10 kv排涝泵站电气设备选型分析

1    工程概况

1)气象环境:本工程地处珠江三角洲中上游 ,属季风性亚热带气候 ,温暖而潮湿 , 阳光充沛 。由于受海洋气候影响 ,大部分地区空气中的水汽较多 , 多年平均相对湿度为81%,最大可达100%,最小为10% 。 11月、12月相对湿度最小 , 多年平均湿度为75%;6月相对湿度最大 ,多年平均湿度达到86%[1]。雨量丰富 ,多年平均降雨量为1 793.9 mm。

2)泵站装机规模:泵站水泵采用2台立式轴流泵 ,设计总装机容量5 200 kw ,转速150 r/min。

3)选型原则:排涝泵站是城市防洪排涝系统中的核心工程设施 ,关系到内涝区人民群众的生命财产安全 ,排涝设备需要可靠运行 ,在电气设备选型中应遵循可靠性原则。

2    电机选择

2.1    额定电压

根据调查 ,本地电网的电压等级为10 kv , 结合GB 50265—2022《泵站设计标准》[2] 的要求 (当技术经济条件相近时 , 电动机额定电压宜优先选用10 kv),本工程电机额定电压选用10 kv。

2.2    电机极数

根据水泵转速n=150 r/min,市电频率f=50 Hz ,则同步电机的极对数P为:

电机级数为40级。

2.3    其他参数选择

绝缘等级采用F级 ,最高工作温度155 ℃。防护等级采用IP21,为室内运行产品 。冷却方式采用IC21 ,采用机壳表面强制风冷 。定子接线采用Y型接线 。根据本地水利局文件要求 ,本站电机选用适合湿热带地区使用的产品 ,按“三防 ”设计制作 。所选电机型 号 为 : TL2600—40/3250 (TH), 电动机的励磁装置采用静止可控硅励磁装置。定子设有测温元件 , 以便测量机组运行时的电机定子温度。电机参数如表1所示。

根据《泵站设计标准》[2]要求 , 电动机启动母线端电压≥额定电压的85%,经计算 , 本站在最小运行方式下 , 电动机启动母线端电压等于额定电压的89.7%>85%,满足电动机直接启动的要求 , 所以本工程电动机选择采用直接启动方式启动。

3   主供电回路接线选择

本工程工程等级为大(2)型 ,根据《泵站设计标准》[2]要求 ,负荷等级应为二级 ,宜由双回路供电。按照工程的负荷等级、进线回路数以及供电的范围和规模 ,本工程采用接线简单可靠的10 kV单母线不分段接线方式 , 由于与新建工程相邻的旧泵站已有 一条10 kV进线 ,在两条10 kV进线之间设置联络线 , 即可形成双回路供电 。站内设置一台专门的站用变压器 , 以保证站内附属设备以及日常运行管理的用电需要。低压配电系统供电型式采用三相五线制 ,低压配电系统采用单母线接线方式 。主供电回路接线图如图1所示。

4   站用变压器选择

本工程电源进线电压为10 kV ,为满足排涝泵站220 V/380 V电器的用电需求 , 需要设置一台站用变压器 。站用电负荷如表2所示。

由表2可知 ,开机时的负荷比停机时负荷大 , 因此站用变容量取开机时负荷容量 。需求系数取值0.85 ,功率因数取补偿后值0.9,则计算容量为sj=(0.85× 268.5)/0.9≈254 kVA , 考虑容量的预留 , 选用容量315 kVA、10/0.4 kV、Dyn11、SC10—315/10干式变压器一台 。该产品性能参数先进 ,质量稳定可靠 ,维护简单 ,具有良好的防火、防潮、防霉、防盐雾以及耐雷电冲击的能力。

5   短路电流计算

5.1    供电系统图

供电系统图如图2所示。

5.2    短路电流计算成果表

短路电流计算成果表如表3所示。

6    电力电缆选择

6.1    10 kv进线回路电缆

最高正常工作电流Igmax=2× 176+18. 18=370.18 A ,选用ZRYJV22-8.7/15 KV-3×240电缆。

电缆载流量I=480 A>370.18 A。

注:2 600 KW轴流泵额定工作电流176 A,315KVA变压器额定工作电流18.18 A。

6.2    10 kv电动机回路电缆

最高正常工作电流Igmax=1.05 × 176=184.8 A , 选用YJV22-8.7/15 KV-3×70电缆。

电缆载流量I=205 A>184.8 A。

6.3    10 kv电缆热稳定校验

s(电缆截面积)≥smin

式中:I∞表示发生了阻抗可以忽略的故障时的故障电流(交流有效值),根据表3数据为10.21 KA;tdz表示保护电器切断供电的时间 ,取0 .2 s;K值是取决于保护导体、绝缘和其他部分材质以及初始温度和最终温度的一个系数[3] ,查表取143。

