黄家湾灌区风光互补直流系统设计布置

谢晨希， 吴擎文2，何伟

1.贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550002；2.贵州省水利投资(集团)有限责任公司，贵州 贵阳 550002

1 概论

黄家湾水利枢纽工程是以城乡生活用水、工业供水、农业灌溉为主要任务，并结合发电综合利用的水利工程。工程规模为大(二)型工程，水库正常蓄水位1 055 m，死水位1 035 m，正常蓄水位库容1.44亿m3，死库容0.56亿m3，兴利库容0.87亿m3，总库容1.57亿m3。

黄家湾工程供水灌溉工程用水全部从黄家湾水库取水，解决紫云县城乡生活和工业供水及农业灌溉用水问题。供水、灌溉工程由1条干渠、3条支渠、2条乡镇供水管线和1条猫营工业园专用供水管线及泵站等渠系建筑物组成。

由于黄家湾灌区部分地区地理位置偏远、交通不便等，针对输水工程上的闸(阀)门等设备用电负荷较小，使用频次较低，单次运行时间较短等特点，采用风光互补直流供电系统能够为输水工程各用电点位的设备提供稳定可靠的电力能源，解决远离电网覆盖偏远地区用电设备供电难的问题。风光互补供电系统在输水工程中应用研究工作的开展实施，可有效弥补输水工程建设及管理上的一个短板，不但解决金结设备及信息采集设备的供电问题、还可进行远端控制，采集数据实时上传，使得工程质量得到提高。

2 黄家湾灌区金结风光互补直流系统典型设计布置

灌区金结风光互补直流系统由金结传统设备与风光互补直流供电系统组成。在水利系统灌区中金结设备通常有钢闸门、铸铁闸门、阀门及相应启闭设备等。通过闸门、阀门的开启关闭控制水流，达到调节管控灌区的目的。

风光互补系统应由太阳能光伏电池板及光伏控制系统、风力发电机及风电控制系统、PLC编程控制箱、储能蓄电池组及BMS电池管理系统、大功率直流电机及控制系统(直流阀门电动装置及直流启闭机)、视频监控系统、流量采集系统、安装托架塔杆以及各耗电设备的所有线缆等附属设备组成。

整套金结风光互补直流系统中包含了在传统灌区中金结设备的功能需求，不仅能满足常规对于金结设备的启闭控制，还能对金结设备点位进行流量监测、水位监测、视频监控及安防报警系统等适应于灌区运行管理的设备。同时所有设备还能够通过无线通信系统在控制室里对点位进行数据采集及远程控制，极大提升了灌区的自动化信息化程度。

以黄家湾水利枢纽供水灌溉工程项目的基础要求，结合实际情况，灌区工程的实际安装运行工况有三种典型金属结构设备设计布置具体各点位布置如表1。

表1 设计特征参数表

2.1 风光互补自供电智能测控系统卷扬式启闭机控制的钢闸门

松白支渠1#渠道的节制闸，该节制闸前后均为钢筋混凝土箱涵渠道，矩形断面，净断面尺寸为2.10 m×1.80 m，设计水深1.17 m，加大水深1.24 m，设计流量2.48 m3/s，加大流量2.66 m3/s。在渠道处设置1扇检修闸门，底槛高程为1 026.39 m，闸门的孔口尺寸为2.10 m×1.60 m(宽×高)，设计水头为1.30 m，总水压力40 kN。闸门为露顶式平面定轮钢闸门，主支承采用悬臂轮。闸门的运行方式为动水启闭，闸门采用上游面板上游止水形式，利用门体自重闭门，启闭机选用QP125kN-8 m的固定卷扬式启闭机，启闭机安装高程为1 031.69 m，单吊点，启门容量为125 kN，扬程 8 m。该闸门在渠道建筑物进行维护检修或出现事故时闸门闭门阻断水流，在事故处理完毕或维护检修完成后，再将闸门开启。该闸门平时锁定于检修平台(1 028.39 m)上，处于开启状态。上部需设置栅盖及栏杆以保证工作人员安全。闸门采用的启闭设备为QP2×80kN-8 m卷扬式启闭机，操作方式为电动，电机功率为7.50 kW。卷扬机为该点位功率最大的用电设备。闸门为对该点位水位进行监控设置有1套水位仪，设置一套闸门开度仪检测砸门开启关闭时的开度情况，仪器数据实施上传。同时为实时在远端监控闸门点位情况设置一套视频监控摄像仪。所有信息数据通过该闸门点位设置的无线通信模块上传，并在远端操控闸门。出于安全保障的原因设置一套安防报警设备。松白支渠1#点位配置如表2。

