1、DOI:10 19807/j cnki DXS 2023 03 097清原县城闸站电气及气盾闸工艺设计探讨倪洋(辽宁省沈阳水文局，辽宁 沈阳 110000)摘要浑河在清原县境内洪涝灾害频发，给两岸人民造成了巨大的生命财产损失，防洪工程体系亟待完善。为加强对清原县内浑河的治理，以小山城拦河闸和强排站为重点研究对象，分别探讨了二者的电气设计和工艺设计，确定了电气主接线方案和控制方案，确定了拦河闸的充排气工艺设计、管路设计，给出了排水站的设计排水流量及泵房布置方案。对于提高浑河整治工作清原县城段的治理效果具有指导意义，同时也可供同类工程参考借鉴。关键词电气设计;主接线;工艺设计;气盾闸;清原县城中图
2、分类号TV66文献标识码B文章编号1004 1184(2023)03 0281 03收稿日期2022 07 07作者简介倪洋(1985 )，男，内蒙古赤峰人，工程师，主要从事水文工作。1概述浑河整治工程清原县城段金属结构包括清原县小山城拦河闸、泄水闸、农业灌溉进水闸，清原县城强排站进口拦污栅、进水闸、出口防洪闸，及相关的启闭设备等。清原县城强排站进水口拦污栅，泵站进水口拦污栅共设 1 孔，孔口尺寸为 5 0 m 2 8 m，底坎高程为 227 00 m，按 1 5 m 水头差设计，静水启闭，采用临时启吊的方式启闭。清原县城强排站进水闸，在拦污栅的下游侧安装 2 孔进水检查闸，孔口尺寸为2 0
3、m 2 0 m，设计水头为 1 5 m，动水启闭，不调节流量，采用 80 kN 手电双螺杆启闭。清原县城强排站防洪闸，在泵站出口设防洪闸，孔口尺寸 2 5 m 2 0 m，设计水头 2 53 m，动水启闭为手电两用螺杆式启闭机启闭，在小山城拦河闸左侧设进水闸，用于平时的农业灌溉，孔口尺寸 1 0 m 1 2 m，设计水头 2 50 m，动水启闭，采用 50 kN 手电双螺杆启闭。在小山城拦河闸左侧设泄水闸，用于河底的冲砂清淤，孔口尺寸 2 0 m 2 0 m，设计水头 2 20 m，动水启闭，采用 80 kN手电双螺杆启闭。2电气2 1清原小山城拦河闸电气设计2 1 1工程概述小山城拦河闸工程
4、为改建工程，将原有的滚水坝，改为拦河闸，并兼顾农田灌溉的蓄水功能。2 1 2接入电力系统根据供配电系统设计规范，本项目用电负荷确定为三级负荷，供电电源取自工业园区变电站配出 10 kV 黄旗线 瓦窑分线，T 接点距拦河闸约为 800 m。拦河闸远离供电中心，属于较偏远地带，其备用电源为一台柴油发电机，拦河闸内负荷如表 1 所示。表 1需要系数法负荷表序号名称单位数量运行方式有功功率功率因数需要系数计入总容量1限压空压机台1短时运行30 kW0 8130 kW2电动阀门个8短时运行0 37 kW0 80 20 6 kW3照明项1同时率 0 710 kW0 80 85 6 kW4视频项1长期运行1
5、 kW0 811 kW5螺杆启闭机台1短时运行1 5 kW0 50 20 3 kW6螺杆启闭机台2短时运行2 2 kW0 50 20 88 kW7计算总负荷38 kW无功容量30 kvar总容量49 kVA2 1 3电气主接线电量计量采用低压计量方式。单变压器供电，单母线连接。选用一台 80 kVA 变压器作为拦河闸运行期间供电电源，为拦河闸运行、检修和照明供电。经计算，采用该容量变压器，在最大负荷直接启动时，母线启动压降为 11 5%，采用软启动器启动，母线压降为 7%。限压空压机采用软启动器启动。变压器与低压配电柜之间采用 YJV 低压电缆穿镀锌钢管连接。通过一台双投刀开关实现柴油发电机与
6、变压器低压侧之间的电源切换。在满足静态负荷运行的条件下，启动限压空压机，采用压降校验方式计算得出所需柴油发电机容量为 112 5 kVA，选用 PFV125 型柴油发电机。1822023 年 5 月第 45 卷第 3 期地下水Ground waterMay，2023Vol.45NO.32 1 4过电压保护和接地接地极充分利用自然接地体，如金属输水管线、构筑物基础内钢筋网及柱内主筋等。在管理房底板预埋一圈 40*4 扁钢，接地带等间距与管理房主筋焊接，设备外壳与接地网采用扁钢 25*4 连接。避雷器安装在 10 kv 线路的终端杆防止雷电侵入波过电压，电压进线柜配有电涌保护器，防止过电压。2 1
