南溝門水庫北線供水工程二級泵站自動(dòng)化運(yùn)行流程設(shè)計(jì)

【摘要】當(dāng)前，在大中型灌溉排水、流域調(diào)（引）水及城鎮(zhèn)供排水泵站中，已經(jīng)普遍建立了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，成為了保證泵站的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性的重要技術(shù)手段。一個(gè)合理、完善的泵站自動(dòng)化運(yùn)行流程對于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能，保證泵站可靠、安全運(yùn)行起到了關(guān)鍵作用。對采用了變頻器“一拖多”控制方案的泵站自動(dòng)化運(yùn)行進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了運(yùn)行流程，對于同類工程具有一定的借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)化；運(yùn)行流程；南溝門二級泵站；變頻器“一拖多”

1、工程概況

延安市南溝門水庫北線供水工程是向延安煤油氣資源綜合利用項(xiàng)目（以下簡稱延能化項(xiàng)目）以及華能延安電廠輸送原水的長距離調(diào)水工程。項(xiàng)目的用水主要依托延安市南溝門水庫可利用水源。工程等別為Ⅲ等，最大年供水量為3210萬m3，主要由輸水隧洞、壓力管線、兩級加壓泵站和管理房建等組成。輸水線路從南溝門庫內(nèi)通過浮船式泵站一級加壓至串坡溝，在串坡溝內(nèi)設(shè)二級加壓站分別向西北方向華能電廠項(xiàng)目和北部延能化項(xiàng)目供水。其中，二級泵站設(shè)計(jì)流量1.38m3/s，主廠房內(nèi)布置有7臺水泵機(jī)組，總裝機(jī)功率3100kW，其中，向延能化項(xiàng)目供水設(shè)計(jì)流量1.14m3/s，安裝有4臺水泵機(jī)組，三用一備，單機(jī)功率355kW；向華能延安電廠供水流量0.24m3/s，安裝有3臺水泵，二用一備，單機(jī)功率560kW。

2、變頻器“一拖多”控制方案

南溝門二級站電源采用10kV供電共兩回，電動(dòng)機(jī)母線采用單母線分段接線，為延能化供水的4臺電動(dòng)機(jī)接I段母線，為華能電廠供水的3臺電動(dòng)機(jī)接II段母線。正常運(yùn)行時(shí)，分段斷路器處于斷開狀態(tài)。考慮全站電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)及變頻運(yùn)行要求，配置2臺10kV變頻器，另外分別設(shè)兩段變頻母線，兩段變頻母線之間設(shè)置分段斷路器。

受電源條件限制，南溝門二級站電動(dòng)機(jī)不允許直接啟動(dòng)，且根據(jù)泵站的運(yùn)行工藝要求，兩個(gè)供水方向都存在電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行的需求，同時(shí)兼顧節(jié)能和設(shè)備投資的因素，南溝門二級站采用了這種較為復(fù)雜的變頻器“一拖多”控制方案，如圖1所示。以1#機(jī)工頻運(yùn)行為例，首先合變頻器下口的QF18開關(guān)以及1#機(jī)變頻母線QF11開關(guān)，然后合變頻器上口的QF1開關(guān)，待變頻器自檢通過后，變頻器發(fā)出系統(tǒng)待機(jī)信號。此時(shí)給定變頻器運(yùn)行頻率，然后啟動(dòng)變頻運(yùn)行。當(dāng)變頻器穩(wěn)定運(yùn)行到給定頻率后，發(fā)出1#機(jī)切至工頻的投切信號，變頻器開始自動(dòng)投切，將頻率逐漸升高至接近工頻頻率，捕捉同步信號并進(jìn)行鎖定，然后合1#機(jī)工頻母線QF2開關(guān)，分開變頻母線QF11開關(guān)，1#機(jī)進(jìn)入工頻運(yùn)行狀態(tài)。

