蓝田水闸重建工程之电气设计分析

谢悦毅

(江门市科禹水利规划设计咨询有限公司，广东 江门 529000)

1 工程概况

蓝田水闸位于恩平市横陂镇蓝田村附近，距离横陂镇15 km，距离恩平市中心30 km，是大河(当地又称蓝田河)中下游的一座拦河水闸，水闸控制集雨面积82 km2，水闸设计灌溉面积为449.3 hm2，水闸总净宽为77 m，是一座以灌溉、排洪为主，兼顾交通和生态景观的小(1)型水闸，属于Ⅳ等工程。

蓝田水闸建于1960年，距今已运行几十载，由于年久失修，水闸建筑物已出现渗流，金属结构锈蚀严重，电机损坏、启闭机不能正常运行，水闸的电气设备简陋、落后、不可靠、不安全，存在严重安全隐患，已无法满足水闸防洪防涝要求。经相关部门安全鉴定，水闸工程质量、防洪标准、渗流安全、结构安全、金属结构及机电设备安全均评定为C级，综合评定蓝田水闸被评定为四类闸。基于此，须尽快对蓝田水闸拆除重建。

本工程是在水闸原址重建，水闸采用11扇平板钢闸门挡水，总净宽77 m，每扇闸门配一台QPQ2*16启闭机，采用一机一门控制，启闭设备选用液压启闭机和固定式卷扬启闭机操作。水闸工程采用0.4 kV电源供电，并采用一台柴油发电机作为紧急备用电源，以保障水闸运行安全。

2 电气设计方案

2.1 供电电源设计

(1)负荷等级。 蓝田水闸具有“阻咸蓄淡”、灌溉、防洪抗洪的功能，是保障农田正常灌溉、农村居民生产用水、改善蓝田村水生态环境的重点，而水闸用电安全关系到水闸能否正常发挥其作用。基于此，电气设计人员在设计时应选择可靠性强、安全性高的供电电源设备，唯有这样，才能保障水闸用电的安全可靠。本水闸工程0.4 kV配电系统侧主要用电负荷为水闸启闭机及管理用电，属非工业用电，负荷等级为三级；用电设备总安装容量约191 kW。其中：水闸启闭机11台，单台机组功率均为11 kW；水闸管理用电负荷约为20 kW；管理房用电负荷约为50 kW。设备平均功率因数为0.8，需要系数为0.5，计算容量为96 kW，计算电流为182 A。

(2)供电电源。 由于水闸内启闭机设备与管理用电总容量达到191 kW，为此，本次水闸选用AC380/220 V单电源供电[1]，频率50 Hz，主电源接自本水闸专用户外变电所，变电所安装一台S11-M-125型变压器及其配套配电装置，变电所10 kV电源接自附近10 kV电源点，接入点距本水闸约1000 m；备用电源接自柴油发电机房，距本水闸约100 m。各种电压等级供电线路如表1所示。

表1 供电线路规格

2.2 电气主接线

电气主接线需要考虑能够满足安全可靠、经济、操作灵活、检查维护方便的要求[2]，且需要结合蓝田水闸的规模、装机容量、电压等级、运行方式及负荷性质等特点，以及当地供电电网实际情况综合考虑来设计。由于水闸主变压器负荷、损耗比较大，使用率低，所以还需要在水闸附近新建1座户外台架式变压器，主变容量为125 kVA；由于高压系统是由10 kV电缆线路引来，因此，可在高压系统侧设置户外跌落式熔断器保护，作为短路保护和过负荷保护；变压器低压侧配置一台户外杆上一体化配电箱，用于计量各个启闭机的负荷量，计量方式高供低计。站用日常用管理等低压电气设备采用放射式、树干式及混合式供电，以便日常检修或突发故障时，能保障水闸正常运行。

2.3 主要电气设备的选择与布置

2.3.1 变压器

蓝田水闸主变容量的选择与计算一般需要根据水闸的机电设备和管理用电负荷来选择，主变压器容量应按下式(1)计算[3]：

(1)

式中：S为主变压器容量，kV·A；P1为启闭机额定功率，kW，取11 kW，共11台；P2为照明负荷，kW，取70 kW； cosφ为启闭机功率因数，取0.8；K2为照明同时系数，取0.9；K1为启闭机需要系数，取0.3。经计算S=108 kVa。