表2 松白支渠1#点位设计特征参数表

2.2 风光互补自供电智能测控系统螺旋杆启闭机控制的铸铁闸门

新田倒虹管进口段的拦污栅、检修闸门，位于水宗支渠5#渠道末端所接的新田倒虹管进口，桩号为水宗支7+558.108 m，该桩号往前为明渠，梯形断面，净断面尺寸为1 m×1.25 m，设计水深0.68 m，加大水深0.80 m，设计流量0.60 m3/s，加大流量0.76 m3/s，该桩号往后为新田倒虹管进口段，总长13.80 m，依次分为渐变段、沉沙池、控制段和连接段，控制段长4.50 m，设拦污栅和检修闸门，净断面尺寸为2 m×1.25 m(宽×高)，在渠道处设置1扇检修闸门，底槛高程为1 026.39 m，闸门的孔口尺寸为2.00 m×1.20 m(宽×高)，设计水头为1.00 m，总水压力18.20 kN。闸门为铸铁闸门。闸门的运行方式为动水启闭，启闭机选用1套规格型号为LQ50/30kN-3 m的直流电动装置螺杆机，启闭机安装高程为1 108.14 m，单吊点，启门容量为50 kN，闭门容量为30 kN，扬程3 m。该闸门在渠道建筑物进行维护检修工作或出现事故时闸门闭门阻断水流，在事故处理完毕或维护检修完成后，再将闸门开启。该闸门平时锁定于检修平台(1 105.04 m)上，处于开启状态。上部需设置栅盖及栏杆以保证工作人员安全。闸门采用的启闭设备为LQ50 kN/30 kN-3 m螺杆启闭机，操作方式为电动，电机功率为7.50 kW。闸门为对该点位水位进行监控设置有1套水位仪，同时为实时在远端监控闸门点位情况设置一套视频监控摄像仪和一套安防报警设备。新田倒虹管点位配置如表3。

表3 新田倒虹管点位设计特征参数表

2.3 风光互补自供电智能测控系统控制阀门

水宗后段管道(二)桩号1+528.629 m处，设置有一根DN200 mm的分水管，分水流量0.30×10-2m3/s，在分水管进口处设置1套分水阀，采用1套弹性座封闸阀，闸阀安装高程(管中心线高程)为1 046.44 m，设计水头为56 m(考虑1.50倍水锤系数)，闸阀规格为DN200 mm-1.00 MPa，可以通过手动及电动两种方式进行操控，功率为0.55 kW。阀门平时处于开启状态进行分水工作，当分水管后不需要分水或管道需要检修时，关闭阀门。为便于闸阀的安装、拆卸及检修等，在闸阀下游设置有1套法兰式管道伸缩节。为便于实时远程查看闸门点的情况设置一套视频监控摄像仪。为便于进行远程操控在该闸门点位设置一套无线通信模块，同时出于安全保障的原因设置一套安防报警设备。水宗后段管道(二)点位配置如表4。

表4 水宗后段管道(二)点位设计特征参数表

3 结语

随着水利工程发展和水利自动化要求不断地提高，对远离电网覆盖地区的管道供水、渠道供水运行控制的设备及信息采集，都需要低成本、可靠性的独立供电系统。研究风光互补系统能够为输水工程提供低成本、可靠的电力。同时还能对用电设备金属集中供电，满足各种用电设备的要求。在传统设计中只是操控金结设备基础上加入信息采集系统，并能远程操控管理，极大提升了灌区的信息化程度。若对风光互补系统在输水工程中的应用研究成功将有效弥补输水工程建设及管理上的一个短板，推动绿色发展，谋求更佳质量和经济效益。