7、 5控制1)工程调度工程调度方式为由当地水利或相关部门通过有线电话或移动电话对拦河闸运行情况进行调度。2)自动控制拦河闸中的气盾闸系统自动控制由厂家设计提供。气盾闸控制系统与拦河闸操作工作站通信，采用屏蔽双绞线连接。2 1 6继电保护本工程电气设计主要是给各用电装置配电，采用的过电流保护，电流速断保护等。2 1 7二次接线小山城拦河闸电量计量采用低压计量，计量设备安放在户外 10 kV 线路终端杆上，具体由电业部门负责。低压进线柜安装一面多功能仪表用于显示当前低压配电柜运行状况，进线柜内引一回电流互感器二次信号至无功补偿装置。2 1 8控制电源系统视频柜内 UPS 装置引自视频柜内 220 V
8、 电源;控制台电源引自照明配电箱。2 1 9工业电视系统拦河闸监控采用监控摄像系统，设置 2 台高速云台摄像机以及 1 台带监视器的可操作 V3013A 型数字硬盘录像机。键盘采用 V2117 型键盘，显示器采用 V1362 17 型 17 寸液晶彩色监视器2 台高速云台摄像机采用 V1492 35A18 系列一体化网络高速云台彩色/黑白转换型摄像机。视频柜电源引自低压配电柜(2APD)，设一套 UPS 装置安放在视频柜中，保证监控摄像系统在断电的情况下能运行一小时，摄像机电源引自视频柜。2 1 10通信利用当地通讯网络，设置一个固定的电话，如主要的沟通工具，手机的使用作为一个辅助沟通工具。2
9、 1 11电气设备布置一套氧化锌避雷器和一套室外跌落式熔断器开关，位于室外端子上，变压器放置在户外终端杆上。在管理房配电室布置 2 面 GGD 低压柜，柜前操作距离不小于 1 800 mm，柜侧维护通道宽度不小于 800 mm，柜后距墙不小于 800 mm。参见附图 2139 C21 XSC 03。管理房内的电缆采用底板内穿镀锌钢管方式敷设。硬盘录像机放置配电室的视频柜内。视频显示及操作装置与操作工作站放置在值班室的操作台上。2 2清原县城西堡强排站电气设计2 2 1工程概述西堡强排站为新建强排站，位于清原县城西侧，浑河右岸。清原县城区拦河闸在强排站规划地点上游 50 m 处。西堡强排站主要用
10、于在汛期排除城区积水。2 2 2接入电力系统根据供配电系统相关设计规范，确定该项工程的水泵电机负荷为三级负荷。强排站安装 4 台水泵，汛期最大运行方式为 4 台全部投入使用，电机额定电压为 380 kV，额定功率为 250 kW，功率因数 为 0 85，电 机 型 号 为 JSL 14 10，水 泵 型 号 为900ZLB2 4 4。泵房照明功率为 10 kW。该强排站只有在汛期时才运行，其他时间主变不投入使用。在主变不投入运行期间，照明检修电源取自上游橡胶坝低压配电柜。在主变运行期间，供电电源 T 接于 10 kV 清南干线一分线，线路长度 150 m。采用高压计量方式。2 2 3电气主接线
11、方案一:采用单变压器供电，单母线接线方式。变压器选用一台 1 250 kVA 变压器作为强排站运行期间供电电源。该方案具有布线简单、操作方便、设备少、经济效益好等优点，而且总线两端易于延伸，扩展方便。缺点是可靠性差，对变压器检修维护不灵活。方案二:采用双变压器供电，单母线接线方式。本方案的优点在在具有方案一的优点外，增加了 10 kV 侧供电的可靠性与灵活性。缺点增加了设备投入以及维护费用。方案三:双变压器电源，单母线分段接线模式，本方案的优点在具有方案二的优点外，增加了 10 kV 侧供电的可靠性与灵活性以及 0 4 kV 侧的可靠性。缺点在于柜体增加数目较大，造价较高。本工程推荐采用方案一