采用此變頻器“一拖多”控制方案，滿足了以下各種工藝條件的控制要求：

a）任意一臺電動(dòng)機(jī)均可變頻啟動(dòng)；

b）電動(dòng)機(jī)由變頻向工頻的無擾動(dòng)同步切換；

c）兩個(gè)供水方向各有一臺電動(dòng)機(jī)可處于變頻運(yùn)行狀態(tài)；

d）兩臺變頻器互為備用。

同時(shí)，采用此控制方案，也增加了泵站電氣接線的復(fù)雜程度，對于操作運(yùn)行流程的正確性提出了更高的要求。

3、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)方案

南溝門二級泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按照“無人值班”（少人值守）的監(jiān)控模式，采用分層分布開放式體系結(jié)構(gòu)，具有可擴(kuò)展性。設(shè)置泵站監(jiān)控層和現(xiàn)地控制層兩層，網(wǎng)絡(luò)采用冗余交換式以太網(wǎng)。監(jiān)控層配置有操作員工作站、衛(wèi)星同步時(shí)鐘、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、打印機(jī)、不間斷電源等?，F(xiàn)地層配置有微機(jī)保護(hù)裝置、智能儀表，根據(jù)現(xiàn)地控制單元功能結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場設(shè)備分布情況，每臺機(jī)組旁還分別設(shè)有現(xiàn)地控制單元。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可完成泵站所有設(shè)備的控制監(jiān)視，包括機(jī)組及附屬設(shè)備等的開關(guān)量、電量及非電量的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，機(jī)組的啟停、變頻控制、有功及無功調(diào)節(jié)，斷路器的分合閘和進(jìn)出水閥門的啟閉等操作。

4、自動(dòng)化運(yùn)行流程設(shè)計(jì)方案

自動(dòng)化運(yùn)行流程設(shè)計(jì)對于泵站的正常運(yùn)行是一項(xiàng)非常重要的工作，通過對自動(dòng)化系統(tǒng)的集成，完成對泵站主機(jī)、輔機(jī)、變配電設(shè)備、閘門等機(jī)電設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、保護(hù)、測量，做到遙控、遙測、遙調(diào)、遙信。要實(shí)現(xiàn)上述要求，必須充分了解泵站調(diào)度、控制、管理的流程要求，以及每個(gè)自動(dòng)化流程需要具備的條件。流程設(shè)計(jì)容易出現(xiàn)偏差、錯(cuò)誤，有時(shí)過于復(fù)雜化，有時(shí)過于簡單化，使泵站的運(yùn)行流程設(shè)計(jì)很難做到規(guī)范化、程式化。南溝門二級泵站由于變頻器“一拖多”控制方案的應(yīng)用，使得其自動(dòng)化控制流程不同于普通泵站。流程既要考慮單臺機(jī)組的運(yùn)行，同時(shí)也要顧及兩個(gè)供水方向多臺機(jī)組的不同工況的運(yùn)行。既要完成多參數(shù)條件下的復(fù)雜控制，又要簡化問題，使得流程能夠程式化，方便運(yùn)行管理。以1#機(jī)開停機(jī)為例，南溝門二級泵站自動(dòng)化運(yùn)行流程設(shè)計(jì)如圖2、圖3所示。

開機(jī)流程中的檢查開機(jī)條件包括各機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)正常，高低壓開關(guān)均處在正確位置，泵前泵后檢修閥門全開，泵后液孔半球閥全關(guān)，吸水池水位大于設(shè)計(jì)運(yùn)行水位等。

機(jī)組變頻運(yùn)行，開機(jī)流程跳過第8、第9步。

機(jī)組工頻運(yùn)行，停機(jī)流程跳過第2步。

機(jī)組按照變頻、工頻運(yùn)行設(shè)定不同的運(yùn)行流程，開機(jī)前選定。即機(jī)組的運(yùn)行方式只可在停機(jī)后更改，以方便運(yùn)行流程的程式化。

結(jié)語

本文提出的泵站自動(dòng)化運(yùn)行流程，已在南溝門二級泵站調(diào)試運(yùn)行過程中得到了實(shí)際應(yīng)用，取得了良好的效果，對越來越多的應(yīng)用了變頻器“一拖多”控制方案的新建泵站工程起到一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]康勇.南溝門水庫北線供水工程華能電廠輸水管道優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].陜西水利.2016（04）.

[2]梁修保.泵站自動(dòng)化流程設(shè)計(jì)[J].治淮.2007（05）.