小型低壓泵站智能系統(tǒng)應(yīng)用

摘 要：中、小型泵站承擔著區(qū)域性防洪、排澇、灌溉、調(diào)水和供水等重任，為解決資源性缺水、工程性缺水和水質(zhì)性缺水問題起著非常重要的作用。小型低壓泵站智能系統(tǒng)的應(yīng)用能夠促進泵站技術(shù)及其現(xiàn)代管理水平的提高，實現(xiàn)“無人值班、少人值守”的管理方式，此外還可以促進泵站可靠性、穩(wěn)定性以及安全性的大幅度提高，減小泵站的運行成本，提高經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：小型；低壓泵站；智能系統(tǒng)；應(yīng)用

中圖分類號：TH38 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）18-0207-02

前 言

隨著科技的發(fā)展，工農(nóng)行業(yè)對機電設(shè)備的要求越來越高，在此背景下泵站也取得了飛速的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，截止2004年底，在機電排灌工程中，泵站總裝機容量已接近8000萬kW，占全國農(nóng)用總動力的1/4強。機電排灌設(shè)施效益總面積5.6億畝，其中提灌面積4.98億畝，全國的有效灌溉面積為8.385億畝，提灌面積占據(jù)了60%，超過了自流灌溉面積；提排面積1.89億畝，在全國總的除澇面積中大約占據(jù)了70%；水輪泵灌溉面積457萬畝。由此可見，中國的機電排灌效益面積，已占全國排灌效益總面積的一半以上。此外，城鎮(zhèn)中的污水、雨水以及給水泵站數(shù)量越來越多。這些泵站工程的實施，為抗旱灌溉、抗洪排澇、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，確保農(nóng)業(yè)增產(chǎn)，保障城鎮(zhèn)居民生活，促進了人們生活質(zhì)量的提高，保證工業(yè)企業(yè)用水，在增加國民經(jīng)濟中起到了非常重要的作用，并取得了顯著地社會經(jīng)濟效益。

目前，我國機電排灌泵站工程具有發(fā)展迅速、種類多、范圍廣以及數(shù)量大等特點。在工程規(guī)模上，以中、小型泵站為主，少量為大型，大、中、小型相結(jié)合。以云南省為例，全省已建灌溉、排水泵站8427座，泵站總裝機容量達426.5MW；其中中型灌排泵站16座，泵站裝機容量為20.9MW，占全省泵站總裝機容量比例僅為4.9%；小型灌排泵站7911座，泵站裝機容量為405.6MW，占全省泵站總裝機容量比例達95.1%。因此，中、小型泵站承擔著區(qū)域性防洪、排澇、灌溉、調(diào)水和供水等重任，為解決資源性缺水、工程性缺水和水質(zhì)性缺水問題起著非常重要的作用。

但20世紀60～90年代所建的泵站由于經(jīng)濟條件、國家裝備設(shè)備與技術(shù)水平等的限制，在泵站運行管理上具有工程效益低、運行需要的成本高、高消耗以及存在很多安全隱患等問題，不能符合泵站機組優(yōu)化、經(jīng)濟、穩(wěn)定以及安全裕興的需要。

1 泵站自動化技術(shù)

在科技快速發(fā)展的背景下，通信、計算機以及電子等技術(shù)得到快速發(fā)展，同時泵站自動化水平越來越高。近年來，泵站自動化已引起了各部門的注意和重視，并成為當前我國機電灌排行業(yè)推行技術(shù)進步的重點之一。在建設(shè)泵站、改造泵站技術(shù)等過程中，努力實現(xiàn)自動化，泵站的運行管理要逐步實行“無人值班、少人值守”的現(xiàn)代化管理模式。這一管理模式可以促進運行可靠性的大幅提高，減少人為事故，確保泵站機組的安全、穩(wěn)定運行，減小泵站建設(shè)成本，促進泵站生產(chǎn)效率的提高，加快泵站技術(shù)的快速進步，可以大大提高社會與經(jīng)濟效益。

泵站自動化系統(tǒng)是通過計算機、信號處理、通信、自動控制、電子、故障診斷、冗余術(shù)和現(xiàn)代管理等方面的技術(shù)融為一體的系統(tǒng)。對泵站輸配電線路與設(shè)備等進行保護、控制、測量以及實時監(jiān)測，實現(xiàn)視頻監(jiān)控以及調(diào)度通信等自動功能。利用視頻攝像以及傳感器等方法對機組以及相關(guān)輔助設(shè)備、電氣設(shè)備及周邊設(shè)施、水工建筑物和環(huán)境的數(shù)據(jù)和信息，通過計算機的邏輯判斷與高速度計算等特點，對泵站中相關(guān)設(shè)備的操作、運行等進行控制與實時監(jiān)視。

泵站自動化系統(tǒng)有著管理運行智能化、操作監(jiān)視屏幕化、結(jié)構(gòu)微機化以及功能綜合化等特點，在設(shè)計中應(yīng)當遵循管理方便、經(jīng)濟合理、安全可靠以及技術(shù)先進等原則，力求該系統(tǒng)的指標、性能以及結(jié)構(gòu)等與泵站規(guī)模、泵站在防洪、調(diào)水、排澇和灌溉中的地位相適應(yīng)并符合泵站建設(shè)和計算機、自動化學(xué)科方面的有關(guān)標準。

