太浦河泵站电气一次设计知识
1泵站概述太浦河泵站是太浦河工程的重要组成部分，其等别为I等大(1)型规模，主要建筑物包括泵房、拦污栅闸、公路桥、进出水渠、变电站等。泵站装有单泵流量为50m3/S、设计扬程1.69m、斜15°轴伸式轴流泵及配套1600kW异步电机6台，配套电机与水泵之间通过齿轮箱连接。设计总流量为300 m3/S。
2主接线及站用电接线设计
根据泵站负荷容量及等级，确定泵站进线为1路35kV进线，经隔离手车、计量PT、CT及避雷器、母线PT、进线开关等至一台35/6kV主变降压至6kV，主变低压侧接6台6kV高压异步电动机及1号站用变，采用单母线接线。为保证站用电负荷的可靠性，泵站另有一路10kV电源经负荷开关接2号站用变高压侧。站用电0.4kV侧为单母线分段接线，1号站变主要负担机组运行时的辅机负荷，如稀油站，技术供水泵、液压启闭机闸门油泵等，2号站变主要负担泵站照明、空调、检修等负荷，两台站变通过0.4kV分段断路器互为备用。对于比较重要的负荷如消防供水泵、技术供水泵、稀油站等由两段母线分别引一路电源在末端进行自动切换。在两段母线上分别配置低压电容器组进行无功补偿。在35kV进线处设高压计量，在2号站变10kV进线处设高压计量，对照明负荷在低压侧设单独计量。
3主要电气设备选择
3.1配套电机
3.1.1容量及电压等级
根据《泵站设计规范》(GB/T 50265-97)第10.3.2.1条规定，主电动机容量按水泵运行的最大轴功率并留有一定的储备，储备系数宜为1.05~1.10。水泵最大轴功率N轴约为1300kW，则配套电机N电=(1.1×N轴/96%)=1490kW(式中96%为齿轮箱效率)。按电机容量系列，选择电动机额定功率为1600kW。
对于相同容量相同转速的电动机，10kV电机比6kV电机价格要高20%~30%，二者的技术性能相近。泵站进线电压等级为35kV无论选用10kV或6kV电机均需要配置降压变压器，因此选定电机电压等级为6kV。
3.1.2同步电动机和异步电动机的比较
在初步设计及招标设计阶段，配套电机选用的是同步电动机，在施工图设计阶段，业主要求对同步电动机及异步电动机进行详细技术比较后再作出选择。经过调研及征询一些专家的意见，得出：由于太浦河泵站在机组转速和转矩方面无特殊要求，因此选用同步电动机和异步电动机都能满足泵站正常运行的要求。异步电动机因结构简单，在运行、维护及可靠性方面要优于同步电动机。在价格上异步电动机也比同步电动机便宜。近年来，在上海地区的泵站工程中采用异步电动机较多，运行部门已取得了丰富的运行经验。综合以上几点，太浦河泵站最终选用了异步电动机的方案。
3.1.3补偿方式
对于泵站来说，异步电动机的无功补偿有集中补偿和现地补偿两种方式，太浦河泵站采用现地补偿方式。集中补偿在电动机母线上并联多组电容器，根据运行的电机台数和无功功率投入不同组电容器。此种方式电容器组需配置高压断路器柜及自动投切装置，投资较大，因此未予采用。现地补偿在每台电动机机端并联一组电容器，每次机 组投运时电容器亦投入，根据计算，太浦河泵站每台异步电动机需配备电容器360kVAR(额定电压为6.6/＾3kV)，能满足在泵站正常水位变化范围内电机功率因数达到0.9的要求。补偿设备采用成套电容补偿装置，包括高压熔断器、避雷器、电容器、放电线圈、串联电抗器等设备，由电机厂配套供应。
3.1.4起动方式
根据《泵站设计规范》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%。根据起动压降计算，在五台机组正常运行，第六台机组起动时母线压降不超过15%，因此主电机采用全电压直接起动方式。
3.1.5额定参数
电动机的额定参数值如下;
额定功率：1600kW;额定电压：6kV;
同步转速：1000r/min;额定转速：994r/min;
额定功率因数：0.856;绝缘等级：F级(按B级考核)；
外壳防护等级：IP23;冷却方式：IC27;
效率：96.1%；堵转转矩：0.75倍额定转矩；
最大转矩：1.98倍额定转矩；堵转电流：5.4倍额定电流。
3.2主变压器
3.2.1容量
根据《泵站设计规范》10.3.3条及附录D的规定，主变压器容量按下式计算：S=n＆(k，1)P1/η×K1/COSΦ+P2K2其中：
S—计算容量;P—电动机额定功率(kW);
P2K2—站用电负荷；η—电动机效率；
COSΦ—电动机功率因数；K1—电动机负荷系数,取1.05。
S=10100kVA。
选定主变容量为12500kVA，该容量同时满足主电动机全压起动要求
3.2.2主变调压方式
根据当地供电部门提供的电压波动范围，选择无励磁调压难以满足泵站供电要求，因此需选择有载调压变压器。同时选用有载调压变压器可减少泵站正常运行对当地电压质量的依赖，对电动机的全电压起动也有利。经调压计算，确定主变压器的额定电压为35±42×2.5% / 6.3 kV，该电压也经当地供电部门同意。
3.2.3主变型式
