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泵站電氣一次設計
泵站電氣一次設計
1 泵站概述
主要建筑物包括泵房、攔污柵閘、公路橋、進出水渠、變電站等。泵站裝有單泵流量為50m3/S、設計揚程1.69m、斜15°軸伸式軸流泵及配套1600kW異步電機6臺,配套電機與水泵之間通過齒輪箱連接。設計總流量為300 m3/S。
2 主接線及站用電接線設計
根據(jù)泵站負荷容量及等級,確定泵站進線為1路35kV進線,經(jīng)隔離手車、計量PT、CT及避雷器、母線PT、進線開關等至一臺35/10kV主變降壓至10kV,主變低壓側接4臺10kV高壓異步電動機及1號站用變,采用單母線接線。為保證站用電負荷的可靠性,泵站另有一路10kV電源經(jīng)負荷開關接2號站用變高壓側。站用電0.4kV側為單母線分段接線,1號站變主要負擔機組運行時的輔機負荷,如稀油站,技術供水泵、液壓啟閉機閘門油泵等,2號站變主要負擔泵站照明、空調(diào)、檢修等負荷,兩臺站變通過0.4kV分段斷路器互為備用。對于比較重要的負荷如消防供水泵、技術供水泵、稀油站等由兩段母線分別引一路電源在末端進行自動切換。在兩段母線上分別配置低壓電容器組進行無功補償。在35kV進線處設高壓計量,在2號站變10kV進線處設高壓計量,對照明負荷在低壓側設單獨計量。
3 主要電氣設備選擇
3.1 配套電機
3.1.1 容量及電壓等級
根據(jù)《泵站設計規(guī)范》(GB/T 50265-97)第10.3.2.1條規(guī)定,主電動機容量按水泵運行的最大軸功率并留有一定的儲備,儲備系數(shù)宜為1.05~1.10。水泵最大軸功率N軸 約為1300kW,則配套電機N電=(1.1×N軸/96%)=1490kW(式中96%為齒輪箱效率)。按電機容量系列,選擇電動機額定功率為355kW。
對于相同容量相同轉速的電動機,10kV電機比6kV電機價格要高20%~30%,二者的技術性能相近。泵站進線電壓等級為35kV無論選用10kV或6kV電機均需要配置降壓變壓器,因此選定電機電壓等級為6kV。
3.1.2 同步電動機和異步電動機的比較
在初步設計及招標設計階段,配套電機選用的是同步電動機,在施工圖設計階段,業(yè)主要求對同步電動機及異步電動機進行詳細技術比較后再作出選擇。經(jīng)過調(diào)研及征詢一些專家的意見,得出:由于太浦河泵站在機組轉速和轉矩方面無特殊要求,因此選用同步電動機和異步電動機都能滿足泵站正常運行的要求。異步電動機因結構簡單,在運行、維護及可靠性方面要優(yōu)于同步電動機。在價格上異步電動機也比同步電動機便宜。近年來,在上海地區(qū)的泵站工程中采用異步電動機較多,運行部門已取得了豐富的運行經(jīng)驗。綜合以上幾點,太浦河泵站最終選用了異步電動機的方案。
3.1.3 補償方式
對于泵站來說,異步電動機的無功補償有集中補償和現(xiàn)地補償兩種方式,太浦河泵站采用現(xiàn)地補償方式。集中補償在電動機母線上并聯(lián)多組電容器,根據(jù)運行的電機臺數(shù)和無功功率投入不同組電容器。此種方式電容器組需配置高壓斷路器柜及自動投切裝置,投資較大,因此未予采用。現(xiàn)地補償在每臺電動機機端并聯(lián)一組電容器,每次機 組投運時電容器亦投入,根據(jù)計算,太浦河泵站每臺異步電動機需配備電容器360kVAR(額定電壓為6.6/^3kV),能滿足在泵站正常水位變化范圍內(nèi)電機功率因數(shù)達到0.9的要求。補償設備采用成套電容補償裝置,包括高壓熔斷器、避雷器、電容器、放電線圈、串聯(lián)電抗器等設備,由電機廠配套供應。
