泵站電氣自動化的必要性和設(shè)計思路

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　　摘要：排水泵站作為市政建設(shè)和管理工程的主要設(shè)施，擔(dān)負(fù)著城市排水防澇的重要任務(wù)。目前國內(nèi)大部分的泵站的控制和管理還處于相當(dāng)落后的狀況，與國外相比具有很大的差異，所以必須對現(xiàn)有泵站電氣自動化提出更高要求。文章闡述了我國目前泵站對電氣自動化需求，泵站自動化典型設(shè)計的必要性和設(shè)計基本思路。

　　關(guān)鍵詞：排水泵站；電氣自動化；典型設(shè)計

　　排水泵站（簡稱泵站）作為市政建設(shè)和管理工程的主要設(shè)施，擔(dān)負(fù)著城市排水防澇的重要任務(wù)。從目前國內(nèi)大部分的泵站控制和管理來看還是處于相當(dāng)落后的狀況，與國外相比具有很大的差異。在電氣控制上，自動化監(jiān)控程度低，大部分的泵站僅有單級的常規(guī)控制。在管理水平上，大部分泵站的管理記錄和統(tǒng)計都是手工操作，泵站控制和管理沒有形成區(qū)域化的網(wǎng)絡(luò)，所以必須對現(xiàn)有泵站電氣自動化提出更高的要求。向國外無人化泵站監(jiān)控管理發(fā)展，以達到減員增效和提高管理水平的目的。

　　一、泵站電氣自動化在泵站的需求

　　1．泵站電氣設(shè)備的自動控制、測量、保護、監(jiān)視、通訊方面。其內(nèi)容包括：泵站高壓送、變電系統(tǒng)；泵站0.4kV配電系統(tǒng)；泵站直流系統(tǒng)；主機勵磁系統(tǒng)；電機的綜合保護系統(tǒng)。

　　2．泵站及重要輔機系統(tǒng)的自動控制、測量、保護、監(jiān)視、通訊方面。其內(nèi)容包括：為主機配套的油系統(tǒng)的控制（例如：水泵葉片調(diào)節(jié)壓力油系統(tǒng)、快速閘門液（油）壓操作系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、齒輪箱冷卻油系統(tǒng)等）；為主機配套的氣系統(tǒng)的控制（為真空破壞閥（虹吸式泵站）所配的低壓氣系統(tǒng)、為水泵葉片調(diào)節(jié)配套的壓力油及其它氣動工具用的中壓儲能氣系統(tǒng)）；泵站水系統(tǒng)（為主機組配套的冷卻水系統(tǒng)、泵站排水系統(tǒng)和消防用水系統(tǒng)等）。

　　3．各種非電量的自動測量、監(jiān)視、通訊方面。其內(nèi)容如下：水工安全方面的位移、沉降、揚壓力、應(yīng)力等各種監(jiān)測；水文、水位、水情、水量、水質(zhì)等各種監(jiān)測；各種溫度、濕度的監(jiān)測；絕緣監(jiān)測；各閘門開度、荷重等監(jiān)測。

　　4．泵站內(nèi)、外部的通訊網(wǎng)絡(luò)、辦公自動化、保安消防系統(tǒng)。

　　5．全站的視頻監(jiān)視系統(tǒng)及視頻信息上傳。根據(jù)以上納入自動化系統(tǒng)的各項需求，將其進行分類、集成。按照流程框圖要求設(shè)計自動化監(jiān)控系統(tǒng)，使系統(tǒng)具備以下功能：控制、保護與調(diào)節(jié)功能；數(shù)據(jù)采集與處理功能；設(shè)備運行在線監(jiān)視功能；事故預(yù)告與報警功能；數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳與系統(tǒng)管理功能。

　　二、泵站電氣自動化典型設(shè)計的必要性

　　自上世紀(jì)90年代開始。隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展和成熟，泵站自動化技術(shù)獲得了一定的發(fā)展。但是縱觀全國各地泵站自動化實施現(xiàn)狀仍存在不少問題。由于自動化及信息化技術(shù)發(fā)展迅速，而相關(guān)設(shè)計院的自動化設(shè)計力量往往配備不足，近年來泵站工程的前期設(shè)計方案通常由開發(fā)商和設(shè)計院共同完成。而開發(fā)商又沒有可供參考的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對泵站自動化的真正需求了解不深，致使設(shè)計的泵站自動化系統(tǒng)和現(xiàn)實需要脫節(jié)。需求分析缺乏深度泵站自動化屬于工業(yè)自動化范疇。與小型水電站自動化比較相近，但也有其自身的特點。I/O點的配置、參數(shù)的設(shè)置。檢測控制的重點對象應(yīng)緊密結(jié)合泵站運行管理實際需要來確定。不少開發(fā)商將泵站開停機操作理解為泵站自動化，結(jié)果用大量的配置將泵站的柜前操作移至計算機屏幕前的鼠標(biāo)操作。對泵站自動化內(nèi)在的需求沒有分析透徹。泵站的勵磁系統(tǒng)問題、保護問題、水力監(jiān)測問題、經(jīng)濟運行問題故障診斷問題、主機與輔機的配合問題、生產(chǎn)管理問題及信息化問題等等才是泵站自動化的核心需要。不少泵站對此沒有引起足夠重視。

