馬翠萍

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

蘇丹ASSALAYA增壓泵站電氣一次優(yōu)化設(shè)計(jì)與設(shè)備選型

馬翠萍

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

蘇丹ASSALAYA增壓泵站設(shè)計(jì)根據(jù)當(dāng)?shù)毓喔纫谜具\(yùn)行可靠性要求，蘇丹業(yè)主在設(shè)計(jì)招標(biāo)書中對(duì)水泵機(jī)組、配套電機(jī)及附屬設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)性能和制造工藝都提出了嚴(yán)格要求。在投標(biāo)設(shè)計(jì)中對(duì)我國(guó)配套出口的電氣設(shè)備制造商也提出了滿足在蘇丹特殊運(yùn)行環(huán)境下的技術(shù)要求。為了中標(biāo)，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件及操作維護(hù)簡(jiǎn)便，中壓電氣裝置均采用戶內(nèi)式。考慮安裝、維護(hù)的方便及斷路器本身的開(kāi)斷壽命和運(yùn)行的可靠性，選用真空斷路器。主水泵電動(dòng)機(jī)選用異步電動(dòng)機(jī)，根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)情況及對(duì)起動(dòng)電流的要求，選用優(yōu)質(zhì)的液體電阻起動(dòng)器啟動(dòng)方式。

ASSALAYA泵站；電氣一次優(yōu)化設(shè)計(jì)；設(shè)備選擇

1 泵站概述

蘇丹ASSALAYA泵站位于首都喀土穆以南約50km的白尼羅河右岸，屬于熱帶沙漠氣候，高溫少雨。相對(duì)濕度50%～85%，最熱月平均氣溫為36℃，最熱日平均氣溫為40℃，歷史最高氣溫為55℃，最涼月平均氣溫為15℃。泵站站址海拔高度為409.08m，是一座灌溉引水泵站，裝設(shè)6臺(tái)8.2m3/s靜揚(yáng)程為4.2～6.2m的軸流泵、850kW主電機(jī)，并配以2臺(tái)容量均為6300kVA、變比為33kV/11kV的降壓變壓器組成的變電站。

2 接入系統(tǒng)方式

蘇丹增壓農(nóng)業(yè)泵站采用33kV雙電源供電，分別從距離50km以外的馬吉斯變電站及距離35km以外A/F變電站引接導(dǎo)線截面積為185mm2架空線，正常時(shí)兩路進(jìn)線分別投入，互為備用。若其中一條線路出現(xiàn)事故切斷，可手動(dòng)投入另一條線路以保證泵站可靠運(yùn)行。

本泵站總負(fù)荷約為5350KVA，計(jì)算電流為94A。導(dǎo)線的載流量滿足規(guī)程要求，但由距50km變電站供電時(shí)線路壓降達(dá)10%，基本滿足要求，要求電力系統(tǒng)供電頻率偏差為±0.5Hz，泵站33kV母線處電壓偏差為±5%。

3 電氣主接線比選

設(shè)計(jì)比較了2個(gè)電氣主接線方案。第1方案，選用1臺(tái)容量為12500KVA的主變壓器，降壓至11kV后以單母線供6臺(tái)850kW電動(dòng)機(jī)用電。第2方案，選用2臺(tái)主變壓器，每臺(tái)容量為6300KVA，降壓至11kV后以單母線分段形式供6臺(tái)850kW電動(dòng)機(jī)用電。

經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較可知，第1方案中主變壓器的鐵耗較少，且能節(jié)省電氣設(shè)備初次投資，但供電可靠性較差。而第2方案則與此相反，電能損耗及初次投資均較大，卻能保證供電的可靠性。考慮到本泵站對(duì)蘇丹首都喀土穆工農(nóng)業(yè)供水的重要程度，最終選取了第2方案，即采用2臺(tái)主變壓器供電方案。

考慮到蘇丹的氣候條件及操作維護(hù)簡(jiǎn)便，中壓電氣裝置均采用室內(nèi)式。

為安裝、調(diào)試、維護(hù)的方便及斷路器本身的使用壽命與可靠性，選用真空斷路器。

為了操作簡(jiǎn)便及繼電保護(hù)的要求，確定主接線母線聯(lián)接方式采用斷路器聯(lián)接。

主水泵電動(dòng)機(jī)選用繞線式異步電動(dòng)機(jī)。根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)情況及對(duì)起動(dòng)電流的要求，選用國(guó)產(chǎn)安全可靠的液體電阻起動(dòng)器，使起動(dòng)電流能保持在電動(dòng)機(jī)額定電流的1.2倍以下，滿足要求。

