抗旱泵站更新改造工程电气部分的优化设计（夏桃珍）

时间：2021-01-14 08:07:21　来源：柠檬阅读网本文已影响人

【摘要】始建于上世纪七十年代的农村防汛抗旱泵站已成为制约新农村建设和农村经济发展的瓶颈。设备改造与泵站更新必须遵循经济和功能优化的原则。本文通过对湖北省鄂州市花马湖泵站改造为实例，通过对电气化设备的经济、技术比较，采取设备单元集约化设计模式，使方案达到优化。

【关键词】泵站改造电气功能优化集约化设计

0引言

始建于上世纪七十年代的农村防汛抗旱泵站已成为制约新农村建设和农村经济发展的瓶颈。鄂州市防汛抗旱泵站普遍存在基础设施损坏严重：泵房破旧、屋面漏水，进、出口流道淤积毁损严重；
设备老化、功能下降：水泵电机锈蚀严重，水泵扬程降低，开启式负荷开关（胶盖开关）和老式干式起动器严重老化，电缆老化漏电现象时有发生。由于改造资金的限制，在设计上就要把经济指标作为设计方案的一个重要部分来考虑。电气设备的选型及设计就成为改造工程的关键。

花马湖泵站位于鄂州市昌大堤桩号65+450，与黄石市接壤，现有装机4*800KW，主要承担花马湖流域的排涝任务，承雨面积290.16m2，受益单位有沙窝、燕矶、花湖、汀祖、杨叶等乡镇、黄石市部分厂矿和武黄高速公路，受益农田6.7万亩，排区内人口45万人，固定资产100亿元，该泵站1974年动工修建，1975年投产运行，1976年5月全面竣工，已运行三十余年，发挥了巨大的作用，取得了显著的社会效益。由于建站时间长，泵站及变电站的电气设备都达到了运行的极限，故障现象不断，严重影响了当地经济的发展和人民生活水平的提高。

1泵站电气部分现状及存在的问题：

1.1泵站电气部分现状

1.1.1主机：泵站装有四台TDL215/31-24同步电动机，单机额定功率800KW，额定电压6KV，额定电流92A，功率因素0.9(超前),转速250r/min。

1.1.2、配电及辅助设备：泵站的高压配电柜由湖北开关厂于己于1975年7月生产，断路器为SN10-10/600型；
低压配电屏由开封元件三厂于1974年二月生产，型号为BSL-1型，属淘汰产品；
供排水降温系统：元件老化损坏严重。

1.1.3、变电站设备：变电站内的主要设备是一台主变、一台厂变和一组进线隔离开关，主变是由一台自耦变压器改造而成的“三无”产品,厂变为SJ型,进线隔离开关置于室外却选用的是户内型号,不符合相关规范要求,均属淘汰范畴。

1.2 泵站存在的问题：

1.2.1产品质量差：泵站及变电站的电气设备都是七十年代的产品，正值“文革”时期，各种规章制度不健全，有章也不循，造成主变等重要设备是“三无”产品。

1.2.2产品技术落后：当是所有电气设备都是引进苏联技术生产的，其特点是体积大、笨重，技术落后，属于淘汰产品。

1.2.3运行时间长，老化严重：泵站及变电站自建成投产以来，已运行了三十年。泵站控制来水面积大，排涝能力小，一到汛期，电气设备超负荷持续运行的状况时有发生，如1998年7月21日上午5时到7月22日下午3时，34小时降雨519.6 mm,内湖水位涨高1.88m,四台机组连续排水二十个昼夜,一般年内，机组也要连续工作10-15天，机泵工作效率低，电气产品已经超过其正常运行年限,不堪担负如此重任,应该进行更新换代。

1.2.4走线不顺畅：泵站的电源由黄石供电公司王家坳变电站10KV架空线引来，距离为1.2km,目前站内的接线方式为:10KV架空线接进线隔离开关,进线隔离开关引出铝排至室内高压配电柜,再由室内高压配电柜通过铝排接至主10KV侧,走线不顺畅,且凌乱不堪,极易引发事故

2 泵站电气部分设计改造方案

2.1 设计改造方案。为了满足花马湖泵站的设计标准，针对泵站存在以上的诸多不利因素和问题，提出以下改造方案：

花马湖泵站实行站变合一工程，目前电源来自距泵站1.2km的黄石市王家坳变电站，电源可靠，多年运行实践证明，机组启动无任何困难，根据泵站在排涝工作中的作用和地位，要求供电可靠、运行灵活、操作方便，按照以上原则，由变压器、开关柜、启动箱、电线电缆，站用配电箱组成，变压器不更换，电气部分开关柜、启动箱、站用配电箱。

本泵站拟定了两个电气主接线方案。方案一：取消原泵站主变压器，将原6kv电机更换为10kv电机。为了削弱从10kv架空线路侵入的雷电进行波，使室内电气设备特别是电机免受雷电危害，在电机中心点处各增设一只氧化锌避雷器，原变压联络柜取消，增设一台电容器、避雷器高压开关柜，这样原七台GG－1A高压柜更换为七台XGN2－10型五防高压开关柜，同时在离泵站600m处起，增设架空地线，并在离泵站600m处、300m处以及泵站进线处增设避雷器。方案二：保留泵站现接线方案,仅对设备进行更新。运行多年且为“三无”产品的主变压器予以更换，原六台GG-1A高压柜更换为六台XGN2-10型五防高压开关柜，原07号柜取消,取而代之的是户外真空断路器组合开关,使接线清晰顺畅。