3.1.4 起動方式
根據(jù)《泵站設計規(guī)范》10.5.1條機組應優(yōu)先采用全電壓直接起動方式,且母線電壓降不宜超過母線額定電壓的15%。根據(jù)起動壓降計算,在五臺機組正常運行,第六臺機組起動時母線壓降不超過15%,因此主電機采用全電壓直接起動方式。
3.1.5 額定參數(shù)
電動機的額定參數(shù)值如下;
額定功率:1600kW;額定電壓:6kV;
同步轉速:1000r/min;額定轉速:994r/min;
額定功率因數(shù):0.856;絕緣等級:F級(按B級考核);
外殼防護等級:IP23;冷卻方式:IC27;
效率:96.1%;堵轉轉矩:0.75倍額定轉矩;
最大轉矩:1.98倍額定轉矩;堵轉電流:5.4倍額定電流。
3.2 主變壓器
3.2.1 容量
根據(jù)《泵站設計規(guī)范》10.3.3條及附錄D的規(guī)定,主變壓器容量按下式計算:S=n&(k,1)P1/η×K1/COSΦ+P2K2其中:
S — 計算容量;P — 電動機額定功率(kW);
P2K2— 站用電負荷;η— 電動機效率;
COSΦ— 電動機功率因數(shù);K1— 電動機負荷系數(shù),取1.05。
S=10100kVA。
選定主變?nèi)萘繛?2500kVA,該容量同時滿足主電動機全壓起動要求
3.2.2 主變調(diào)壓方式
根據(jù)當?shù)毓╇姴块T提供的電壓波動范圍,選擇無勵磁調(diào)壓難以滿足泵站供電要求,因此需選擇有載調(diào)壓變壓器。同時選用有載調(diào)壓變壓器可減少泵站正常運行對當?shù)仉妷嘿|(zhì)量的依賴,對電動機的全電壓起動也有利。經(jīng)調(diào)壓計算,確定主變壓器的額定電壓為35±42×2.5% / 6.3 kV,該電壓也經(jīng)當?shù)毓╇姴块T同意。
3.2.3 主變型式
考慮到經(jīng)濟因素,主變未選用干式而選用油浸式變壓器,冷卻方式采用自冷式提高可靠性,降低噪音。同時主變選用S9系列節(jié)能變壓器,降低損耗及噪音。主變型號為SZ9—12500/35 。
3.3 站用變壓器
對站用變壓器容量選擇原則為一臺站變退出運行時,另一臺應能承擔重要站用負荷。結合工程的實際情況,重要負荷包括技術供水泵、稀油站、滲漏排水泵、工作照明、二次設備等負荷,根據(jù)上述原則確定站用變壓器的容量為630kVA。站用變壓器選用SC10型環(huán)氧澆注干式變壓器。
3.4 高、低壓開關柜
高壓開關柜選用KYN型高壓開關柜,開關柜內(nèi)配真空開關。低壓開關柜選用MNS型抽屜式開關柜,開關柜內(nèi)配低壓框架斷路器及塑殼斷路器。
4 主要電氣設備布置
泵站主泵房南端為35kV變電所。變電所共五層:地下一層(▽3.5m)為電纜層,布置高低壓電纜及控制電纜橋架。出于美觀考慮,35kV及10kV電源先用架空線引至泵站附近,再通過電纜由地下一層引至站內(nèi)。在地下一層進、出水側近主泵房墻上各開一個電纜孔,至主泵房的電纜由此引入主泵房。
