南宁市青龙江防洪工程电气设计

[摘 要] 文章主要介绍南宁市青龙江防洪工程电气设计中主要电气设备选型的特点，从经济实用性和技术先进性角度进行论述。该工程设计经验可供同类工程借鉴。

[关键词] 防洪；电气设计；设备选型

[作者简介] 林玉珍，南宁水利电力设计院工程师，研究方向：水利水电工程电气设计，广西 南宁，530001

[中图分类号] TM92 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723（2012）12-0065-0004

青龙江流经广西南宁市邕宁区那楼、青秀区刘圩镇、长塘镇等，在青秀区长塘镇定西村王村新坡屯北1km处汇入邕江。青龙江流域虽已有两座水库进行调洪，但水库下游区域尤其是与邕江交汇口处受邕江洪水影响较大，灾情频繁。随着城区经济快速发展，工农业发展迅速，青龙江入口处尚无防洪工程设施，存在安全隐患，难以适应经济发展的需要。 青龙江防洪工程共设置1座防洪排涝闸，共5孔闸口，孔口尺寸为5×5m。5扇防洪排涝闸分别由5台固定卷扬机启闭，均为电动启闭方式。附近无电源可配电，需对青龙江防洪工程作配电系统设计，并做好防雷及接地措施。设计方法可供同类工程借鉴。

一、电气设计

（一）电气设计理念

电气设计理念符合时展的最新要求，使设计成果在工程中经济实用，又有超前意识，设计工程师在对技术把关的同时，为业主方面考虑工程投资和使用功能等多方面因素，优化系统，设计出合理可行的项目成果。青龙江防洪工程共5扇闸门，启闭电机容量为5×15kW，防洪排涝闸用电电压为0.4kV，工程所在地没有电源可用，电源需从附近村庄原有的10kV高压架空线引来。防洪排涝闸工程的电气主接线方案为：10kV进线1回，10kV侧采用单母线接线，低压侧采用单母线接线，根据工程的装机规模、运行方式、重要性等因素，电气设计主接线满足了简单可靠、操作检修方便、节省投资等要求，方案合理可行。另外，在低压配电柜0.4kV电源进线处设置双电源转换开关， 转换开关进线一端接外部电源，另一端接电压等级为0.4kV、功率为50kW的柴油发电机。在外部停电时，有备用电源投入，做到有备无患，保证供电的连续可靠性。

（二）主要电气设备选型

1. 变压器

变压器容量根据防洪排涝闸启闭机总容量、公用辅助设备容量及管理用电等综合因素确定。本工程用电负荷估算如下：防洪排涝闸启闭机容量5×15kW=75 kW；管理用电：12kW；检修用电：10kW，总用电量为75+12+10=97kW，变压器容量计算为S=P/cosφ，则S=97/0.8=121 kVA，选择的变压器容量为125kVA。目前工程配电中变压器主要选用三类：干式变压器、油浸式变压器、箱式变压器。干式变压器是以空气为绝缘介质的变压器，具有结构简单、维护方便、防火等特点，带IP20外壳适用于户内，用网孔铝合金板制成，可防止异物进入，可在100%的相对湿度和其他的恶劣环境中运行，干式变压器设备价格约4.6万元；油浸式变压器是线圈浸泡在油中，依靠油作冷却介质的一种变压器，具有防潮性，耐热性、稳定性的特点，主要安装于室外，户外油浸式变压器设备价格约2.6万元；箱式变压器是将变压器集中加入在箱体内，具有保护、配电、补偿的一种变压器，设备价格约16万元，箱式变压器主要用于住宅小区、商场、机场、道路照明、矿山油田等，具有成套性强、结构紧凑、维护方便、可移动等特点。从经济性角度考虑，结合工程所在地的地形特点，以上三类变压器选择干式变压器或油浸式变压器均能满足配电要求，因防洪工程地处河边，变压器的安装需考虑防洪、防盗等因素，选择油浸式变压器有较大优势。因为油浸式变压器可在电杆上3m高处安装，在四周彻2.5m高的围墙，以防洪水侵袭。因此，变压器选用S11系列户外节能型油浸式变压器，电压为10/0.4kV，容量为125kVA。户外油浸式变压器目前在中小型水利工程配电项目中已广泛应用，具有配电安全、稳定，经济实用的特点。

2. 高、低压设备的选择

近年来10kV配电线路用户侧进线开关的选择常用三种方案：方案1：在户外10kV终端杆上安装柱上真空断路器和避雷器，室内高压进线处安装3面高压开关柜。方案2：在10kV配电线路用户进线的责任分界点安装智能型柱上分界开关，在终端杆上安装新型高压熔断器和过电压保护器。 方案3：直接在10kV终端杆上使用RW型跌落式熔断器和避雷器进行电流开断及保护。 如使用方案1，10kV高压开关柜具有寿命长、操作方便灵活、运行可靠的优点；真空断路器能开断、关合电力系统的负载电流、过载电流及短路电流。方案1广泛应用于开断容量大、操作频繁且要求运行可靠的配电系统中。由于工程启闭设备容量不大，变压器容量仅125kVA，高压侧开关不需频繁操作，对10kV电源电压的开断能力要求不高，加上工程机电设备投入资金有限，如果设计中使用3面10kV开关柜加柱上真空断路器，共需16万元的造价，还需足够大的配电间来安装这3面开关柜。如使用方案2，智能型柱上分界开关安装于10kV架空线路上，可实现自动切除单相接地故障和自动隔离相间短路故障；安装于10kV配电线路用户进线的责任分界点处，能自动闭锁相间短路故障，快速定位故障点自动切除单相接地故障；新型高压熔断器能切断短路电流，减少故障率，性能稳定，方案2开关加保护造价约4万元。如使用方案3，RW型跌落式熔断器操作简单，成本低廉，造价只需4千元，但有遇风易脱落，易污染，经常烧触头和熔管的缺点。根据工程特点，从经济性、实用性考虑，结合工程所在地供电部门对10kV配电线路用户进线的责任分界点的要求，最终选择方案2。在10kV配电线路用户进线的责任分界点安装智能型柱上分界开关，在终端杆上安装新型高压熔断器和过电压保护器，能实现用户进线端的负载电流开断和保护功能，又能满足工程所在地供电部门对接入电网用户责任分界的技术要求。

