引黄济青改扩建工程闸站电气设计分析

贾振波，黎保国

（1.山东省调水工程运行维护中心滨州分中心，山东 滨州 256600；2.山东省调水工程运行维护中心博兴管理站，山东 博兴 256500）

引黄济青工程自黄河打渔张灌区引黄闸引水，输水渠全长252.5 km，年总输水时间300余d，年供水量10亿m3，累计向胶东地区供水近60亿m3，发挥了巨大的经济效益、社会效益和生态效益。近年来，引黄济青工程持续多年超负荷运行。为了适应新的工程运行形势，引黄济青工程在2019年进行了改扩建，其中闸站电气改造是改扩建的重点配套工程。

1 闸站电气工程现状

引黄济青工程沿线，从用电安全与便捷方面考虑，泵站采用双回路供电，由泵站接出一路专用10 kV回路沿渠道布设，给各闸站供电。经过多年运行后，工程沿线配电有了许多变化。

1.1 配电设施老旧，难以维修

沿线闸站使用的电气设备多是80年代产品，多年运行后故障频发，所需配件难以采购，维修困难。

1.2 用电设备增加，负荷增加

多年来，增加了用于工程清淤、工程大修、自动化设备等设备设施，原设计配电容量为30～100 kVA，远远不能满足现在的运行要求。

1.3 老式变压器产品，不符合节能要求

各闸站原来的变压器全部是铝心产品，过流能力小，耐受冲击电流性能差，自身能耗高，易发热，不符合当前的节能要求。

2 改扩建闸站电气设计内容

本次电气改造涉及的内容包括工程沿线的闸站变压器、配电屏设备、电缆设备的改造。

2.1 双电源供电

具有防洪、防淹没工程的用电负荷应为二级，故各闸站的供电设应为两个独立电源。主电源采用10 kV线路供电，T接敷设；备用电源采用移动柴油发电机组。

2.2 变压器更换

按照各闸站新的工况配备变压器，采用易维护的干式变压器。按工程实际需要，分别配备50 kVA、80 kVA、100 kVA、160 kVA、250 kVA等 的不同容量变压器。

2.3 配电屏更换

现有各站低压配电屏为PGL型低压屏，属淘汰产品，屏内元器件也多为淘汰产品，且绝缘老化严重，已不能使用，更新改造为GCS型。重点闸站增加配置环网柜。

2.4 电气设备更换

各闸站变压器房多漏雨，影响变配电设备运行安全，故将变配电更新为户外箱式景观变电站。包括箱变安装、基础施工、接地装置、不锈钢围栏安装。

2.5 供电线路更换

引黄济青沿线闸站的高压电缆、低压电缆全部更换。为保证工程运行不间断，主变至闸室启闭机、至自动化机房的电缆单独敷设。

3 生产与施工

3.1 一次部分

高压配电装置采用HXGN17-12型箱型固定式环网高压开关设备，内装高压负荷开关和高压熔断器，设有完善的电气和机械闭锁装置，满足五防要求。

3.2 变压器

采用三相双线圈铜绕组树脂浇注干式变压器；高压侧10 kV电缆连接，低压侧通过铜排连接低压柜。当绕组温度升高并超过允许值时，可输出跳闸信号。

3.3 低压配电装置

低压配电装置采用GGD柜体，防护等级为IP30。在低压柜母线上装设FLT35/3+1 CTRL-0.9型电源浪涌保护器1组。进线采用铜母排；出线为电缆连接。

3.4 二次元件

二次元件与高压带电部分具有足够的安全距离，采取可靠的防护措施，以保证在不停电情况下进行维护时，检修人员不触及运行的高压带电体。

3.5 高低压安装

高压电缆采用直埋方式敷设，电杆处镀锌套管。高压电缆头均采用冷缩管保护。低压电缆自箱式变电站低压柜敷设至闸站采用直埋式敷设。

3.6 高压避雷及接地

高压避雷器采用YH5WS-17/50金属氧化物避雷器，下引线采用50 mm2导线+4 mm×40 mm热镀锌扁铁。高压接地采用L型50 mm×50 mm接地极，接地阻抗4 Ω。

3.7 低压接地及保护接地

箱式变电站采用L型40 mm×4 mm热镀锌角钢与40 mm×4 mm热镀锌扁铁连接安装接地网，接地极埋深250 cm。350 mm宽镀锌钢板，采用焊接方式连接至箱变基础接地极预埋件。低压柜接地电阻不大于1 Ω。

4 设计问题分析

在引黄济青工程沉沙池出口闸电气施工中。该闸站的电气改造内容完成并测试合格后，通过低压配电柜合闸送电。这时断路器立即跳闸，显示漏电保护跳闸，合闸送电失败。

4.1 改造前的闸站电气系统

图1 改造前的闸站电气系统

从图1中可以看出，改造前的闸站供电系统为TN-C系统，也就是三相四线制，采用的是剩余电流漏电保护方式。在三相四线制中，工作零线与保护地线是直接连接在一起的，即用电设备中性点、外壳、地线是接在一起的，既用作保护功能，也用作中性线功能。保护接零是将漏电电流扩大为短路事故的保护措施。当发生漏电时，漏电电流回流零线，类似于某相火线与零线短路，此时线路过载或短路电流大迫使短路保护器动作。

4.2 改造后的闸站电气系统

图2 改造后的闸站电气体系

从图2 中可以看出，改造后的闸站供电系统为TN-S系统。TN-S供电方式的最大特点就是供电线路中的零线与地线是分开的，也就是三相五线制，采用的是剩余电流漏电总保护方式。在低压侧，变压器的中性点接地，作为工作接地，零线是工作零线，与地线是不连接的。地线是单独敷设的，用作保护地线，与用电设备的外壳相连，以实现对人的安全防护。TN-S系统在正常工作时，零线上有不平衡电流通过，保护PE线上是没有电流的，PE线对地没有电压。因为有专门的工作零线，PE保护线也不接入漏电开关。一旦发生设备漏电，漏电电流从PE线流回供电系统，漏电保护器检测到不平衡电流，立即跳闸切断电源。

4.3 问题及处理

在闸站电气供电系统改造过程中，沉沙池出口闸在设备安装完成后，电气设备中性点、外壳、地线接在一起，并将用电设备接到了工作零线、保护地线分开的三相五线制TN-S供电系统中，保护地线接漏电保护器。此时三相五线制的TN-S系统的PE保护接地线中出现了工作电流，漏电保护装置检测到此电流，认为是漏电电流，即跳闸保护动作，出现不能合闸、送不上电的情况。

查看低压用电系统的接线符合新供电系统的要求，与供电方式要求的接线一致。分开用电负载中所有连在一起的的零线、接地线，接地线使用供电线路中的接地线。所有的零线、保护接地线分开以后，用绝缘电阻表进行测试，线间绝缘电阻正常。对高低压配电断路器合闸送电，这次漏电保护没有动作跳闸，一次送电成功。

5 结束语

从这次电气跳闸保护的实例中可以看出，在电气改造过程中，一定要对改造前后的设计方案、供电系统类型考虑清楚。在设计时，就要考虑全面，保证改造前后的设备供电方式要一致。施工时不仅要完成设备的安装调试，还要考虑供电方式前后的衔接，这一过程不能忽略，关系着工程项目实施的成功与否。