泵與泵站第十一講

第十一講第四章給水泵站§4—3動(dòng)力及配電§4—4水泵機(jī)組布置§4—3泵站變配電設(shè)施變配電設(shè)備是泵站中重要組成之一。工藝工程師了解掌握有關(guān)變配電知識(shí)、電氣設(shè)備知識(shí)，就能夠向電氣設(shè)計(jì)人員提出明確的要求和資料，更有能力管理泵站?？墒拐麄€(gè)泵站設(shè)計(jì)更完善。

一、負(fù)荷等級(jí)及電壓選擇⑴負(fù)荷等級(jí)分三級(jí)一級(jí)負(fù)荷：突然停電將造成人身傷亡危險(xiǎn)，重大設(shè)備損壞且長(zhǎng)期難以修復(fù)。因而給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來重大損失的電力負(fù)荷。大中城市水廠；鋼鐵廠、煉油廠的凈水廠，重要的消防供水。供電方式：要求有兩個(gè)獨(dú)立電源供電。二級(jí)負(fù)荷：突然停電將產(chǎn)生大量廢品、大量原材料報(bào)廢或?qū)l(fā)生主要設(shè)備破壞事故，但采取適當(dāng)措施后能夠避免的電力負(fù)荷。多水源管網(wǎng)和有蓄水池的泵站。有大容量高位水池的城市水廠。供電：雙回路供電或一回路專用線供電。`

三級(jí)負(fù)荷：不屬于一、二級(jí)負(fù)荷的其它負(fù)荷。村鎮(zhèn)水廠，只供生活的小水廠。供電：無特殊要求。（二）、供電電壓：據(jù)水廠離電源遠(yuǎn)近。小水廠：（總功率<100KW）選380V中、小型水廠：6KV、10KV大型水廠：35KV二、泵站電氣常用的變配電系統(tǒng)：變壓器容量均按6kV（或380kV）全負(fù)荷的100％～75％考慮。圖中每個(gè)油開關(guān)前后均設(shè)置隔離開關(guān)。隔離開關(guān)主要是在油開關(guān)需要檢修時(shí)起切斷電路作用。在高壓電路中，隔離開關(guān)只能在斷路情況下動(dòng)作，以免帶負(fù)荷拉閘造成強(qiáng)電弧燒損隔離開關(guān)的刀口或燒傷操作人員。泵站中如配用的是10kV的高壓電機(jī)，則可直接連結(jié)。圖4—12所示為10kV總變電所（雙電源）的結(jié)線圖。總變電所設(shè)有兩臺(tái)主變壓器，兩臺(tái)廠變壓器。主變壓器將10kV電壓降為6kV后進(jìn)行配電。廠變壓器將10kV降為380V后進(jìn)行配電。圖4—13為6～10kV變電所常用結(jié)線圖。圖（a）適用于一個(gè)常用電源，和一個(gè)備用電源，可以自動(dòng)切換，中間的隔離開關(guān)作檢修時(shí)切斷之用。圖（b）適用于備用電源允許手動(dòng)切換，切換時(shí)可以短時(shí)間停電的場(chǎng)合。對(duì)于中小型水廠一般均由6kV或10kV電壓以雙回路供電，經(jīng)降壓為380V后進(jìn)行配電使用。大水廠泵站中應(yīng)設(shè)置變電所，安裝兩臺(tái)變壓器，每臺(tái)變壓器容量可按水廠最大計(jì)算容量的75％的備用量選擇。`圖4—14所示為常用的高壓配電屏的外形與結(jié)線圖。圖中的油開關(guān)是操作用的開關(guān)，開關(guān)盒內(nèi)裝有變壓器油，油的作用：在接通與斷開瞬間，起滅電弧作用。圖中的隔離開關(guān)僅起隔離作用。因此在水泵閉閘啟動(dòng)過程，應(yīng)先推上隔離開關(guān)（此時(shí)電路仍未接通），然后再推上油開關(guān)（電路接通），電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)。在水泵閉閘停車過程則相反，先拉下油開關(guān)（電路拉斷），然后拉下隔離開關(guān)。圖中4為電流互感器，它串聯(lián)于線路上，由于電機(jī)是三相平衡荷載，一般串接二個(gè)電流互感器。圖中3為電壓互感器，并聯(lián)于主線路上。`圖4—15所示為低壓配電屏的結(jié)線圖。圖中電流的量測(cè)仍是通過串結(jié)的電流互感器來進(jìn)行的。由于是低壓，因此可采用普通的閘刀開關(guān)1來作為隔離開關(guān)。無論是高壓配電還是低壓配電，現(xiàn)代都采用由電器開關(guān)廠生產(chǎn)的成套設(shè)備。成套設(shè)備一般稱配電屏（又稱開關(guān)拒）。由專門工廠成批生產(chǎn)的定型產(chǎn)品，是根據(jù)不同需要按一定的組合和線路將有關(guān)的配電設(shè)備（如開關(guān)、母線、互感器、測(cè)量?jī)x表、保護(hù)裝置和操作機(jī)構(gòu)等）分別安裝在一個(gè)鐵柜里，鐵柜具有一定的規(guī)模尺寸。`

