新疆SJZ泵站电气一、二次研究设计

赤 磊

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 工程概述

本泵站是新疆某调水工程中唯一一座扬水泵站，主要用于开发经济技术开发区、开发东部矿区丰富煤炭资源以及为煤电等化工生产供水。设计年输水量为3.0×108m3，供水流量为13 m3/s，供水时段11个月，供水保证率95%。泵站安装6大2小共8台水泵电动机，总装机容量为53.4 MW。泵站管理采用“站变合一”方式设置工程自动化调度系统[1]。

2 电气一次设计

2.1 电源引接

泵站每年运行11个月，总装机容量为（6×8 000+2×2 700）kW。泵站用电包括泵站用电和分水闸用电，最大运行负荷约33.25 MW，即4台8 000 kW水泵电机和泵站同时工作。根据泵站工程等级和工程用电负荷特点，按二类负荷进行设计。本工程地处戈壁滩，方圆近百公里荒无人烟，经电力公司和参建单位反复研究，决定为本工程架设两回110 kV专用电源进线，每回进线均能满足本泵站的负荷要求。此外，设置专用110 kV变电所，采用“站变合一”的供电方式。

2.2 电气主接线

110 kV开关站采用户内SF6全封闭组合电气，机组侧采用单母线分段接线方式。泵站设置两回厂用电电源，分别自泵组取两段10 kV母线，并降压至0.4 kV供电。考虑到泵站的特殊性，需布置1台户内柴油发电机组作为保安电源，柴油发电机容量为500 kW。

2.3 主要电气设备

2.3.1 电动机

泵站设6大2小共8台三相高压卧式同步电动机，6台大机为定速电机，2台小机为调速电机，额定电压均为10 kV，额定频率均为50 Hz，额定功率因数均为0.9（超前），防护等级均为IP54。水泵与电动机采用直联传动方式。

2.3.2 变频装置

泵站设置2台高压变频软启动装置，额定容量为4 500 kVA，额定输出电压为10 kV。采用热备用方式，每台均采用一拖八控制方案。变频装置设置单独的启动选线柜，采用双PLC控制与泵站监控系统进行通信。

2.3.3 主变压器

泵站设置2台户外油浸式三相双绕组有载调压降压电力变压器，额定容量为40 000 kVA。采用高压侧调压方式，调压范围为（110±8×1.25%/10）kV。冷却方式采用ONAF，冷却器集中布置在主变本体两侧。每台变压器配备一套变压器综合在线监测系统。

2.3.4 GIS

泵站设置1套户内GIS设备，额定电压110 kV，额定电流1 250 A。GIS设备外壳采用铝合金，主母线与分支母线采用三相共筒式结构，断路器采用立式布置，操动机构采用电动机构。同一回路断路器和隔离开关间有电气闭锁，隔离开关和接地刀闸间有电气闭锁和机械闭锁，母线接地开关与全部隔离开关间有电气闭锁。为保证检修运行安全，每回线路配备1套高压带电显示闭锁装置。泵站配备一套数字式GIS综合在线集中监测系统，其中包括SF6气体微水综合在线集中监测子系统和SF6气体泄漏量定量报警子系统。

2.4 过电压保护及接地

2.4.1 过电压保护

泵站过电压保护按直击雷保护、雷电侵入波保护以及操作过电压保护3种保护方式进行设计。泵站直击雷保护户外设备一般采用避雷针、110 kV线路的避雷线或在主副厂房屋顶敷设均压避雷带的方式。针对雷电侵入波保护，变压器采用分级绝缘；中性点配置氧化锌避雷器和放电间隙；GIS配电装置在母线处加装氧化锌避雷器；水泵电机出口母线加装氧化锌避雷器；每回110 kV出线位置每相装1组户外氧化锌避雷器；10 kV开关柜内配置真空断路器。针对操作过电压保护，需在柜内装设专用过电压保护器等。

2.4.2 接 地

全站接地网主要分为厂区接地网和进水池接地网，两者连接为一个总接地网。接地设计尽量利用自然接地体，辅以水平接地体为主的人工均衡电位接地系统[2]。考虑到热稳定、均压要求以及腐蚀的影响，选用-60×6接地扁铁。泵站根据电气设备布置敷设等电位接地网。

3 电气二次设计

泵站地处戈壁滩，对自动化水平要求较高，按照“无人值班”（少人值守）原则进行设备配置和运行管理[3]。

3.1 计算机监控系统

泵站属于调水工程的一部分。为保证输水系统、沿线众多输水建筑物以及构筑物的安全和调度及时可靠，全线系统供水流量平衡，本调水工程全线设计采用计算机监控系统。在功能上采用分层分布式结构，分为主控级和单元控制级[4]。全线系统由泵站级设备、公用设备、现地控制级设备以及计算机网络设备共同组成。