為對(duì)大容量電機(jī)的無(wú)功消耗進(jìn)行可靠補(bǔ)償，經(jīng)論證采用每臺(tái)電機(jī)就地補(bǔ)償方式，裝設(shè)1臺(tái)540Kvar的補(bǔ)償電容器，并配以串聯(lián)電抗器。站用電按遠(yuǎn)期負(fù)荷考慮，選用2臺(tái)分別接于2段11kV母線上的低損耗S7-250/10型電力變壓器。2臺(tái)站用變壓器同時(shí)供電。當(dāng)投運(yùn)的一路出現(xiàn)故障切斷時(shí)，可自動(dòng)切換至另一路供電，保證供電的可靠性。

4 主水泵及主電機(jī)性能復(fù)核

4.1 主水泵性能復(fù)核

根據(jù)標(biāo)書及對(duì)外合同確認(rèn)水泵型號(hào)為1800ZLB－6.2軸流泵，因此，對(duì)水泵性能復(fù)核。水泵在靜揚(yáng)程6.2m時(shí)，葉片安裝角度為＋4°情況下，流量為8.3m3/s，滿足標(biāo)書中規(guī)定水泵過(guò)流量不小于8.2m3/s的要求。

4.2 主電機(jī)性能復(fù)核

根據(jù)標(biāo)書及設(shè)計(jì)合同確認(rèn)的主電機(jī)型號(hào)為YRL850－20/1730，因此，對(duì)主電機(jī)性能復(fù)核。

配套的電機(jī)性能參數(shù)如下：

（1）型號(hào)YRL850－20/1730； （7）絕緣等級(jí)F；

（2）額定功率850kW； （8）防護(hù)等級(jí)IP44；

（3）額定電壓11kV； （9）效率93.77%；

（4）額定電流64A； （10）功率因數(shù)0.742；

（5）額定轉(zhuǎn)速294r/min； （11）電機(jī)總量22.5t。

（6）額定頻率50Hz；

水泵正常運(yùn)行的最大軸功率725.8kW，配套電機(jī)功率為850kW，電機(jī)功率與水泵軸功率之比為1.17，滿足規(guī)范規(guī)定。

5 中壓電氣設(shè)備選擇

5.1 主變壓器

6臺(tái)主水泵電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)每臺(tái)水泵軸功率最大為725kW，計(jì)及電動(dòng)機(jī)額定效率0.92及補(bǔ)償后的功率因數(shù)0.9，忽略站用電負(fù)荷情況下，主變壓器的額定容量應(yīng)大于或等于5253KVA。選用6300KVA容量等級(jí)的電力變壓器。

以5臺(tái)主水泵電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，最遠(yuǎn)的1臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)進(jìn)行計(jì)算可知，電動(dòng)機(jī)電壓母線殘壓為91%。如果開(kāi)關(guān)柜引至電動(dòng)機(jī)的電力電纜截面積選用為95mm2，機(jī)端殘壓僅為90%，大于規(guī)定值（85%）。

5.2 靜電電容器組

按計(jì)算每臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)以所配的靜電電容器組將電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)由0.7補(bǔ)償至0.9，須裝設(shè)1臺(tái)容量為540Kvar的靜電電容器柜。為減少投入電容器組初瞬間的沖擊電流每臺(tái)電容器組串接1組電抗器。由于本站電動(dòng)機(jī)與靜電電容器組同用1組斷路器，因此可能在斷路器斷開(kāi)、水泵反轉(zhuǎn)時(shí)呈發(fā)電狀態(tài)。若配置不當(dāng)，將可能出現(xiàn)高電壓，導(dǎo)致設(shè)備損壞。按國(guó)內(nèi)《電力電容器設(shè)計(jì)規(guī)程》的規(guī)定，為防止上述情況的發(fā)生，靜電電容器組電流應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)空載電流的90%。本站電動(dòng)機(jī)空載電流等于32.48A，靜電電容器組電流等于28.3A，符合安全運(yùn)行規(guī)定。