成套配電裝置的優(yōu)點(diǎn)：1工作安全可靠；2維護(hù)方便，施工安裝簡(jiǎn)單；3便于移動(dòng)；4設(shè)備安裝緊湊，縮小了建筑體積；5各柜的尺寸一致，增加了室內(nèi)的整潔美觀。`

開關(guān)柜的布置應(yīng)遵守以下的規(guī)定：（l）開關(guān)柜前面的過道寬度應(yīng)不小于下列數(shù)值：低壓柜為1.5m，高壓柜為3.0m。（2）背后檢修的開關(guān)柜與墻壁的凈距不宜小于0.8m。

高壓配電室長(zhǎng)度超過7m時(shí)應(yīng)開兩個(gè)門，對(duì)于GG－10型高壓開關(guān)柜，門寬1.5m，門高2.5～2.8m。當(dāng)架空出線時(shí)，架空線至室外地坪高度為4.5m，高壓配電室高度為5m，當(dāng)在開關(guān)柜頂上裝有母線聯(lián)絡(luò)用的隔離開關(guān)時(shí)，室內(nèi)凈高應(yīng)為4.5m。

低壓配電室的門寬為1.0m，并應(yīng)考慮以下因素確定門的數(shù)目：

（1）由低壓配電室到水泵房要方便；（2）由低壓配電室到高壓配電室、變壓器室要方便；（3）要考慮操作的路線，值班人員上下班進(jìn)出方便。`

三、變電所：變電所的變配電設(shè)備是用來接受、變換和分配電能的電氣裝置，它由變壓器、開關(guān)設(shè)備、保護(hù)電器、測(cè)量?jī)x表、連接母線和電纜等組成。（一）變電所的類型選擇：變電所的類型：1．獨(dú)立變電所。設(shè)置于距水泵房15～20m范圍內(nèi)單獨(dú)的場(chǎng)地或建筑物內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)：便于處理變電所和水泵房建筑上的關(guān)系，離開人流較多的地方，比較安全。缺點(diǎn)：離泵房?jī)?nèi)的電機(jī)較遠(yuǎn)，線路長(zhǎng)，浪費(fèi)有色金屬，消耗電能，且工人維護(hù)管理不便，故在給水排水工程中，一般不宜采用。適用：附近有兩個(gè)以上的水泵房，或有其它容量較大的用電設(shè)備。`

2．附設(shè)變電所：設(shè)置于泵房外，但有一面或二面墻壁和水泵房相連。優(yōu)點(diǎn)：使變壓器盡量靠近了用電設(shè)備，并不給建筑結(jié)構(gòu)方面帶來困難。這種形式采用較多。3．室內(nèi)變電所：此種變電所是全部或部分地設(shè)置于泵房?jī)?nèi)部，但位于泵房的一側(cè)，此外變電所應(yīng)有單獨(dú)的通向室外的大門。這種類型和前一種相近，只是建筑處理復(fù)雜一些，但維護(hù)管理卻較方便。采用這種形式也較多。