考虑到经济因素，主变未选用干式而选用油浸式变压器，冷却方式采用自冷式提高可靠性，降低噪音。同时主变选用S9系列节能变压器，降低损耗及噪音。主变型号为SZ9—12500/35。
3.3站用变压器
对站用变压器容量选择原则为一台站变退出运行时，另一台应能承担重要站用负荷。结合工程的实际情况，重要负荷包括技术供水泵、稀油站、渗漏排水泵、工作照明、二次设备等负荷，根据上述原则确定站用变压器的容量为630kVA。站用变压器选用SC10型环氧浇注干式变压器。
3.4高、低压开关柜
高压开关柜选用KYN型高压开关柜，开关柜内配真空开关。低压开关柜选用MNS型抽屉式开关柜，开关柜内配低压框架断路器及塑壳断路器。
4主要电气设备布置
泵站主泵房南端为35kV变电所。变电所共五层：地下一层(▽3.5m)为电缆层，布置高低压电缆及控制电缆桥架。出于美观考虑，35kV及10kV电源先用架空线引至泵站附近，再通过电缆由地下一层引至站内。在地下一层进、出水侧近主泵房墙上各开一个电缆孔，至主泵房的电缆由此引入主泵房。
一层(▽7.0m)为配电装置层，设主变室、35kV高压配电室、6kV配电室及低压配电室，分别布置主变、35kV高压开关柜、6kV高压开关柜及低压开关柜等设备。为便于低压侧接线，两台站用变与低压开关柜并列布置在低压配电室内。主变室下设主变油坑，容纳100%主变油量。主变35kV侧通过电缆与35kV高压开关柜连接，主变6kV侧通过共箱封闭母线与6kV高压开关柜连接。二层(▽▽11.50m)为电缆夹层,主要布置控制电缆桥架。电缆夹层及地下电缆层之间设电缆竖井，电缆沿电缆竖井内桥架敷设。三层(▽14.50m)为二次、设备层，设中控室、继保室、通讯设备室及计算机室等，布置泵站UPS系统、直流系统、视频监视系统、火灾报警系统、通讯系统、控制台等设备。中控室近主泵房侧设落地窗，以便运行人员从中控室瞭望机组。四层(▽19.50m)为办公层。
主泵房水下部分分三层，分别为底板层、水泵层及安装间层。底板层(▽-6.50m)布置有渗漏排水泵、检修排水泵等设备，各设备旁均设现地控制箱。水泵层(▽1.45m)进水口侧为辅机室，包括供水泵室、稀油站室、油处理室等，布置有消防供水泵、技术供水泵、稀油站、滤油机等设备，分别设现地动力箱及控制箱。主电动机在水泵出水口侧，向进水口侧向下斜15°与齿轮箱连接。每台电机旁布置现地LCU屏及机组通风机控制箱。在各台机组隔礅上布置电缆沟，便于沿进、出水口方向的电缆敷设。主电动机出水口侧为液压启闭机室，布置有液压闭机油泵及操组阀组。在油泵附近布置油泵动力柜及控制柜。为美观需要，将六台电容器补偿柜分散布置在液压启闭机室内。沿液压启闭机室顶布置6kV高压电缆及启闭机控制电缆桥架。至每台主电机底6kV高压电缆由变电站地下一层及液压启闭机顶电缆桥架敷设至主泵房，再经电容器补偿柜至主电机接线箱。进水口辅机室上方(▽1.45m)为电缆道及通风机室。电缆道为主泵房电缆的主通道，内布置动力及控制电缆桥架。在每个机组段间电缆道墙上开电缆孔，电缆沿桥架引下至▽1.45m机组隔礅上的电缆沟，再引至各设备。通风机室内布置主泵房排风机动力柜及控制柜。安装间层(▽6.15m)主泵房北侧为安装间，布置检修动力柜一台。沿主泵房四周一圈为巡视走道，在出水口走道上方墙上设闸门现地控制箱，以便操作人员在操作时观察闸门起落情况。
距主泵房进水口侧70m左右为拦污栅闸，布置有13台清污机及1台皮带运输机。设动力柜、集中控制柜各1台，每台设备均随机带有控制箱。
5过电压保护及接地装置
为防止雷电侵入波引起的过电压，在35kV母线及6kV母线上均装设一组避雷器保护。同时为防止真空开关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，在每个真空开关回路均装设过电压保护装置，保护装置用氧化锌避雷器，采用四星形接法。
泵站的接地系统采用联合接地的方式，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。整个接地电阻由人工接地体及自然接地体组成，并尽可能利用利用自然接地体。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。这些水工建筑物包括进、出水池、主泵房、安装间及变电站等，同时利用闸门门槽、拦污栅等金属件接地。在变压器中性点及避雷器接地处附近打垂直接地极。
根据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》，本泵站按第二类防雷建筑物设计。主泵房及安装间屋面为彩钢板，且厚度大于0.5mm，可作为接闪物，因此主泵房顶不再敷设避雷带，按照第二类防雷建筑物的要求设计避雷引下线，引下线与屋面钢网架焊接。变电站屋面装设避雷针，作为变电站的直击雷保护。
文章关键词： 电机
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