新民排涝站机电设计

　　【摘要】针对新民排涝站机电部分专业特点，介绍水泵及附属设备，电动机、电气一次，电气二次的设计，在设计中采用新技术，新工艺。如采用低扬程水头损失较小的斜式水泵，断流设备采用节能型自由侧翻式拍门，采用分层分布式的开放式结构的计算机监控系统、应用冗余技术等。
　　【关键词】排涝站机电设计；斜式轴流泵；电动机；节能型自由侧翻式拍门；计算机监控
　　1概述
　　新民排涝站工程任务是排除新民仓内涝水,控制集雨面积29.7km2,排涝标准为10年一遇24小时暴雨所产生径流量1天排干，以确保围内工农业生产和人民的正常生活，免受内涝危害，保证社会稳定和人民安居乐业。排涝站设计总排涝流量49.72m3/s，共装设4台斜30°安装半调节轴流泵,总装机容量4×800kW=3200kW。本文针对新民排涝站机电主要部分设计进行回顾。
　　2水力机械
　　主要设计包括：水泵及其附属设备选型及布置，泵站辅助系统等。
　　新民排涝站总设计流量49.72m3/s，最高扬程5.73m，设计扬程3.05m，为大流量、低扬程的排涝站。
　　适应大流量、低扬程的水泵型式主要有贯流泵、立式轴流泵、卧式轴流泵和斜式轴流泵。本泵站选用斜式轴流泵。
　　斜式轴流泵结构特点：
　　（1）水泵为斜式结构，配用斜式电机，主要部件包括底座、进水伸缩管、动叶外圈、导叶体、弯管、叶轮部件、水中轴承部件、泵轴部件、推力轴承部件、出口墙管等。
　　（2）泵轴向力由设置于泵出口处的推力轴承承受。泵转轮重量及泵运转时径向力由设置于泵导叶体内金属巴氏合金水导轴承及设置在推力轴承箱内的径向轴承支承。水泵推力轴承箱内的两个轴承采用稀油润滑，润滑油由与水导轴承共用的高位油箱供给，并有冷却夹套通水冷却。
　　（3）水泵结构设计充分考虑方便安装、检修。水泵从进水锥管、动叶外圈、导叶体、出水弯管均设计成上下剖分结构，当拆去泵的上半部壳体后，泵的转子部件即可装入或拆去，当需要改变叶片角度时，在停机情况下，可通过改变泵叶片定位销孔的位置，重新固定，并拧紧叶片螺母即可。
　　目前国内最大的斜式轴流排涝站单泵口径已达4.1m，为斜15°结构，并已运行多年，状况良好。
　　装机台数从灵活性、经济性以及后期维护等方面综合考虑，确定装机4台，单机流量12.43m3/s。
　　进水流道选择：大流量轴流泵的进水流道型式有肘形流道、钟形流道及喇叭口进水流道等。肘形进水流道是目前国内外采用最广泛的一种流道型式，具有水流状态良好、水力损失小、运行和施工经验丰富等优点。因此，采用肘形进水流道。
　　出水流道选择：斜式轴流泵出水流道布置型式有直管式和肘形渐扩式。由于本泵站的水泵口径小于2m，故采用直管式出水流道。
　　斜式轴流泵典型安装角度一般采用15°、30°或45°。本泵站水泵采用30°较大角度安装。
　　排涝站不要求进行流量动态调节，因此，从节省投资考虑，采用半调节方式。为减少油系统、水系统等辅助系统复杂性，方便运行管理，采用水泵电机直接传动方式。
　　水泵启动和断流方式选择：排涝站采用直管式出水流道，水泵启动和断流方式有快速闸门、快速多叶闸门和拍门。快速闸门、快速多叶闸门启闭设备较复杂，造价较高，本泵站选用节能型自由侧翻式拍门作为排涝站水泵启动和断流方式。目前在国内多座排涝站得到了应用，实践证明该拍门节能效果显著、可靠性高，同时造价仅比常规拍门高约30%。
　　
　　3电气一次
　　主要设计包括：10KV供电专线，泵站变配电设备，电动机及附属设备选型，站内防雷接地、照明等。
　　3.1电气主接线
　　电气主接线根据供电电源、机组台数、单机容量等确定，并遵循运行安全可靠、操作灵活方便、维护使用简单、经济合理的原则设计。据此原则，排涝站电气主接线采用一回进线，不需降压的单母线接线。
　　3.2电动机型式选择
　　水泵配套电动机额定电压选用10kV，单机功率为800KW，本站选用同步电机。
