江门市市政工程设计院有限公司 529000
摘要：本文以江门市滨江新区启动区--雨水泵站设计为例，针对泵站电气设计中的负荷计算、供配电设计、防雷接地、自动化控制、远程监控、节能措施等方面进行了详细探讨，归纳出一套新的设计思路，为泵站电气设计提供一个参考。
关键词：雨水泵站、供配电设计、自动监控
江门市滨江新区启动区位于江门市滨江新区南部，规划用地面积约25。6平方公里，是滨江新区建设的起点。由于江门市属亚热带海洋气候，年均降水量在2000毫 米以上，夏秋季常有台风、暴雨；且新区地势较低，东临西江，中间又有天沙河及桐井河道穿过，防汛排涝问题突出。为保证启动区顺利开发与建设，启动区内共设置7座雨水泵站及一座中央控制室，对整个启动区进行防汛排涝。本文以启动区内的新昌雨水泵站为例，对雨水泵站内的电气设计进行详细的探讨。
1、泵站概况
新昌雨水泵站占地约1000平方，其中水泵间约560平方，变配电间约140平方。泵站设计总流量为21m/s，根据水工专业提交数据，泵站内共设立式轴流泵8台，其中3台流量：Q=2.0m /s；扬程：H=5.4m；功率：P=160kw；其余5台流量：Q=3.0m /s；扬程：H=5.3m；功率：P=250kw。另外为保证水泵的正常运行，泵站内另设有回转式不锈钢电动格栅机6套（功率：P=1.5 kw），启闸用手电两用启闭机12套（功率：P=2.2kw），检修作业潜水泵2套（功率：P=11kw），单梁悬挂桥式起重机2套（功率：P=14.6kw）
2、负荷计算
负荷计算一般采用需要系数法或二项式发法，由于需要系数法是世界各国均普启遍采用的确定计算负荷的基本方法，本工程采用需要系数法进行计算。根据水工专业提供的泵站设备功率，泵站内耗电的主要设备为8台立式轴流泵，当集水池内水位超过最大水位时，8台水泵需同时启动抽水，所以水泵需要系数取值Kd=1；格栅机设备根据回转格栅两侧水位差的高低间歇运行，需要系数取值Kd=0.5；启闭机及起重机仅在开/闭水闸或设备检修时运行，需要系数取值Kd=0.2；其他照明等附属负荷的需要系数按相关规范取值，具体负荷计算如下：
3、供配电设计
（1）变压器选择：根据负荷计算表，泵站内变压器容量总和应不低于2026.5kVA；为保证变压器最佳工作效率，变压器负载率在75%~85%为宜；另外考虑到变压器的后期检修维护，单台变压器容量不宜过大，以1000kVA以内为宜。综上要求，本工程共设置三台变压器，分别为400kVA+1000kVA+1000kVA，其中400kVA变压器带1台250kw水泵及其他站内设备（视在功率为327kVA），其中1台1000kVA变压器带3台250kw水泵（视在功率为860kVA），另1台1000kVA变压器带1台250kw及3台160kw水泵（视在功率为838kVA），变压器负载率分别为81%、86%及84%，达到最优性能。
（2）供配电系统：根据泵站设计规范要求，泵站负荷为二级负荷，为满足二级负荷用电要求，本工程采用双电源设计，其中主电源采用10KV市政电源，10KV系统采用单母线的结线方式，出线回路为3回变压器出线；0.4KV系统采用单母线分段联络的接线方式，三台变压器之间设置联络开关。备用电源采用0.4KV发电机电源，在0.4KV系统三段母线进线端各设1回发电机进线回路，发电机进线与变压器进线设2合1联锁装置。具体系统图如下：
10KV/0.4KV供配电系统图
（3）变配电设备选型：10KV配电设备采用KYN28A-12型铠装移开式高压断路器柜，低压配电设备采用GCK型低压抽出式开关柜，变压器采用SC(B)11型干式变压器。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
（4）无功补偿：采用在低压侧集中补偿，在每路低压变压器进线柜旁设动态无功补偿电容柜，电容柜与配电柜并柜一同放置安装，补偿容量按变压器容量的40%计算。
4、接地与防雷
（1）接地系统：采用TN-S接地系统，进户线重复接地、防雷接地、工作接地和保护接地共用一接地装置，接地电阻要求不大于1欧姆。考虑到泵站主体底部标高为-8.98米，泵站集水池及桩基础深埋地下，自然接地性能良好，本工程无需另设人工接地体，接地网利用泵池底板基础梁及基础内钢筋可靠焊接构成电气通路。泵房内所有电气设备正常不带电之金属外壳, 金属管道均应与接地系统连接，形成总等电位连接。