　　泵站自動化是一門綜合了泵站技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和控制技術(shù)等多學(xué)科的高科技新生事物但由于泵站自動化起步較晚，積累的經(jīng)驗不多又沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。泵站自動化的投資規(guī)模、設(shè)備的檔次和范圍、監(jiān)測控制對象、速度和精度軟件的配置、功能設(shè)置、數(shù)據(jù)庫定義、與信息化系統(tǒng)的接口標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議、與智能設(shè)備的接口等都迫切需要一個典型的參考或相對統(tǒng)一的規(guī)定。在暫時沒有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的情況下組織進行泵站自動化典型設(shè)計是十分必要的。

　　大中型泵站類型不多。同容量同類型的泵站自動化需求基本相同?？梢愿鶕?jù)泵站電機的容量等級、水泵結(jié)構(gòu)、輔機配置等分成少數(shù)幾種等級或類別。自動化的基本需求也可以分成幾種類別。不同的類別可以根據(jù)泵站的重要程度和可能投資力度分成幾個檔次，然后根據(jù)類別和檔次分別進行典型設(shè)計。

　　三、泵站自動化典型設(shè)計的基本思路

　　面向需求的典型設(shè)計泵站自動化絕不僅僅是機組開停機自動化，泵站自動化由泵站生產(chǎn)管理實際需求來確定。泵站及泵站的生產(chǎn)、管理人員應(yīng)該做什么、期望泵站自動化代替人工做什么、自動化能夠為泵站做些什么、哪些是重點必須做的、哪些是非重點的都要進行認(rèn)真分析。如泵站水位流量監(jiān)測控制、泵站效率控制、泵站勵磁調(diào)節(jié)控制、泵站無功控制、泵站振動噪聲空蝕監(jiān)測控制、溫度控制、泵站保護、故障和事故預(yù)警、泵站輔機及附屬配套設(shè)備監(jiān)測控制、視頻監(jiān)控需求、管理系統(tǒng)信息交換等等。泵站對自動化的需求是復(fù)雜的也是無止境的。典型設(shè)計要在充分分析需求的基礎(chǔ)上。分出輕重緩急，分出可能與不可能，分出效率面向需求量體裁衣。作出切合泵站實際需要的典型設(shè)計。

　　1．面向信息的典型設(shè)計。泵站信息作為水利信息化的基礎(chǔ)節(jié)點，可提供信息化的基礎(chǔ)信息典型設(shè)計要充分挖掘和提取泵站關(guān)鍵信息為信息化系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的實時動態(tài)信息。泵站也只有通過典型設(shè)計才能較好地做到這一點。

　　2．基于準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化的典型設(shè)計。泵站自動化還沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，但典型設(shè)計可以起到一個標(biāo)準(zhǔn)性的作用，可以較為普遍地應(yīng)用。如800kW立式同步電動機拖動的泵站推力瓦布設(shè)幾個溫度傳感器。電量監(jiān)測是采用電量傳感器還是通過交流采樣，由計算機計算還是直接采用多功能電表等，可通過典型設(shè)計基本固定下來，使典型設(shè)計起到部分標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的作用以供參考，從而使大型泵站自動化具有整體性和整齊性。

　　3．基于模塊化的典型設(shè)計。雖然大中型泵站類型不多，變化不大，但各個泵站還是存在機組臺數(shù)和形式的區(qū)別。典型設(shè)計可以設(shè)計出若干個模塊應(yīng)用到所有泵站之中。整個泵站綜合自動化系統(tǒng)就是由數(shù)個基本模塊通過積木式疊加組合而成。

　　泵站綜合自動化的基本模塊可分為泵站監(jiān)控層及網(wǎng)絡(luò)模塊、水力監(jiān)測模塊、泵站機組LCU模塊、泵站輔機LCU模塊、微機勵磁模塊、泵站公用LCU模塊。泵站清污機LCU模塊、泵站防洪閘（節(jié)制閘）LCU模塊、泵站工程安全自動監(jiān)測模塊、視頻監(jiān)控模塊辦公管理模塊等。模塊化設(shè)計是將泵站自動化作為一個產(chǎn)品整體考慮。同時又使之具有較大的靈活性?？梢赃m用于同類型的所有泵站?？梢员苊庖蛉狈?biāo)準(zhǔn)而盲目追求高投入和高配置以及設(shè)計功能不全的問題。如機組LCU模塊就是一個內(nèi)部不可分割的模塊。內(nèi)部的PLC傳感器、電源、T/o接口端子、繼電器等都是確定的，端口也是確定的。每個模塊都包括確定的硬件配置。軟件配置和功能配置。

　　三、結(jié)語

　　在泵站的實際運行中，泵站自動化控制流程設(shè)計正確與否，實際上是由流程圖決定的，所以確定流程圖時需要征求有關(guān)專業(yè)方面的意見，對流程進行必要的補充和修正，使其真正與泵站的實際操作情況相符，從而保證泵站機組的安全運行，泵站自動化典型設(shè)計與泵站自動化改造是利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)武裝泵站大幅度提高泵站現(xiàn)代化管理水平的重要舉措。如何將泵站自動化工作做好，真正發(fā)揮現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的作用是擺在我們面前的一個重要的現(xiàn)實問題。

　　作者簡介：陳導(dǎo)（1981－），男，廣東平遠(yuǎn)人，供職于惠州市惠州大堤管理處，研究方向：水利工程。