时的备用电源。

在管理区生活楼一层设置10kV 开闭所一座，采用单母线接线方式，包含1 个进线间隔和4 个出线间隔（分别为船闸、节制闸、管理区、水文站出线），实现工程内部10kV 高压集中配电功能。

管理区变电所主要设备与开闭所布置在同一房间内，10kV 侧采用线路-变压器组接线方式，设置1 台SC13 系列干式配电变压器，容量为400kVA。0.4kV 低压侧采用单母线分段接线方式，Ⅰ段母线为常用母线，由主配电变压器供电；Ⅱ段母线为备用母线，馈线回路连接重要负荷的备用进线，由1台容量为148kW 的柴油发电机组供电，投入后可保证重要负荷供电不间断。Ⅰ段母线上设置容量为160kVar 的无功补偿电容器组，根据负荷运行情况分步投切，保证母线上的综合功率因数不低于0.9，满足电网侧要求。低压母线之间设置联络开关，运行方式灵活可靠。

节制闸变电所设置在节制闸右岸桥头堡的一层及二层，通过10kV 高压电力电缆与开闭所出线柜相连。10kV 侧采用线路-变压器组接线方式，设置1 台容量为315kVA 的干式配电变压器。0.4kV 低压侧为单母线分段接线形式，常用母线由配电变压器供电，设置容量为120kVar 的无功补偿装置，能够实现动态追踪并分步投切，满足功率因数不低于0.9；备用母线由1 台容量为330kW 的柴油发电机组供电，保证重要负荷的供电可靠性。

船闸变电所设置在船闸右岸启闭机房二层，主接线方案、主要设备型式与节制闸变电所基本一致，故不再重复描述。

丁大沟、丁王庄及后李节制闸等三座影响处理工程，均采用10kV 架空线路T 接自当地农电线路，采用柱上变电台区降压供电，在启闭机房内设置现地动力配电和控制一体柜，技术方案经济合理，设备布置简洁直观，运行和检修便利。

纵观工程整体变配电系统，结构清晰合理。以10kV 开闭所作为各区域分系统的总体配电枢纽，便于集中管理和控制。各分系统通过各自独立的馈线回路供电，能够有效地控制电气故障的影响范围，避免因设备或线路故障连带造成临近区域的分系统失电，提高了供电可靠性。在主供电系统故障工况下，备用电源系统能够分区域独立运行，按需投入，在一定程度上节省了工程运行期成本。

3 主要电气设备选型

本工程10kV 高压柜采用HXGN17-12 型环网开关柜，开关设备采用高压真空断路器或“负荷开关-熔断器”组合电器。柜内主要元器件均采用固定式安装，封闭性能较好，具有较高的集成程度和低故障率；占地面积小，结构相对简单，便于运行维护；技术成熟，柜内可以集成多种电气元件，此类产品目前广泛应用于民用住宅、水利工程、工厂矿山、电网枢纽站等场合变配电系统中。具备信号上送和远传远控功能，基于计算机监控系统，可以实现智慧化运行功能。

配电变压器采用SC13 系列低噪声、低局放、低损耗环氧树脂浇注干式变压器，外形美观占地空间小；采用具有自熄阻燃特性的绝缘材料，变压器自身防火防爆。变压器铁芯采用冷轧高导磁晶粒取向硅钢片，有效降低空载损耗和空载电流；优化铁芯模型，避免空腔共鸣，变压器噪声显著低于国标要求。绕组线圈采用优质铜导线，以玻璃纤维作为绝缘和结构加强材料，线圈结构设计能够明显提高变压器抗雷电冲击能力，具有良好的电气性能。

0.4kV低压开关柜采用MNS2.0型抽出式开关柜，柜体采用标准化模块组合设计，满足各种元件的安装要求。柜体结构紧凑，配电回路布置经济，单面柜体内根据回路额定电流大小可集成9～36 个配电回路。采用标准化元件布置，便于后期更新扩容；设备运行连续性和可靠性高，特有的抽屉式结构对操作人员有较高的人身安全保障。低压断路器均采用韩国原装进口产电TS 系列塑料外壳断路器，机械和电气性能优良，能够大幅度延长检修维护周期和使用寿命年限。

本工程电气一次动力电缆均选用ZR-YJV（22）阻燃型交联聚乙烯绝缘电力电缆，护套采用无氯材质，大幅降低对环境造成的不利影响。各电压等级电力电缆及附件均由国内知名厂家生产制造，线芯采用高纯度铜材绞制，具有良好的机械和电气性能。高压电缆终端采用工厂预制冷缩式电缆终端，将重要工序在干燥无尘的工厂车间内加工完成，能够有效延长使用寿命，降低故障率。电缆外护套阻燃防火，电缆构筑物内设置防火封堵及隔板，能够有效降低电气火灾蔓延风险。