根据计算结果可以得知，蓝田水闸重建工程选用1台容量为125 kVA变压器即可满足要求。工程主要的电气设备参考选型如表2所示。

表2 主要电气设备参考选型

2.3.2 导线及电缆

蓝田水闸重建工程的电缆主要有高压电缆和低压电缆两种，为此，在设计时，高压电力电缆可选用FY-YJV22-8.7/15 kV型，低压电力电缆选用YJV-0.6/1 kV型，或ZR-VV-0.6/1 kV型，控制电缆选择KVV型。

2.3.3 电气设备布置

(1)户外台架式变压器。本工程需在水闸附近新建一座户外台架式变压器，主变、跌落式熔断器、隔离开关、户外电表箱等电气设备均装设于杆上。

(2)水闸闸室。 本水闸配电箱、11台启闭机控制箱等设备均布置于闸室内。

2.4 照明系统设计置

本工程水闸照明设计时，需要遵循设计原则，挑选高效、节能、发光率高、寿命长的灯具，以减少后期维护费用及损耗费用。水闸电气照明主要设有两种照明系统，一种正常照明系统，一种事故应急照明系统[4]。正常照明系统主要设置在管理房内，照明用电均采用AC380/220 V单电源供电，室内照明灯具均选用LED灯管，并在室内均匀布置，安装方式为贴墙安装，装高3 m；而应急灯一般设置在高低压配电室、控制室、走廊等出入口处，采用玻璃或其他不燃烧材料作保护罩并有自带电源，户外道路照明灯具采用IP65等级LED泛光灯；所有灯具金属外壳应与PE线连接，所有开关及插座均选用安全型产品。

2.5 过电压保护与接地装置

2.5.1 继电保护方式

(1)10 kV电源装设户外真空断路器+隔离开关组合，具有电流速断、过流、过负荷等保护功能。

(2)户外台架式变压器高压侧采用跌落式熔断器保护作为过流保护。

(3)低压侧总进线为户外杆上一体化配电箱，采用塑壳式断路器保护，低压出线采用塑壳式断路器保护，当线路或设备发生短路或接地故障时，塑壳式断路器能自动跳闸，切除故障线路或设备。

2.5.2 防雷与接地

在进行水闸雷电防护设计时，需要根据水闸防雷设计原则与规定，当地产生雷电因素、雷电入侵途径等来确定防雷等级与安装防雷保护装置与接地，以此降低雷电给水闸带来的损害。当前，蓝天水闸所有水工建筑物均按三类防雷建筑物进行防雷设计，一般采取防直击雷和雷电波侵入两种措施。

(1)防直击雷。在水工建筑物天面采用避雷带做防直雷保护接闪器，并与天面钢筋形成不大于20 m×20 m或24 m×16 m的网格；安装在建筑物立面的无金属外壳的电气设备不应布置在避雷网之外；变压器高、低压侧均装设避雷器；利用建筑物边柱内的主筋做引下线，利用建筑物基础内的钢筋网做接地装置。天面上所有金属物均与防雷装置可靠连接，并按相关防雷规定做好防雷感应措施。

(2)防雷电波入侵。由于电缆是雷电入侵的主要途径，为此，水闸电气设计人员在进行建筑物的防雷设计时，一定要严格按照我国《建筑物防雷设计规范》(GB50057—2010)强制性国家标准来进行设计。为此，在设计时，可以将水闸水工建筑物的电力电缆、金属管线均与接地装置可靠连接，并在站用低压总电源箱处装设浪涌保护器，以避免水闸供电系统与机电设备受损。

(3)接地。接地作为防雷设备的重要组成部分之一，为此，在设计时可以利用水工建筑物础钢筋作为接地装置，将所有防雷与强电系统全都统一共用接地装置，接地电阻值不大于1 Ω；另外，为确保接地的可靠性，还需增设一组接地装置供开关站及控制室设备接地，新装的接地装置与原有的接地装置作可靠的金属连接，且连接点不少于2处。本工程接地型式为TN-S系统，所有外露可导电部分均与PE线可靠连接[5]。

3 结 语

蓝田水闸重建工程的电气设计关系到水闸挡水、排洪、阻咸蓄淡、灌溉功能是否得到充分发挥。为此，电气设计人员严格按照相关设计标准，结合水闸实际情况选用即可靠又先进的电气设备，可以提升水闸灌溉、排洪能力，确保农田灌溉、农村居民生产用水。这对改善水环境、推动乡村振兴、农村经济高质量发展有着十分重要的作用。