（2）防雷系统：根据年预计雷击次数公式N = k*Ng*Ae（Ng = 0.024Td^1.3），算得泵站建筑物年预计雷击次数为0.0653，建筑物划分为三类防雷建筑物。接闪带应沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设，并在整个屋面组成不大于20m*20m或24m*16m的网格，所有接闪短针应与接闪带焊接连通。其中接闪带采用明敷设计，利用12mm的镀锌圆钢明敷设在天面女儿墙、屋脊及屋檐上，并在天面的四个角及女儿墙转角处设置接闪短针。接线带敷设完成后，利用建筑物钢筋混凝土柱内主钢筋作为引下线通长焊接成可靠的电气通路，并与接地网连接，形成完整的防雷接地系统。
（3）等电位联结：在进线配电箱（屏）附近适当位置设置一总等电位联结端子箱（MEB），将PE干线、电气装置的接地干线、进出建筑物的上下水管、煤气管、空调管等金属管道、以及其他外露可能触及的金属导体联接在一起，形成等电位连接网。
（4）过电压、浪涌保护：在低压进线柜进线端、PLC柜进线端以及各安装在室外的控制设备箱进线端设置浪涌保护器，其中低压柜进线端保护器参数不低于：Iimp≥12.5KA、Up≤2.5KV、波形:10/350μs。
5、自动化控制
泵站自动化控制系统主要由由一台现场控制柜（PLC柜）以及一台泵站监控计算机组成。现场控制柜（PLC柜）和泵站监控计算机安装在泵站值班室。PLC柜内设模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块、以太网模块，通过输入模块采集各设备的状态参数和运行参数，通过PLC内设程序运算，再通过输出模块控制各设备的启/停。泵站中所有设备的控制分为手动控制和自动控制二级控制方式，并在每台设备控制箱上设有转换开关，转换设备的运行状态。
6、远程监控
随着智能网络的完善，泵站无人值班及中央集中控制已成为可能。本启动区共设有7座泵站，为保证7座泵站的统一调度控制，在启动区中心位置设置一座中央控制室，通过电信宽带网络，将各泵站PLC柜内的以态网模块与中央控制室内的服务器主机联网，最终实现在中央控制室内对各泵站内的设备状态及运行实行实时监控。
7、节能措施
雨水泵站用电具有季节性、短时性和大功率的特点，为满足泵站的节能要求，本工程从配电方案的选择、水泵控制方式、设备选型等多方面着手，尽量提高节能水平，减少环境污染。
（1）配电方案的选择：由于江门市属于季节性海洋性气侯，大多数雨水均集中在汛期（4-10月），而非汛期时雨水较少，根据这个特性，本工程采用400KVA+1000KVA+1000KVA的变压器配置方式，当汛期来临时，所有变压器全部投入运行，保证所有水泵的正常工作；汛期过去后，到供电部门停运两台1000KVA的变压器，仅保留400KVA的变压器运行以保证站内用电及一台250KW水泵的正常使用，满足非汛期的排涝需求。通过非汛期停运两台1000KVA变压器，节约大量的空载损耗和基础电费支出，实现节能要求。
（2）水泵控制方式：由于水泵大多为平方转矩负载，轴功率与转速成立方关系，所以当水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降，因此节能潜力非常大，最有效的节能措施就是采用变频调速器来调节流量。根据变频节工作原理和由流体力学可知，P(KW)Q(m3/s)×H(p)，流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。本工程所有水泵采用变频控制方式，虽然造价较高，却有着较高的节能效果。
（3）设备选型：本工程所有设备在型号选择时，优先采用新技术、新工艺的节能设备，如水泵选择高效率的立式轴流泵、变压器选择SCB11型以上的节能变压器、无功补偿采用新型动态补偿装置、站内照明设备选用节能型LED光源等，以达到更好的节能效果。
总结
本文总结了江门市滨江新区启动区—新昌雨水泵站电气设计的经验，对整个泵站电气设计流程作了一个系统的介绍和说明，达到新型泵站安全、节能、智能化的标谁。该项目2013年底竣工，经过几年的运行，有效抵御 “彩虹”、“天鸽”等台风造成的洪涝侵害，达到了预期的建设效果。
参考资料：
[1]汤炎明 人工水系之新型雨水泵站设计的探讨 建材与装饰 2016年18期
[2]齐亚东 .市政工程电气节能的有效途径探讨[J].科技传播,2013(13):63-64.
论文作者:黄和庆
论文发表刊物:《防护工程》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/26
标签：泵站论文; 变压器论文; 水泵论文; 设备论文; 功率论文; 雨水论文; 江门市论文; 《防护工程》2018年第19期论文;