4 站用电和应急电源系统

本工程管理区、节制闸、船闸等各区域站用电系统结构和运行方式类似，本节以节制闸站用电系统作为举例，简要介绍和解析站用电和应急电源系统配置方案和运行方式。

节制闸0.4kV 站用电系统采用单母线分段接线方式。其中Ⅰ段母线为常用母线，由一台10/0.4kV降压配电变压器供电，容量为315kVA，馈线回路为站用电负荷的主电源回路，包括无功补偿装置出线、1#～16#闸门启闭机动力配电箱（两两一组）主供电源共8 个出线、左右岸桥头堡照明配电箱出线、电梯出线、UPS 电源柜出线等。Ⅱ段母线为备用母线，由1 台容量为330kW 的柴油发电机组供电，馈线回路为8 面启闭机动力箱的备用电源出线。两段母线间设置联络断路器，与两个电源进线断路器之间设置闭锁与备自投装置。启闭机动力箱内设置一主一备两路供电电源，ATS 双电源自动切换装置可以自动切换至正常工作电源保证供电持续性。

正常工况下，10kV 配电变压器投入运行，变压器低压侧断路器闭合，母联断路器和柴油机出线断路器断开，Ⅰ段母线带负荷运行，柴油发电机组和Ⅱ段母线作为冷备用。当主供电源或主变压器失电时，需要运行人员手动启动柴油发电机组，闭合Ⅱ段母线进线断路器，由柴油发电机组通过Ⅱ段母线为8 面启闭机动力箱供电，保证闸门能够正常实现启闭功能。此时如有必要，也可闭合母联断路器，低压配电系统呈单母线运行，电梯及户内外照明系统正常投入使用。外部供电电源恢复正常运行或主供电回路设备故障解除后，站用电系统需恢复正常运行工况。根据电网侧要求，两路电源不能并列运行；即主变压器和柴油发电机组同时带电运行的情况下，母联断路器必须保持断开状态，以避免自备电源对开闭所和电网侧开关站设备运行造成反向冲击造成设备故障。

5 照明系统

本工程照明标准按照《水利水电工程照明系统设计规范》（SL641-2014）及《建筑照明设计规范》（GB50034-2013）相关规定执行，按照各类工作场所的照度要求，设置环保节能新型照明设备，保证照度均匀亮度合适，满足值班运行人员的视觉卫生条件。

生活楼、办公楼、节制闸桥头堡及启闭机房、船闸启闭机房等室内空间，照明灯具以嵌入和吸顶式安装的LED 格栅灯为主。相比于传统的管型荧光灯，相同光通量的LED 光源耗电量仅为荧光灯的10%，使用寿命超过5 万小时；采用阵列式灯珠设计，光线柔和均匀，不易造成视觉疲劳；光源发热量低，能够明显降低热辐射造成的灯具外壳和塑料零部件的老化速度。户内重要疏散通道和重要场所，设置自带蓄电池的应急照明灯具，能够在正常供电电源断电后自动启动，持续照明时间不小于90 分钟，应急工况下保证人员正常活动所需的照明条件。

管理园区、封闭堤和中隔堤交通道路、节制闸交通桥、船闸闸室左右岸交通桥及上下游靠船墩钢便桥等区域，设置户外照明路灯；节制闸闸门上方设置户外投光灯。户外路灯均采用高压钠灯光源，光线在雨雪雾等恶劣天气具有较强的穿透性，对主航道及陆上连接道路的交通安全起到全天候的照明保障作用。节制闸户外投光灯主要作用是在夜间能够观察各孔闸门的启闭情况，方便现地值班运行人员巡视和检查。户外照明灯具外壳防护等级不低于IP65，具有优良的防雨防尘性能；照明系统设备兼顾功能性与造型美观，提升整体工程的夜间景观亮化效果。

6 接地防雷系统

为防止直击雷危害，本工程生活楼及办公楼、节制闸启闭机房、船闸启闭机房的顶部，均装设了避雷带；通过埋设在结构柱及墙面内的接地引下线，与主接地网相连，保证雷电入侵波能够以最短路径导入大地，避免对运行人员及设备造成安全隐患。

在船闸、节制闸上下游侧及船闸闸室内的混凝土底板中，预埋人工接地网。充分利用浸水混凝土及底板下原状河道沙石黏土的低电阻率特性，并与底板钢筋、闸门槽等金属构件进行可靠焊接，达到主接地网的接地电阻不大于1Ω 的要求。

各区域站用电系统的10kV 配电变压器低压侧中性点直接接地，开关柜、动力配电箱、现地LCU 柜、启闭机机架、液压泵站、通信及计算机监控系统盘柜等电气设备的外壳与接地网可靠连接，形成TN-C-S接地系统，充分保障出现操作过电压时的人身及设备安全。

7 结束语

在参建各单位的通力合作下，涡河蒙城枢纽建设工程于2021年8月29日通过电气与控制系统安装单位工程验收，所有机电设备调试完毕，试运行状况良好，具备正常投运条件。8月31日整体工程通过完工验收，为9月中旬涡河主航道恢复通航和2021年底工程通过竣工验收打下了良好基础，也在工程争创水利工程“大禹奖”的征程中迈出了重要一步■