陕西省水利电力勘测设计研究院陕西西安710000
摘要：本文通过合阳县申都供水更新改造工程的案例分析，对泵站电机的选择、电动机的启动、泵站电源设计等5个方面进行论述，用以表述中小型泵站的电气设计的思路。
关键词：泵站；电气；设计
1工程概况
申都供水工程位于该县人口密集、工矿企业分布集中的中东部地区，随着经济的持续发展，县城人口和城区规模不断扩大，县城供水缺口较大，供水问题已严重影响到合阳县城居民的正常生活及当地经济的后续发展，迫切需要进行供水改造，以确保县城供水安全[1]。现将于1995年至1997年先后建成的三级泵站（申都一级泵站、宋家庄二级泵站、坊镇三级泵站）进行更新改造。
2泵站装机容量设计
经水工相关计算后，水泵机组相关参数如下表1所示。
表1：合阳县申都供水改造工程水泵机组相关参数
工程电动机的容量按水泵运行可能出现的最大轴功率选配，并留有一定的储备系数，储备系数按1.05-1.1考虑。由于电机和水泵转速之间可能存在一定的转速差，在选在电机容量时应考虑对转速差进行修正。修正公式为：
根据水泵机组相关参数，电动机选择可靠、节能、经济的笼型异步电动机。一般情况下，中小型电动机的额定电压为0.38kV和0.66kV，大中型电动机的额定电压为6kV和10kV。根据《通用用电设备配电设计规程》GB50055和《泵站设计规范》GB50265中规定，对于连续工作制（S1）、功率大于200kV的电动机额定电压宜选用10kV。本工程中，申都一级泵站电动组额定容量大于200kW，选用10kV电压等级电动机，其余0级泵站、宋家庄二级泵站和坊镇三级泵站的电动机额定容量均小于200kW，选用0.38kV电压等级电动机。工况经计算后电机容量电动机机组相关参数如下表2所示。
表2：合阳县申都供水改造工程电动机组相关参数
综上，0级泵站总装机容量为66kW，装设0.38kV低压异步电动机组4台，单机容量为22kW，运行工况为3用1备；申都一级泵站总装机容量1260kW，装设10kV高压异步电动机组4台，单机容量为315kW，运行工况为3用1备；宋家庄二级泵站和坊镇三级泵站总装机容量均为924kW，装设0.38kV低压异步电动机组7台，单机容量为132kW，运行工况均为5用2备。
3泵站电源设计
泵站电源的选择是根据工程四级泵站的地理用电负荷、地理位置和地区供电系统电源的分布情况进行供电设计。
工程负荷的性质以城镇供水为主，四级泵站的年运行小时数为5000小时，泵站停电后会对城镇供水造成很大影响，根据《供配电系统设计规范》GB50052第3.0.1条和第3.0.7条规定：“中断供电将在经济上造成较大损失时该负荷等级应视为二级负荷”和“二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆供电。”故本工程用电负荷按二级负荷设计，供电电源采用1回10kV专用架空线路为工程四级泵站供电，不考虑地方其他电力负荷。
4泵站电气接线设计
电气主接线应满足运行可靠，操作检修灵活方便，节省投资等基本要求。工程零级泵站、宋家庄二级泵站和坊镇三级泵站为0.4kV低压泵站，可采取相同的接线方式，均采用10kV/0.4kV变压器降压后给各级级泵站供电，10kV母线和0.4kV母线接线形式均采用单母线接线。申都一级泵站为10kV高压泵站，由于泵站供电专线线路较长，压降较大，该泵站运行压降为6.095%，为保证泵站供电电能质量，在泵站内设1台10±2×2.5%/10kV变压器，进行调压。泵站内设有2段10kV母线，均采用单母线接线。10kVI母线上并接有1面电缆进线柜、1面馈线柜和1面站用变馈线柜；全站4台10kV抽水泵配套电动机直接接于10kVII段电动机母线，另在10kVII段母线上设置1套无功补偿装置。
5电动机启动计算
根据《泵站设计规范》GB50265中第10.5.1条规定：电动机组应采用直接启动方式时，其母线电压降不宜超过额定电压15%。申都一级泵站位于线路末端，距变电站约13km，线路较长，且负荷较大，因此，需要校验该泵站10kV配电母线的电压降，以确定最后一台10kV高压异步电动机能够可靠启动。
经调查系统侧最小运行方式下短路电流为1.706kA，最大运行方式下短路电流为3.312kA，在计算电动机启动时，电动机要求在电网最小运行方式下能够可靠启动。在计算时，视系统为无穷大电源，取电动机启动时cos∅=0.35，启动电流为7倍额定电流，电动机经软启动器启动时启动电流为4倍额定电流。采用阻抗发对电机启动压降进行计算，经计算得：最后一台电机直接启动时10kV母线电压为82.2%母线电压，最后一台电机软启动时10kV母线电压为88.75%母线电压。
综上，泵站最后一台电动机组启动时压降为82.2%，不能满足规范要求；经软启动器启动后，最后一台电动机组启动时压降为88.75%，满足规范要求。因此都一级泵站电动机启动采用软启动方式。
6泵站电气布置设计
零级泵站、宋家庄二级泵站和坊镇三级泵站均为0.4kV低压泵站，由于接线方式一致，其布置方式也大致相同。主厂房内根据水泵布置，安装有对应的低压电动机。副厂房内布置有启动室和中控室，其余10kV配电装置、0.4kV配电装置、无功补偿设备按10kV箱式变电站进行设计，户外布置。
申都一级泵站为10kV高压泵站，主厂房内根据水泵布置，安装有4台10kV高压电动机。副厂房内布置有10kV高压室、无功补偿室、低压配电室、中控室等，10kV变压器户外布置。
7总结
在泵站电气方案设计时，根据工程的开发任务和建设内容，充分考虑工程用电负荷特性，确定泵站的负荷等级要求；根据泵站容量应对泵站周边电源状况进行实地考察，根据电源情况来确定泵站线路走径、分析电动机的启动方式等；了解泵站所在地的地形、地貌状况，因地制宜的设计泵站的电气设备的布置。
参考文献：
[1]中山市水利水电勘测设计咨询有限公司《合阳县申都供水更新改造工程初步设计》[R].