不同导体材料和绝缘的K值如表4所示。

s=70 mm² >smin=31.93 mm² ,符合热稳定要求。

7    高低压开关柜选择

7.1    10 kv高压开关柜选择

选用KYN-12(Z)成套手车式开关柜 ,开关采用VS1型户内真空断路器。

校验结果:KYN-12(Z)每个供电回路额定电流1 250 A ,额定电压10 KV ,最高工作电压12 KV ,额定短路开断电流31.5 KA>ICH(3)=23.28 KA , 峰值耐受电流63 KA>iCH(3)=26.04 KA ,故所选10 KV高压开关柜符合要求。

7.2    0.4 kv低压开关柜选择

0.4 KV低压开关柜选用GCK成套开关柜 ,该柜结构简单 ,机械强度高 ,安全分隔性能好 ,可靠性高。

校验结果:GCK开关柜技术指标达到国标GB/T 7251—2023《低压成套开关设备和控制设备》[4]标准 ,选用的开关额定运行短路分断能力35 KA>Ich(3)= 23.58 KA , 额 定 极 限 短 路 分 断 能 力 50 KA >ich(3)= 26.37 KA ,故所选0.4 KV低压开关柜符合要求。

8    无功功率补偿计算

本工程主电动机功率因数为0 .9,在机组运行时无须考虑无功补偿问题 。但考虑到当同步电机不开机 ,站用变压器单独运行时 ,须进行无功补偿 。根据《全国供用电规则》和《功率因数调整电费办法》的要求 [5] ,在站用电低压母线上也需并联电容器进行全自动无功补偿 ,补偿后的功率因数要求达到cos φ /=0.9。无功补偿容量Qc按站用变压器满负荷时来计算:

=0.9×315 × (1.02-0.484)≈152 Kvar

式中:pjs表示变压器满负荷运行、功率因数为0.9时的有功功率 , 变压器容量为315 KVA , 因此pjs=0 .9 × 315=283 .5 KW;φ为补偿前功率因数角 ,站用电补偿前功率因数按0 .7考虑 ,cos φ=0 .7,所以tan φ=1 .02; φ/为补偿后功率因数角,cos φ/=0.9,所以tan φ/=0.484。

站内设一面无功功率补偿柜 ,根据每只电容器容量为30 Kvar计算 ,并考虑预留一定的备用量 ,无功补偿柜按6个回路设计 , 即无功功率补偿的总容量为30× 6=180 Kvar 。电容器投入方式为全自动投入 , 即根据负荷的变化自动投入或退出。

9    防雷接地

根据GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》[6] ,本工程按三级防雷建筑物设计 。防止直击雷采用避雷带 ,在沿屋面易受雷击的部位装设避雷带和避雷短针 ,利用钢筋砼柱内钢筋作“防雷接地引下线 ”,接至基础底板钢筋网和桩基钢筋作“接地体 ”, 连接点不少于2处 ,从而构成一个完整的利用建筑物自身结构钢筋的自然防雷接地系统 。接地电阻要求小于4 Ω 。施工完毕实测如果不能满足要求 , 需补打接地极进行补救。接地线在搭接焊时 ,搭接焊接长度不小于6倍钢筋或圆钢直径 ,要求双面满焊 ,打磨焊渣后需涂防锈漆两遍。

10    照明设备选择

泵站应设置正常照明和应急疏散照明 ,供电电压为220 V 。在泵站厂房可以选择150 W的LED棚照灯 。 中控室可以选择36 W ,尺寸600 mm×600 mm的LED面板灯。在设备房可以选择24 W ,长度1 200 mm的LED面板灯。如在阴暗潮湿的地方 ,可以选择供电电压36 V的安全照明灯具 ,在照明配电箱增设一台220/36 V的安全电压变压器 。泵站各个场所的照度应满足SL 641—2014《水利水电工程照明系统设计规范》[7]的有关规定 。消防疏散类标志灯需要通过消防认证 ,面板信息内容符合国家规范要求 。出口标志灯在门上方安装时 ,底边距门框0.2 m,疏散指示灯底边距地面0.3 m。

11    结束语

本文分析了排涝泵站电气设备选型的思路及计算过程 ,全部符合规范要求及使用需要 ,在泵站实际运行过程中 ,各电气设备运行正常 ,满足了泵站排涝防洪需求 ,未发生过严重的电气故障。排涝泵站电气设备的选择应以规范文件作为基础 , 安全可靠作为原则 , 同时兼顾经济性 ,如果在建设期间能够做好设备选型 ,选择出适合工程实际需求的设备 , 既能有效降低设备故障率 ,提高设备运行可靠性 ,又能减少维护成本 ,提升工程经济性。

[参考文献]

[1]  刘登.某混合梁斜拉桥主梁施工阶段温度效应及剪力滞研究[D].佛山:佛山科学技术学院 ,2018.

[2]  泵站设计标准:GB  50265—2022[S].

[3]  民用建筑电气设计规范:JGJ  16—2008[S].

[4]  低压成套开关设备和控制设备:GB/T  7251—2023[S].

[5]  邓德满.蒋家嘴泵站电气主接线设计浅析[J].湖南水利水电 ,2010(4):88-91.

[6]  建筑物防雷设计规范:GB  50057—2010[S].

[7]  水利水电工程照明系统设计规范:SL  641—2014[S].

《机电信息》第18期第18篇