陈海波
中国水利水电第十一工程局有限公司 河南郑州 450001
摘要：文章分析了三河供水枢纽工程泵站电气设计的主要内容，包括供电设计、电气主接线设计、电动机起动方式、无功补偿、主要电器设备选择、电气设备布置、防雷接地、照明等关键技术。
关键词：泵站；电气设计；电机；变压器；变频
一、泵站概述
三河供水枢纽工程泵站位于河南省洛阳市西部新安县，该泵站装机按输水目的地分为三组。1号泵组：710kW主泵电动机四台，400kW调节泵电动机两台，电动机额定电压均为10kV，最大运行方式为两台主泵及两台调节泵同时运行；2号泵组：75kW电动机三台，两用一备，电动机额定电压为0.38kV；3号泵组：75kW电动机四台，三用一备，电动机额定电压为0.38kV。泵站总装机容量4165kW。
二、供电方式
本工程为三河供水枢纽工程泵站，输水目标是新安县境内多个重要工业企业及生活水厂，若停水将造成较大经济损失或给生活带来较大影响，按照GB50052《供配电系统设计规范》，将本工程负荷等级定为二级负荷。
泵站内主要用电负荷为水泵配套电动机（包括10kV高压三相异步电动机、380V低压三相异步电动机）、起重机、进水池启闭机以及主副厂房照明等用电设备。
本工程电源采用两路10kV双电源供电，两路电源引自附近10kV开闭所不同母线，供电距离约为1km，供电电缆采用YJV22-3×240，电缆由开闭所引出后沿管沟敷设进入副厂房内的高低压配电室，与10kV成套开关柜相连，两路电源互为备用，每路电源可承担泵站全部负荷。
三、电气主接线
泵站电气主接线10kV侧采用单母线分段接线，当一段母线故障或检修时，另一段母线仍可以正常工作，提高了供电的可靠性。母线接电源进线及计量、PT、主变压器和10kV电动机回路。设两台10/0.4kV变压器，变压器与低压进线柜之间采用铜排相连，带0.38kV电动机及厂区内其他低压负荷运行，0.4kV低压侧采用单母线分段接线。
两路10kV进线同时使用，正常运行时母联断开，进线断路器和母联断路器保证三合二。两台变压器同时运行，在两个低压进线柜和联络柜做三合二电气、机械联锁。
四、电动机起动方式
根据《泵站设计规范》（GB50265-2010）10.5.1条机组应优先采用全电压直接起动方式，且母线电压降不宜超过母线额定电压的15%。
电动机直接起动，对水泵和管路的冲击比较大，容易破坏绕组绝缘和鼠笼条断裂，而且在停车时会因为水锤而导致管路系统剧烈振动。而采用软起动方式，因为没有转矩控制，从而减少了故障和停机，提高了设备使用寿命。采用软起动后，将电动机的起动电流控制在3倍Ie以下，此时配电母线的最大电压降小于15％，电动机端电压最大电压降小于20%，满足要求。同时对各电机起动力矩进行校核，当水泵静阻力矩为额定力矩的30%，电机起动转矩倍数为1.3时，起动电压满足要求。
本泵站10kV定速电动机采用一体化高压干式调压软起动柜起动，10kV调速电动机采用高压变频器装置起动及调速，并配备一拖二旁路柜，满足四台710kW主泵电动机任意两台变频运行的工艺要求，同时满足高压变频器故障及检修时，可使水泵在工频状态运行，旁路柜内配置隔离开关，有明显的间断点，能够保证人身安全。
额定功率在30kW及以上的0.38kV电动机采用电子软起动器降压起动，软起动器的起动电流、起动转矩，上升和下降时间均可调，能够改善母线电压质量。
五、无功补偿
泵站进行无功补偿，将电动机功率因数补偿到0.95以上，补偿方式10kV侧高压电动机采用高压就地补偿,补偿装置采用高压并联电容器成套装置。
低压侧采用在低压母线上集中补偿的方式，采用真空接触器或真空断路器和电压无功自动控制装置实现对电容器组的自动投切与控制，达到自动调节母线电压、补偿无功功率、提高电压合格率和功率因数的目的，具有安全可靠、方便灵活及充分利用电容器容量，提高使用效率等特点。
根据计算，补偿容量选用见下表。
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泵站主变压器是按《泵站设计规范》（GB50265-2010）对主变压器容量进行计算与校验。泵站内0.38kV电动机及站用电设备功率进行统计，综合电动机容量及其额定电压、输电线路的电压等级设置两台容量为630kVA的主变压器，主变压器型号为：