一層(▽7.0m)為配電裝置層,設主變室、35kV高壓配電室、6kV配電室及低壓配電室,分別布置主變、35kV高壓開關柜、6kV高壓開關柜及低壓開關柜等設備。為便于低壓側接線,兩臺站用變與低壓開關柜并列布置在低壓配電室內(nèi)。主變室下設主變油坑,容納100%主變油量。主變35kV側通過電纜與35kV高壓開關柜連接,主變6kV側通過共箱封閉母線與6kV高壓開關柜連接。二層(▽▽11.50m)為電纜夾層,主要布置控制電纜橋架。電纜夾層及地下電纜層之間設電纜豎井,電纜沿電纜豎井內(nèi)橋架敷設。三層(▽14.50m)為二次、設備層,設中控室、繼保室、通訊設備室及計算機室等,布置泵站UPS系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、控制臺等設備。中控室近主泵房側設落地窗,以便運行人員從中控室瞭望機組。四層(▽19.50m)為辦公層。
主泵房水下部分分三層,分別為底板層、水泵層及安裝間層。底板層(▽-6.50m)布置有滲漏排水泵、檢修排水泵等設備,各設備旁均設現(xiàn)地控制箱。水泵層(▽1.45m)進水口側為輔機室,包括供水泵室、稀油站室、油處理室等,布置有消防供水泵、技術供水泵、稀油站、濾油機等設備,分別設現(xiàn)地動力箱及控制箱。主電動機在水泵出水口側,向進水口側向下斜15°與齒輪箱連接。每臺電機旁布置現(xiàn)地LCU屏及機組通風機控制箱。在各臺機組隔礅上布置電纜溝,便于沿進、出水口方向的電纜敷設。主電動機出水口側為液壓啟閉機室,布置有液壓閉機油泵及操組閥組。在油泵附近布置油泵動力柜及控制柜。為美觀需要,將六臺電容器補償柜分散布置在液壓啟閉機室內(nèi)。沿液壓啟閉機室頂布置6kV高壓電纜及啟閉機控制電纜橋架。至每臺主電機底6kV高壓電纜由變電站地下一層及液壓啟閉機頂電纜橋架敷設至主泵房,再經(jīng)電容器補償柜至主電機接線箱。進水口輔機室上方(▽1.45m)為電纜道及通風機室。電纜道為主泵房電纜的主通道,內(nèi)布置動力及控制電纜橋架。在每個機組段間電纜道墻上開電纜孔,電纜沿橋架引下至▽1.45m機組隔礅上的電纜溝,再引至各設備。通風機室內(nèi)布置主泵房排風機動力柜及控制柜。安裝間層(▽6.15m)主泵房北側為安裝間,布置檢修動力柜一臺。沿主泵房四周一圈為巡視走道,在出水口走道上方墻上設閘門現(xiàn)地控制箱,以便操作人員在操作時觀察閘門起落情況。
距主泵房進水口側70m左右為攔污柵閘,布置有13臺清污機及1臺皮帶運輸機。設動力柜、集中控制柜各1臺,每臺設備均隨機帶有控制箱。
5 過電壓保護及接地裝置
為防止雷電侵入波引起的過電壓,在35kV母線及6kV母線上均裝設一組避雷器保護。同時為防止真空開關操作時產(chǎn)生的操作過電壓對設備的絕緣特別是主電動機的絕緣造成威脅,在每個真空開關回路均裝設過電壓保護裝置,保護裝置用氧化鋅避雷器,采用四星形接法。
泵站的接地系統(tǒng)采用聯(lián)合接地的方式,工作、保護及防雷接地合用一個接地系統(tǒng),工頻接地電阻值按≤1Ω設計。整個接地電阻由人工接地體及自然接地體組成,并盡可能利用利用自然接地體。主要利用水工建筑物底板的鋼筋網(wǎng),在底板鋼筋網(wǎng)敷設由接地扁鋼組成的網(wǎng)格與鋼筋網(wǎng)焊接。這些水工建筑物包括進、出水池、主泵房、安裝間及變電站等,同時利用閘門門槽、攔污柵等金屬件接地。在變壓器中性點及避雷器接地處附近打垂直接地極。
根據(jù)GB50057-94《建筑物防雷設計規(guī)范》,本泵站按第二類防雷建筑物設計。主泵房及安裝間屋面為彩鋼板,且厚度大于0.5mm,可作為接閃物,因此主泵房頂不再敷設避雷帶,按照第二類防雷建筑物的要求設計避雷引下線,引下線與屋面鋼網(wǎng)架焊接。變電站屋面裝設避雷針,作為變電站的直擊雷保護。
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