（二）變電所的位置和數(shù)目：1．變電所的位置應(yīng)盡量位于用電負(fù)荷中心，以最大限度地節(jié)約有色金屬，減少電耗。2．變電所的位置應(yīng)考慮周圍的環(huán)境。（比如設(shè)置在鍋爐的上風(fēng)等。）3．變電所的位置應(yīng)考慮布線是否合理，變壓器的運(yùn)輸是否方便等因素。4．變電所的數(shù)目由負(fù)荷的大小及分散情況所決定。如負(fù)荷大，數(shù)量少，且集中時(shí)，則變電所應(yīng)集中設(shè)置，建造一個(gè)變電所即可，如一級(jí)泵房、二級(jí)泵房等即是。如負(fù)荷小，數(shù)量大，且分散時(shí)，則變電所也應(yīng)該分散布置，即應(yīng)建筑若干個(gè)變電所。如深井泵房，井?dāng)?shù)多，距離遠(yuǎn)，每個(gè)泵站一般只有一臺(tái)水泵，故必要時(shí)只好在每個(gè)深井泵房旁邊設(shè)置一套配電設(shè)備。5．根據(jù)泵站的發(fā)展應(yīng)考慮變電所有發(fā)展的余地。

（三）變電所的布置方案變電所和水泵房的組合布置可以從下述幾方面考慮：變電所應(yīng)盡量靠近電源，低壓配電室應(yīng)盡量靠近泵房；線路應(yīng)順直，并盡量短；泵房應(yīng)可以方便地通向高、低壓配電室和變壓器室；建筑上應(yīng)注意與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)。圖4—16所示為幾種組合布置方案。

四、常用電機(jī)：①

電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)與泵的要求相適應(yīng)。②

電機(jī)功率與泵的要求相適應(yīng)。③

電機(jī)電壓：根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率大小，參考外電網(wǎng)的電壓決定電動(dòng)機(jī)的電壓。原則，按電動(dòng)機(jī)的功率選擇電壓：

i功率在100kW以下的，選用380V／220V或220V/127V的三相交流電；

ii功率在200kW以上的，選用10kV（或6kV）的三相交流電；

iii功率在100～200kW之間的，則視泵站內(nèi)電機(jī)配置情況而定，多數(shù)電動(dòng)機(jī)為高壓，則用高壓，多數(shù)電動(dòng)機(jī)為低壓，則用低壓。

④電機(jī)的外形、構(gòu)造與其工作環(huán)境相適應(yīng)：

露天使用：防潮式電機(jī)。多塵、水土飛濺、有潮氣、滴水處：封閉自扇冷式電機(jī)；有爆炸氣體，粉塵，用防爆炸電機(jī)。

其它用一般防護(hù)電機(jī)。五、交流電機(jī)調(diào)速1.交流電機(jī)調(diào)速：同步電機(jī)：異步電機(jī)：f—電源頻率（Hz）50Hz。P—電機(jī)的極對(duì)數(shù)。S—電機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)差率。`

2.調(diào)速：(1)同步電機(jī)：可變化f—變頻調(diào)速。可變化P—變級(jí)調(diào)速。(2)異步電機(jī)：可變化f—變頻調(diào)速?？勺兓疨—變級(jí)調(diào)速?？稍黾右环N調(diào)速方式調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率。方法：ⅰ調(diào)定子電壓。ⅱ繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子的串電阻。調(diào)速分類：（1）耗能型調(diào)速：調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率（2）節(jié)能型調(diào)速：調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速。調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速。`

變級(jí)調(diào)速：變極調(diào)速就是通過電動(dòng)機(jī)定子三相繞組接成幾種極對(duì)數(shù)方式，使鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)可以得到幾種同步轉(zhuǎn)速，一般稱為多速電動(dòng)機(jī)。常用的有雙速、三速和四速電動(dòng)機(jī)3種。變極調(diào)速：優(yōu)點(diǎn)：投資小，節(jié)能效果高，