型号： SCB11-630
额定容量： 630kVA
额定变比： 10±2x2.5%/0.4kV
阻抗电压： Uk=6%
连接组别： D,Yn11
空载损耗： 1165W
负载损耗： 5590W
保护外壳： IP21，带风冷系统
主变压器带有IP21防护外壳，与低压柜贴近布置。
泵站10kV开关设备选用铠装移开式交流金属封闭开关柜，内配高压真空断路器，断路器的操作机构为弹簧储能式。
型号： KYN28A-12型
额定电压 12kV
额定电流： 630A
热稳定电流（4s）： 40kA
额定动稳定电流： 80kA
电动机构操作电压： DC220V
防护等级： IP4X
断路器：
型号： 630-31.5
额定电压： 12kV
额定电流： 630A
额定短路开断电流： 31.5kA
额定短时耐受电流： 31.5kA
额定峰值耐受电流（4s）： 63kA
分/合闸时间： 60ms/100ms
10kV无功补偿柜采用高压就地电容补偿成套装置。泵站0.4kV开关设备选用低压抽出式开关柜。
型号： MNS
额定电压 400V
额定电流： 3150A
额定短路开断电流： 50kA
额定短时耐受电流（1s）：50kA
额定峰值耐受电流： 105kA
防护等级： IP4X
断路器：
型号： 1000A 630A
额定电压： 400V 400V
额定电流： 1000A 400A
额定极限短时开断电流： 80kA 65kA
额定运行短路开断电流： 65kA 50kA
额定短路耐受电流（1s）：50kA 50kA
机组软起动柜采用0.4kV低压电子软起动柜。
0.4kV无功补偿柜采用低压电容补偿柜。
电力电缆均采用铜芯电缆，根据不同环境及敷设方式，10kV电缆采用ZR-YJV-8.7/10型，0.4kV电缆采用ZR-YJV-0.6/1型。
七、电气设备布置
泵站设有主厂房和副厂房。副厂房布置在主厂房的出水侧，分别为中央控制室、高低压配电室和高压变频器室。中央控制室内布置有集控台、大屏幕等。高低压配电室内布置有高压开关柜、主变压器、低压电机软起动柜和低压开关柜、LCU屏、直流屏等。高压变频器室内布置有两套高压变频器、旁路柜及高压就地补偿装置。主厂房内设有机旁控制箱及检修配电箱。
进线电源采用电缆穿管直埋的方式引入高低压配电室内的电源进线隔离柜。
泵站内电缆敷设采用3种方式：电缆沟敷设、电缆穿管直埋敷设、电缆桥架敷设。
八、防雷接地
为防止雷电波沿输电线路侵入危害变压器及其它电气设备，泵站在10kV进线侧及10kV母线上分别装设一组阀型避雷器。同时为防止真空断路器操作时产生的操作过电压对设备的绝缘特别是主电动机的绝缘造成威胁，在每个真空断路器回路均装设过电压保护装置，保护装置用氧化锌避雷器。
为防止直击雷损坏电气设备，在泵站主副厂房屋顶装设避雷带，避雷带引下与接地装置相接。
为了保护直配电机匝间绝缘和防止感应过电压，泵站的直配电机防雷保护方式采用50m以上电缆进线段，在10kV架空线路终端设有一组氧化锌避雷器，并在电动机母线上设置阀型避雷器与电容器组。
泵站的接地系统选用联合接地的方式，工作、保护及防雷接地合用一个接地系统，工频接地电阻值按≤1Ω设计。接地形式采用TN-S，整个系统的N线和PE线是分开的，接地由人工接地体及自然接地体组成，并尽可能利用自然接地体。主要利用水工建筑物底板的钢筋网，在底板钢筋网敷设由接地扁钢组成的网格与钢筋网焊接。泵站内所有电气设备的金属外壳、构架以及变压器中性点均应与接地网可靠连接。
九、照明
泵站的照明按用途分为工作照明、备用照明、疏散照明，正常工作照明由交流380/220V站用电源供电。当发生事故交流电源消失时，备用照明及疏散照明立即切换至直流电源。
泵站主厂房、副厂房照明均采用节能光源，保证有足够的照度，便于设备的维修和巡视。
泵站工作照明灯分布在所有需要照明的场所，备用照明灯分布在当全站失电时仍需继续工作的重要场所和主要通道上，室内主要疏散通道及安全出口处设置消防应急照明及疏散指示标志。
十、结语
大中型供水泵站在工业生活和人民生活中的重要性越来越高，其供配电系统设计应按照负荷性质、用电容量、工程特点和供电条件合理确定设计方案，做到保障人身安全、供电可靠、技术先进、经济合理。