3.2 电动机励磁系统

电动机励磁系统采用静止可控硅励磁装置，包括两套三相桥式全控整流装置和三通道调节器。三通道调节器中两路自动，一路手动。励磁系统主回路电源由0.4 kV母线引出，采用环氧浇注干式整流变压器；绝缘等级为F级的电动机；联结组别为Yd11的变压器。励磁调节器为微机型数字式励磁调节器，由两路自动电压调节通道和一路手动电流调节通道组成。励磁系统具备残压起励功能，主要起励方式为他励直流，起励电流不超过空载电流的10%，他励电源由电厂直流系统DC 220 V供给。机组在正常工况下采取逆变灭磁，灭磁开关始终处于合闸位置；灭磁开关的操作电源为DC 220 V。事故停机时，灭磁开关跳开，通过非线性电阻灭磁。

3.3 继电保护

泵站的线路保护、故障录波以及稳控系统的设计均采用微机型设备。光纤纵差保护作为110 kV线路的主保护，距离保护和零序保护前三段（Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段）作为后备保护。此外，110 kV母线保护采用比率制动差动保护、断路器失灵保护以及母线充电保护；变压器保护采用纵联差动保护、复合电压起动过电流保护以及非电量保护；电动机保护采用纵联差动保护、复合电压起动、过电流保护、过电压保护以及过负荷保护等；厂变保护采用速断、过流保护以及非电量保护。

3.4 二次接线

泵站二次接线主要包括计量、测量以及自动化元件。泵站计量采用关口表，计量关口表设在110 kV进线侧，考核关口表设在主变高压侧、电动机侧及厂变进线侧；泵站测量采用电子式多功能计量表，组装在屏柜内部并布置在中控室；全站自动化设备包括水控阀、液位、流量变送器、信号器、测温电阻、微机温度巡检仪、机组振动摆度安全监测装置、开度传感器、水力流量装置以及动态测量装置等，采用冗余配置。监控系统下达一个操作指令，自动化元件即可完成自动转换。机组的非电气量运行参数通过4～20 mA的模拟量送至机组LCU，且机组各测温点配备PT100的铂热电阻供巡视和监测。

3.5 直流一体化电源系统

泵站直流系统额定电压为220 V，采用单母线接线形式配备一组由104只电池组成、容量为400 Ah的阀控式免维护铅酸蓄电池，并配备一套30 kVA逆变电源装置（INV），供火灾报警系统、工业电视以及事故照明等系统使用。逆变电源不自带蓄电池，采用两路交流输入和一路直流输入。

3.6 工业电视系统

为提高自动化监控水平，结合“无人值班”（少人值守）运行要求，泵站设置先进的工业电视系统。该系统采用宽带网多媒体图像监控系统，设备运行现场图像和声音采集后，实时传输给计算机监控中心显示。终端实现对现场图像进行全方位、连续性的动态“遥视”，同时还能控制摄像头云台的旋转和镜头的三可变。

3.7 泵站接入系统通信

本调水工程全线实施水调自动化，采用统一综合管控平台，由调度中心对输配水进行统一调度、统一指挥以及统一管理[5]。

泵站的接入系统通信以光纤通信为主，市话为辅。光纤线路采用SDH传输体制，光传输设备的传输速率按622 Mb/s设计，光缆选用16芯单模OPGW光缆与110 kV线路同杆架设。泵站的光通设备按1个光方向设计，采用1+1热备份保护，同时设1套16路数字录音系统和1套PCM设备，可为自动控制系统和程控交换系统等提供各种接口，实现平台对各终端设备的远程监测、控制以及管理。

4 主要电气设备布置

泵站主要电气设备布置在主厂房、副厂房和户外出线场。

主厂房分为地下和地面两层。地下层为水泵层，主要布置水泵、电动机、进出口阀门以及机旁盘等设备；地面层为检修层，设置机组安装间。

副厂房布置在主厂房下游侧，分为4层。地下层为副厂房水泵层，主要布置10 kV机组电压设备柜、电动机启动柜、机组中性点设备柜、励磁变以及厂用变压器等设备；地面一层为副厂房设备层，主要布置高压变频器室、信息化室、蓄电池室、通风机室、0.4 kV低压开关柜室、通信室、继保室中央控制室、计算机室以及交接班室等设备；地面二层为GIS电缆夹层，主要布置电缆桥架等；地面三层为GIS层，主要布置GIS设备和开关站继保室等。

户外出线场布置在副厂房下游侧，主要布置主变压器及其中性点成套装置、户外出线门形架及其出线设备、柴油发电机房以及主变事故油池等。

5 结 论

为保证工程电气设备的高效、可靠以及安全，本文进行了数次调研考证，对系统的配置、设备选型、关键参数以及新技术新设备等主要技术问题进行了反复研究和完善。此过程既更新了笔者的知识，又开阔了设计思路，可为新疆后续调水工程积累诸多经验，同时为我国其他类似工程的设计建设提供有益的参考。