2.2、技术经济比较

从技术上看，两方案的不同之处在于对沿10KV架空线路侵入的雷更换电进行波的处理上，方案一是通过架空地线、避雷器、电容器防止雷电波对设备的危害；
方案二则是通过主变压器来陈隔离雷电波，两个方案技术上都可行。

经济上，经咨询，将原6kV电机更换为10kv电机的费用和更换10/6KV变压器的费用相近,且方案二比方案一的总设备费用约多14万元,运行费用和电能损耗方案二也比方案一多。从上述技术、经济比较果可以看出 ,方案一在经济上优于方案二,技术上两方案均是可行的,因此推荐方案一,取消变电站、将6kv电机更改为10KV电机。

3 工程事例改造

3.1设备选型：柜体选XL-21改进型，分上中下三部分，上部分装刀开关，中部装空气断路器（保护电动机、真空泵和站用电三部分），下部分装自藕减压变压器，主回路具有短路、缺相、过载保护。开关选浙江正泰集团HD11-□/38普通型刀开关，空气断路器选江苏常熟开关厂生产的CM1-□/3-□A型产品。

3.2技术经济比较：一般泵站配一台开关柜（GGD型）、一台启动箱（XJ1型）、一个站用配电箱，价格为：6500+2800+1500=10800元和6500+3000+1500=11000元。XL-21改进型：内有1把刀开关，3个空气断路器，1个自藕减压变压器，一套电流表，1块电压表，1组启停开关等元件，1台XL-21改进型柜体，带55KW电动机合同价为5180元，带75KW电动机合同价为5820元。XL-21改进型价格较前者减少了：5180-5620元，减幅达47.09%-52.04%。功能比较：均为自藕减压启动，均由空气断路器作短路、缺相、过载保护，均由刀开关控制总电源。适用性比较：前者占地多，分块操作，后者占地少，启动时一体化从上至下操作，停止运行时从下至上操作。

3.3一次线路图

见图1、图2

3.4二次部分

3.4.1直流系统

本站的直流系统目前使用的是硅整流装置，运行不可靠。为了给全站操作、控制、继保、通讯及事故照明等直流负荷供电，本站将原直流系统更换为智能型直流系统，该系统的电池选用免维护铅酸蓄电池，选容量60AH、电压220V。

3.4.2监控系统

主机的控制核心元件为可编程控制器（PLC），泵站和变电站监控系统以计算机监控为主，并设有基本的手动开关。系统包括四台水泵电动机组、一条10KV进线、测量和控制。

3.4.3继电保护系统

本泵站继电保护将采用全微机保护方式，具体配置如下：

3.4.3.1电动机保护：差动保护\转子欠励磁保护\低电压保护\过负荷保护\控制电源消失（断线）报警\定子转子接地保护

3.4.3.2励磁系统:此次改造将全站各机组的励磁设备更新为微机励磁系统。该励磁设备对同步电机的运行参数、运行曲线进行优化处理后，可实现对整个系统快速而精确的控制。能自动快速的投励，可靠灭磁，自动测量并记录各种参数和故障，具有失步、过压等完善的保护功能。此外，还具有与微机监控系统所匹配的通讯接口，他将励磁系统的各项数据和运行状态随时传给泵站微机监控系统，实现对全站的统一管理和控制。

3.4.3.3过电压保护与接地:原泵站的过电压保护与接地安全性能不高，重新设计添加。为了防止大气过电压及运行异常可能产生的过电压对运行人员及电气设备的危害，各电气设备均应按规范要求设置防雷与接地保护措施；
为了防止雷电波破坏电气设备，在主、副厂房的房顶上，应设置防雷带；
在副厂房中控室、主厂房电机层的上、下游侧设接地极，用40×4mm的扁铁沿室内的四周敷设接地带;在10KV线路上设置架空地线;在电机进线处和中性点处按规范设置避雷器。

4 结论。

通过改造可以达到（1）监控、计量及直流设备放置在中控室，使其不与配电设备混杂布置，使泵站布置更规范合理。⑵、保护与控制设备的单独布置，提高了泵站运行的安全性。⑶、低压室：站用电包括主、副厂房动力、附属设备动力、公共设备动力，主、副厂照明、电热、电气试验、部分控制保护及生产管理、职工生活用电。该站用电系统容量根据站用电负荷统计，经计算初选一台S9—315/10变压器。站用变压器电源经熔断器接到10KV母线上。理顺了进出线路，避免了闲散人员进出泵房，设备的稳定性、安全性得到了保障。⑷、可以改变运行人员的工作条件，避免他们在高燥声的环境中工作，从另一方面也加强了泵站运行的安全性。

参考文献：

①卓乐友，《电力工程电气设计200例》，中国电力出版社 2004-6-11。

②《工业与民用电力装置接地设计规范》

③《工业与民用配电设计手册》(第三版) 中国电力出版社 200510

夏桃珍：女工程师 1967年3月出生，1991年7月毕业于葛洲坝水电工程学院电气技术专业，2001年9月至2004年7月在武汉大学函授水利水电工程专业，大学专科学历。现供职于湖北省鄂州市水利建筑设计研究院副院长。

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