缺點(diǎn)：調(diào)速檔數(shù)有限（只有幾檔），應(yīng)用范圍受限制。變頻調(diào)速：屬節(jié)能調(diào)速。即適用于同步電機(jī)也適用于異步電機(jī)。異步電機(jī)用得更為普遍。

圖示為變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。（1）電源頻率f值改變時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)改變。當(dāng)某一負(fù)載轉(zhuǎn)矩為M2時(shí)，可得到不同的轉(zhuǎn)速n。`所以，調(diào)節(jié)f即調(diào)節(jié)了n值。

（2）在某一頻率f情況下，負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，其轉(zhuǎn)速變化不大，工程上稱其機(jī)械特性硬（機(jī)械特性即轉(zhuǎn)速—轉(zhuǎn)矩特性）。機(jī)械特性硬是一優(yōu)點(diǎn)，表明它穩(wěn)速精度高。在各種調(diào)速方案運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是不同的，例如調(diào)壓調(diào)速方案，當(dāng)負(fù)載變化引起轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，其轉(zhuǎn)速波動(dòng)就較大，就稱為特性較軟。（3）調(diào)速過程中電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差損耗很小，電動(dòng)機(jī)可以在很小轉(zhuǎn)差率情況下正常運(yùn)行，效率很高。（4）屬于無級(jí)調(diào)速、調(diào)速范圍很寬，基本上可以從零赫茲（Hz）平滑調(diào)到額定轉(zhuǎn)速，并且只要電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)條件等允許，還可以從額定轉(zhuǎn)速值上調(diào)。變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)的電源裝置，就是變頻器。目前變頻器種類繁多，國(guó)內(nèi)外已有成品可供選用。`

調(diào)速分類：節(jié)能調(diào)速：變級(jí)調(diào)速；☆變頻調(diào)速；無換向器電機(jī)調(diào)速非節(jié)能性調(diào)速：調(diào)電壓調(diào)速（耗能性）轉(zhuǎn)子串電阻轉(zhuǎn)差調(diào)速串級(jí)調(diào)速六、水泵機(jī)組的控制設(shè)備：⑴直接啟動(dòng)：一般泵功率<10KW直接接通電源線。⑵減壓?jiǎn)?dòng)：功率≥10KW如：深井泵（重載啟動(dòng)功率小電機(jī)因?yàn)殚L(zhǎng)軸扭矩大，也要減壓?jiǎn)?dòng)）。

如：Y—△換接起動(dòng)，QX系列啟動(dòng)器“△”接法電機(jī)，起動(dòng)時(shí)接成“Y”形。起動(dòng)平穩(wěn)后再換成“△”運(yùn)轉(zhuǎn)。電機(jī)為Y形接法時(shí)，要用QJ系列自耦變壓器式手操作補(bǔ)償器。⑶啟動(dòng)分類：§4—4水泵機(jī)組的布置與基礎(chǔ)一、水泵機(jī)組的布置：泵站設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，決定著泵房建筑的大小。布置原則：①保證運(yùn)行安全、裝拆、維修管理方便。②機(jī)組間距不妨礙操作和維修。③管道長(zhǎng)度最短，接頭配件最少，水損最小。④考慮到泵站遠(yuǎn)期發(fā)展。（留有擴(kuò)建余地）布置形式：（考慮泵的轉(zhuǎn)向與電機(jī)方位進(jìn)出水管方位有關(guān)。）

`

(一)、縱向排列：為了省平面，縱向排列適用IS泵。`各部分尺寸應(yīng)附合下列要求。（1）泵房大門口要求通暢，既能容納最大的設(shè)備（水泵或電機(jī)），又有操作余地。其場(chǎng)地寬度一般用水管外壁和墻壁的凈距A值表示。A等于最大設(shè)備的寬度加lm，但不得小于2m。（2）水管與水管之間的凈距B值應(yīng)大于0.7m，保證工作人員能較為方便地通過。（3）水管外壁與配電設(shè)備應(yīng)保持一定的安全操作距離C，當(dāng)為低壓配電設(shè)備時(shí)C值不小于1.5m，高壓配電設(shè)備C值不小于2m。`