5.3 中壓開(kāi)關(guān)及電纜

因現(xiàn)缺乏蘇丹電力系統(tǒng)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，假定泵站中壓架空進(jìn)線始端的短路容量為1000MVA，等同于一般同電壓等級(jí)開(kāi)關(guān)設(shè)備的遮斷容量。經(jīng)計(jì)算，若僅投運(yùn)一臺(tái)主變壓器，泵站變電站33kV母線及電動(dòng)機(jī)11kV電壓母線發(fā)生三相金屬性短路時(shí)的三相短路電流最大值見(jiàn)表1。因11kV母線上異步電動(dòng)機(jī)容量較大，計(jì)算內(nèi)計(jì)及其反饋電流。

表1 三相金屬性短路時(shí)的三相短路電流的最大值 單位：kA

中壓開(kāi)關(guān)及電力電纜均按額定情況進(jìn)行選擇，按短路情況校核。計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 中壓開(kāi)關(guān)及電力電纜選擇成果表

6 中壓電氣設(shè)備布置

主變壓器采用室外布置方式，靠近中壓配電裝置室。33kV中壓開(kāi)關(guān)柜布置于副廠房?jī)?nèi)二樓專設(shè)的開(kāi)關(guān)室內(nèi)，11kV柜布置于副廠房?jī)?nèi)該室底層。站用電變壓器采用室內(nèi)式，安裝于副廠房?jī)?nèi)。中壓補(bǔ)償電容器柜按照防火要求設(shè)于副廠房?jī)?nèi)二樓單獨(dú)的房間內(nèi)。33kV架空進(jìn)線以軟導(dǎo)線引入室內(nèi)33kV中壓配電柜，再以硬母線與主變壓器聯(lián)絡(luò)。11kV中壓開(kāi)關(guān)柜與主變壓器及各臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)、補(bǔ)償電容器組之間均以中壓電力電纜聯(lián)接。

副廠房底層設(shè)有低壓動(dòng)力屏、動(dòng)力屏與站用變壓器。各用電負(fù)荷間均以低壓動(dòng)力電纜相連。中央控制室布置于靠近主廠房的副廠房底層控制室內(nèi)，以便于運(yùn)行人員觀察機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)情況。室內(nèi)裝設(shè)控制臺(tái)及控制屏。主廠房?jī)?nèi)每臺(tái)電機(jī)旁布置起動(dòng)柜及機(jī)組自動(dòng)柜。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)這項(xiàng)境外工程的投標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理選擇高性能的水泵機(jī)組、配備國(guó)內(nèi)先進(jìn)的中壓電氣裝置，根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)情況對(duì)大型異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的要求，選用液體電阻起動(dòng)器起動(dòng)方式。設(shè)計(jì)方為國(guó)內(nèi)供貨廠家提出特殊制造技術(shù)要求來(lái)滿足泵站運(yùn)行條件。為了滿足國(guó)外設(shè)計(jì)市場(chǎng)需求該項(xiàng)涉外工程從設(shè)備選型做到技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理，電氣布置便于運(yùn)行維護(hù)；電氣設(shè)備配置優(yōu)化選

擇了國(guó)內(nèi)性能可靠、技術(shù)先進(jìn)的知名品牌，在設(shè)計(jì)投標(biāo)竟?fàn)幹蝎@得中標(biāo)，本工程已建成投入運(yùn)行。

［1］水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)［K］.北京：水利電力出版社，1982.

［2］鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)［K］.北京：冶金工業(yè)出版社，1986.

［3］SDGJ14—86，導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.

［4］GB/T 50625—97，泵站設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］GB/T.6451—1999，三相油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求［S］.

［6］戈?yáng)|方.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)/電氣一次部分［K］.水利電力出版社，1989.

［7］孫廣瑞.菲律賓巴納旺泵站電氣主線設(shè)計(jì)［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2009（3）：48-50.

［8］湖北省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院.大型電力排灌站［M］.北京：水利電力出版社，1984.

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A

1672-9900（2010）03-0074-03

2010-03-18

馬翠萍（1951-），女（漢族），河北遷西人，高級(jí)工程師，主要從事水利水電設(shè)計(jì)工作，（Tel）13821267238。