12、，在保证正常运行可靠性的条件下，极大地节约了建设成本，一次性投入费用较低，变压器空载运行消耗低于其他两种方案。以下论述均按方案一进行说明。2 2 4过电压保护和接地设备接地主要利用水工水下构筑物主筋作为接地极，在泵房楼板预埋一圈 40*4 扁钢，扁钢与泵房主筋焊接，设备与接地网采用 25*4 扁钢连接，总接地网电阻值按规程为不大于 4。配置各级电气设备的过电压保护设备。10 kV 线路上装设避雷器，以防雷电侵入波过电压。低压配电柜均装设浪涌保护器，防止操作过电压。2 2 5控制本工程作为独立工程不进行视频信息和控制信号上传功能设计。工程调度方式为由当地水利部门通过有线电话或移动电话对泵站运行情
13、况进行调度。泵站不设自动化控制系统，完全由操作人员在低压配电柜或者泵房内的按钮箱对水泵的开/停机进行控制。2 2 6继电保护电力变压器:采用差动保护、过电流保护、过负荷保护和温度保护。电动机回路:低电压保护、单相接地保护、过负荷保护、过载保护，断相保护，三相不平衡保护、过电流和转子堵转保护等。2 2 7二次接线强排站对外电量计量采用高压计量，计量柜放置在配电室内，具体由电业部门负责。每台低压配电柜均安装一面多功能仪表用于显示当前各低压配电柜运行状况，进线柜内引一回电流互感器二次信号至无功补偿装置。282第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月2 2 8通信利用当地通讯网络，设固定电话一
14、部，设置一个固定的电话，如主要的沟通工具，手机的使用作为一个辅助沟通工具。2 2 9机电设备布置在室外终端杆上安装一组氧化锌避雷器。在泵房配电室内布置 5 面高压柜，高压柜后距墙 1 000 mm，柜前操作距离为 2 500 mm，屏边距墙 1 000 mm。变压器布置在配电室内后、侧壁的净距离不小于 600 mm，门的净距离不小于 800mm。靠近泵房的配电室布置 4 个 GGD 低压配电柜和 2 个GGJ3 无功补偿柜，无功补偿柜与低压配电柜并排放置。操作人员通过低压柜或泵房内按钮箱对水泵进行控制，泵房电缆通过在电缆夹层铺设电缆桥架进行敷设。3清原县城小山城气盾闸工艺设计3 1工程概况及基
15、本参数气盾闸总长为 80 m，气盾闸的坝袋和附属管道充气总容积为 210 m3。气盾闸底板高程为 250 4 m。气盾闸挡水高度为 2 m 气盾闸顶高程为 252 4 m，坝袋内压比为 1:1。3 2充、排气工艺设计3 2 1充气管路设计气盾闸坝袋充气时，由空压机从室外抽气，通过一根DN80 mm 的无缝钢管，送至空压机房的储气罐内，然后通过储气罐分别送至气盾闸各个坝袋内，将气盾闸充起。气盾闸的充气时间由气盾闸的坝袋及其附属管道和空压机的流量决定，充气时间为:210/3 2/60=1 1(h)。气盾闸在汛期或维修期间需要排出气盾闸坝袋内的气体，使气盾闸塌平。以利于行洪或检修安全。气盾坝袋排气采
16、用自动排气和机器排气相结合的方式，气盾闸维修或平时排空时采用自排，利用气盾闸的坝袋压力与河流的水位将坝袋内气体排出，每袋气体通过 DN150 mm 无缝钢管，直接排入外部大气中。当外部条件使自动排水无法进行或汛期发生突发性洪水时，由空压机将坝袋内的气体迅速抽出，实现强排水。气盾闸充、排气时考虑空压机的运行灵活性及充、排气的时间要求，选用两台限压式空压机。空压机的额定流量为 3 2 m3/min，气盾坝排气总时间为:210/3 2/60=1 1(h)，满足泄洪要求和规范要求。3 2 2拦河闸控制系统整个控制系统由空压机、过滤器、储气罐、安全阀、压力表、管道、手动阀门、水位传感器等设备组成。3 3充排气管路设计气盾制动器的主要装排气管均为无缝钢管。为了节省管道，进气和排气管道路线采用一条充排气管。管道和管件、管道和阀门用法兰连接。在充电和排气管道上设有超压安全阀，当充气管内压力超过设计压力时，超压溢压阀开始工作，防止气盾闸闸袋超压损坏。坝袋内的充、排气管道两侧设置小孔，以利空气畅通和排气时排空每段坝袋。在气盾闸的充、排气管路设置有阀，控制气盾闸的充起和塌落。经计算得出 D=86 mm，最后