（4）水泵外形凸出部分與墻壁的凈距D，須滿足管道配件安裝的要求，但是，為了便于就地檢修水泵，D值不宜小于lm。如水泵外形不凸出基礎(chǔ)，D值則表示基礎(chǔ)與墻壁的距離。（5）電機(jī)外形凸出部分與墻壁的凈距E，應(yīng)保證電機(jī)轉(zhuǎn)子在檢修時(shí)能拆卸，并適當(dāng)留有余地。E值一般為電機(jī)軸長(zhǎng)加0.5m，但不宜小于3m，如電機(jī)外形不凸出基礎(chǔ)，則E值表示基礎(chǔ)與墻壁的凈距。（6）水管外壁與相鄰機(jī)組的突出部分的凈距F應(yīng)不小于0.7m。如電機(jī)容量大于55kw時(shí)，F(xiàn)應(yīng)不小于lm。`

（二）、橫向排列：適應(yīng)側(cè)向進(jìn)出水的水泵排列。Sh、SA系列泵。泵房長(zhǎng)度增大，但跨度減小。進(jìn)出水管順直，水利條件好，省電耗。

`各部分尺寸要附合下列要求：（1）水泵凸出部分到泵房大門口的凈距A1要求泵房大門口通暢，既能容納最大的設(shè)備（水泵或電機(jī)），又有操作余地。如水泵外形不凸出基礎(chǔ)，則A1表示基礎(chǔ)與墻壁的凈距。等于最大設(shè)備的寬度加lm，但不得小于2m。

（2）出水側(cè)水泵基礎(chǔ)與墻壁的凈距B1，應(yīng)按水管配件安裝的需要確定。但是，考慮到水泵出水側(cè)是管理操作的主要通道，故B1不宜小于3m。（3）進(jìn)水側(cè)水泵基礎(chǔ)與墻壁的凈距D1，也應(yīng)根據(jù)管道配件的安裝要求決定，但不小于lm。（4）電機(jī)凸出部分與配電設(shè)備的凈距，應(yīng)保證電機(jī)轉(zhuǎn)子在檢修時(shí)能拆卸，并保持一定安全距離，其值要求為:C1=電機(jī)軸長(zhǎng)+0.5m。但是，低壓配電設(shè)備應(yīng)C1

≥1.5m；高壓配電設(shè)備C1≥2.0m。

（5）水泵基礎(chǔ)之間的凈距E1值與C1要求相同，即E1=C1

。如果電機(jī)和水泵凸出基礎(chǔ)，E1值表示為凸出部分的凈距。

（6）為了減小泵房的跨度，也可考慮將吸水閥門設(shè)置在泵房外面。`

（三）、橫向雙行排列：交錯(cuò)排列，并且有倒、順轉(zhuǎn)，訂貨時(shí)要向廠家聲明。特點(diǎn)：緊湊、省建筑面積，跨度大。起重設(shè)備要用橋式。（圓形泵房更愛用這種形式）

二、水泵機(jī)組的基礎(chǔ)對(duì)基礎(chǔ)的要求：①堅(jiān)實(shí)牢固，承受機(jī)組靜荷載和泵的震動(dòng)荷載。②地基要堅(jiān)實(shí)：不允許出現(xiàn)下沉或不均勻沉陷。1.小型泵（帶泵座）：基礎(chǔ)長(zhǎng)L=底座長(zhǎng)L1+

(0.15～0.20)m?；A(chǔ)寬B=底座螺孔間距b1+(0.15～0.20)m。基礎(chǔ)高H=底座地腳螺釘長(zhǎng)l+(0.15～0.20)m。`

2.中大型泵：不帶底座?；A(chǔ)寬:泵和電機(jī)的地腳螺孔的間距+(0.4～0.5)m。取寬