低压配电柜选用GGD型固定柜，启闭机房动力箱选用XL-21型动力箱。GGD型低压配电柜，适用于交流50HZ，额定工作电压380V的低压配电系列中作为受电、馈电、母联、电动机控制用。分别在配电柜内和动力箱内的电源进线端加装电涌保护器。电涌保护器是低压配电系统雷电防护中必不可少的一种装置，俗称“避雷器”或“过电压保护器”。因本工程靠近河边，地势较高，遇到恶劣天气，例如闪电，会给电源线带来破坏性的雷电过电压，损坏用电设备；另外，防洪排涝闸的启闭及任何低压开关的操作，都会带来电涌。在配电柜内和动力箱内的电源进线端分别加装电涌保护器，具有过电压保护功能，电涌保护器能够吸收危险的额外电压，使用电设备免受雷电过电压和各种浪涌电压的侵害，从而保证配电的安全与稳定。日常生活中我们常见在雷电天气，运行中的电气设备被雷击，烧坏电子元件，损坏电气设备甚至威胁人的生命安全的现象。防洪工程在汛期闸门需频繁启闭，有时遇到雷雨天，闪电雷鸣，如不做好配电安全防护，一旦因雷击损坏配电设备，闸门不能正常启闭，防洪排涝不起作用，则后果将不堪设想。因此，在配电箱内的电源进线端加装电涌保护器，将有效保护电气设备，避免不必要的损失。

3. 无功补偿装置

为提高防洪排涝闸启闭设备的功率因数和降低线损，在0.4kV电压母线上需装设无功补偿装置，按《并联电容器装置设计规范》GB50227-2008要求，电容器安装容量可按变压器的容量的10%～30%确定。本工程按变压器125kVA容量的0.25确定，需补偿容量为：Q=0.25S=0.25×125=30kVAR，即装设30kVAR的无功补偿装置。低压无功补偿主要分为动态无功补偿和静止无功补偿，动态补偿采用晶闸管复合开关作为投切电器，根据无功量动态投切电容。动态无功补偿装置主要由反并联的晶闸管、磁保持继电器及微处理器构成，当该器件接收到无功补偿控制器发出的投入指令时，微处理器发出脉冲指令，晶闸管导通，电容器投入；切除电容器时无功补偿控制器发出切除指令，磁保持继电器接点马上断开，晶闸管关断。因低压动态无功补偿装置同时具备了晶闸管和接触器，可实现快速投切，无需增加散热措施，首选用于对无功功率需要动态补偿和分相补偿，改善三相不平衡电网的场合，尤其适用于负荷变化大的电力系统中。静止补偿主要使用固定电抗的电容器组或电抗器，不能根据无功量的变化投切电容，一旦投入则补偿量固定，适用于负荷稳定的电力系统中，静止补偿装置设备价格相对动态补偿装置较便宜。青龙江防洪工程共5扇闸门，每扇闸门启闭电动机功率为15kW，在汛期洪水较大时，出现短时间内关闭5扇闸门的情况；在外江水位不高时，出现只开启1～3扇闸门的情况，负荷变化大的特殊性，决定了无功补偿量需动态变化并实现快速投切，以保证配电系统的安全和稳定性。故本工程选用低压动态无功补偿装置，结合工程使用中要求的技术先进性特点，这一选择是合理的。

（三）电气设备布置

配电房内安装低压配电柜、无功补偿柜、低压计量箱、柴油发电机。启闭机房内挂墙壁安装一面动力配电箱，方便启闭机控制柜实现就地配电操作及检修用电。

（四）防雷及接地保护

排涝闸防雷接地和保护接地共用同一接地装置，要求接地电阻≤4Ω，接地网尽量利用排涝闸启闭机房内基础钢筋作天然接地线，并将塔身纵向主钢筋焊接接成统一电气整体。启闭机房敷设接地线要注意，在启闭机底座基础和金结埋件分别做接地引出线，分别用-40×4镀锌扁钢暗敷，从基础接地网分别引出至启闭机底座外壳和金结埋件外壳，以便启闭机房内所有机电设备外壳及金结埋件全部与主接地网连接成统一接地整体。

三、结 语

当前国家大力发展农村水利设施建设，但由于我国的水利设施相对较落后，资金有限，因此，用有限的资金把相对落后的水利设施建设好，绝非易事。作为项目建设的设计工作者，既要考虑设计成果的实用性、经济性，又要考虑先进性，使之服务于民，要经得起时代的考验。电气设计在设备选型应使用经济实用的设备，避免使用过于昂贵和过于先进的设备，以免造成国家资金浪费；设计方案保持先进技术，使用目前市场上先进又价位合理的产品，加入相应的保护功能，使设计成果能真正发挥较大的经济效益和社会效益。电气设计应用到本工程的实践中，能保证防洪排涝闸的安全、稳定启闭，为青龙江防洪工程的正常运行发挥重要作用，更有利于保护区内取得防洪及灌溉的良好效益。

[参考文献]

[1]戈东方.电力工程电气设备手册.电气一次部分[M].北京：中国电力出版社，1998.

[2]供配电系统设计规范GB50052/95[S].

[3]电力系统电压质量和无功电力管理办法CGS/MS 0308-2005[S].南方电网.