　　同步电动机优点是功率因数高，无需装设电容器组进行无功补偿，电机异步起动时，起动电流较小，对电网冲击小，必要时还可向电网发无功，可提高系统的稳定性，过载能力及抗系统干扰性强。缺点是结构较复杂，多了滑环、碳刷及励磁系统，运行维护较复杂，整体造价比异步电动机多约10%。
　　电动机主要技术参数如下。
　　电动机型号：TXZ800-24/2150额定功率：800kW
　　额定电压：10kV额定转速：250rpm
　　相数：3功率因数：0.9(超前)
　　频率：50Hz防护等级：IP23
　　绝缘等级：F冷却方式：开启式自然通风冷却
　　工作制：SI(连续定额)励磁方式：可控硅
　　3.3站用电配电
　　站用电压为0.4KV，采用单母线接线，电源采用双电源供电，设一台柴油发电机组作为备用电源，柴油发电机作防洪闸门、技术供水泵及厂房事故照明等重要负荷的应急电源,手动控制启动方式。
　　4电气二次
　　4.1监控系统
　　排涝站采用“计算机监控为主、简化常规控制为辅”的监控方式。监控系统采用分层分布式的开放式结构，监控系统分为三层，分别为调度中心层、集中监控层、现地控制单元层(LCU)。其中调度中心层为预留功能，以便将来实现远程集中调度。集中监控层采用100Mbps以太网结构，网络交换机采用工业级产品，保证数据、图形和语音信息的高速可靠传输。集中监控层与现地级监控层LCU采用光纤连接，保证信号的可靠传输。
　　监控系统具有以下功能：数据采集和处理、安全运行监视及事件报警、自动控制与调节、人机联系、运行管理、历史数据记录、系统自诊断、软件编辑等功能。
　　现地控制单元包括1～4号泵组现地控制单元(1～4LCU)、公用设备现地控制单元(5LCU)及防洪事故闸门现地控制单元(6LCU)。每个现地控制单元均以PLC为控制核心，采用10.4吋彩色触摸屏作为人机界面。公用设备现地控制单元(5LCU)通过通讯接口与技术供水泵控制箱、消防供水泵控制箱、检修渗漏排水泵控制箱、格栅除污机控制箱进行通讯，各控制箱均采用小型PLC控制。
　　中控室设置1套模拟屏显示系统。模拟屏的结构形式采用马赛克模拟屏和1台AP-84Series型一体化背投式大屏幕显示器，该模拟屏结构简单，经济实用，易于修正有关画面。
　　模拟屏采用PLC控制，TCP/IP协议通讯，通过双绞线与集中监控层网络交换机连接，通讯可靠性高，实时数据和信号反应速度快。
　　4.2继电保护系统
　　保护装置选用微机保护装置，装置设有通讯口，可与监控系统通讯。
　　保护装置根据《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》及《排涝站设计规范》配置。
　　4.3直流系统
　　排涝站设置220V直流系统一套。用于保护、操作、信号装置电源及事故照明。直流装置选用高频开关电源设备，装置由65Ah铅酸蓄电池充电屏和直流馈线屏组成。装于直流馈线屏上的智能高频开关整流模块和监控系统能实现智能化的充电/浮充电运行。
　　4.4图像系统
　　为配合监控系统的运行，排涝站设置一套对现场进行实时监视的图像系统。通过设置多媒体监视设施，使运行人员能够对现场设备的运行状态进行直接观察了解，作为对监控系统的补充，帮助运行人员进行综合判断。该系统能够与监控系统相连，并通过光缆将图像信号传输至调度中心。
　　5结束语
　　目前，新民排涝站已进入实施阶段，机电专业结合我国水利水电设施发展趋势，基于现代计算机控制技术的应用，以“无人值班（少人值守）”的科学化、现代化工程管理设计定位下，在设计中开拓思路，勇于创新，积极采用新技术，新工艺。如采用低扬程水头损失较小的斜式水泵，断流设备采用节能型自由侧翻式拍门，采用分层分布式的开放式结构的计算机监控系统、应用冗余技术等。经充分讨论、调研、咨询的基础上，在各专业积极配合下，顺利完成了设计任务。
　　参考文献
　　[1]GB/T50265-97,泵站设计规范[S]