在泵站中采用自動化技術(shù)可全面提高泵站技術(shù)與現(xiàn)代管理水平，并實現(xiàn)“無人值班、少人值守”的目標。此外，還可以促進泵站運行可靠性、穩(wěn)定性以及安全性的提升，減小運行成本，促進經(jīng)濟效益的提升。

在《泵站設(shè)計規(guī)范》（GB50265-2010）和《泵站計算機監(jiān)控與信息系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》（SL583-2012）中明確規(guī)定了大、中型供、排水泵站對于自動化方面的要求，但對于水泵機組、高低壓電氣設(shè)備、輔機及自動化元件等設(shè)備相對較少且規(guī)模較小的小型低壓泵站，其配置的綜合自動化系統(tǒng)以前采用的基本就是大、中型泵站綜合自動化設(shè)備的簡單化，系統(tǒng)龐大且繁雜，且設(shè)備投資較大，運行管理及維護成本較高，造成不必要的浪費。簡化的大、中型泵站綜合自動化設(shè)備，很難適應(yīng)小型低壓泵站自動化和信息化發(fā)展的要求。

根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范》（GB50265-2010）的規(guī)定，灌溉、排水泵站總裝機功率為1～0.1MW，泵站規(guī)模為?、傩?；灌溉、排水泵站總裝機功率<0.1MW，泵站規(guī)模為?、谛汀Ｄ壳?，設(shè)備制造廠家對于功率小于315kW的水泵機組普遍采用380V電壓等級的電動機，對于功率大于315kW的水泵機組則采用6kV或10kV電壓等級的電動機，而采用380V電壓等級供電的小型低壓水泵機組在灌溉、排水泵站中應(yīng)用范圍較廣，所占比重較大。因此，采用380V電壓等級供電的小型低壓泵站自動化水平的提高成了十分迫切的問題。

2 低壓泵站智能系統(tǒng)

低壓泵站智能系統(tǒng)是專為380V電壓等級的泵站而設(shè)計，替代了技術(shù)繁雜、設(shè)備資金投入和運行管理及維護成本較高的大、中型泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，在滿足低壓泵站對控制設(shè)備的實用、可靠、經(jīng)濟的要求基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了智能化的目的，促進了泵站自動化系統(tǒng)可靠性、實用性的增加，減小了對相關(guān)人員的技術(shù)要求。系統(tǒng)采用泵站智能控制器和泵機組智能保護控制器等智能設(shè)備取代PLC，實現(xiàn)一鍵開機，智能設(shè)備的快速互換，減少現(xiàn)場維護，節(jié)省了運行、管理及維護成，具有很高的性能價格比，是對小型低壓泵站控制設(shè)備的升級。

低壓泵站智能系統(tǒng)中包含了站用配電柜、無功補償柜、泵控制柜、進線啟動柜、安全預(yù)防系統(tǒng)、泵站智能控制器和泵機組智能保護控制器，實現(xiàn)進線保護、全站泵組的智能控制、機組保護與控制、自動無功補償控制、環(huán)境變量（水情、攔污柵狀態(tài)、安全信息等）的監(jiān)視與報警、水位越限強制開機、公共信號采集、基于圖像處理的安全預(yù)防、通信等功能。

低壓泵站智能系統(tǒng)可實現(xiàn)“一拖一”或“一拖N”啟動模式，支持全壓啟動、降壓啟動、軟啟動及變頻啟動等多種啟動方式，應(yīng)急手段完備，在特殊情況下，可采用手動全壓啟動，保證在緊急情況下可以開、停泵組。

泵站智能控制器安裝于進線啟動柜，通過通信網(wǎng)絡(luò)與泵站智能控制器、通信工作站進行數(shù)據(jù)交互，完成全站的智能控制、無功補償控制、全站的信息采集以及對進線的繼電保護功能，并負責(zé)與通信工作站完成相關(guān)信息的交互功能，是智能控制系統(tǒng)的核心。

泵站智能控制器具有以下功能：一鍵啟動和停車泵組；電氣量實時監(jiān)測和報警；工作泵故障停車時自動投入備用泵；智能無功補償控制，支持順序投切和循環(huán)投切兩種方式；水位越限報警功能；水位高或水位高高泵自動啟機功能；水位低泵自動停機功能；兩段復(fù)壓過流保護；過負荷告警；過電壓保護；低電壓保護；零序電壓保護；零序電流保護；公共信號采集；告警、事故事件記錄；故障錄波及故障分析軟件。

泵機組智能保護控制器完成泵的就地自動控制以及電動機的繼電保護功能，是智能控制系統(tǒng)的執(zhí)行單元。

泵機組智能保護控制器具有以下功能：就地、遙控自動開機；就地、遙控停車；開停機受阻自動閉鎖與報警；閘閥自動控制；電流速斷保護；過流保護；負序電流保護；低電壓保護；過電壓保護；過負荷保護；堵轉(zhuǎn)保護；過流閉鎖出口；相電流反時限保護；TV斷線監(jiān)視；兩路非電量保護；告警、事故事件記錄；故障錄波及故障分析軟件。

低壓泵站智能系統(tǒng)具有很強的信息化和可視化功能，通過傳感器監(jiān)視水位，視頻監(jiān)控安全區(qū)域與安防系統(tǒng)等，利用先進的無線網(wǎng)絡(luò)，利用計算機、手機等途徑提高泵站管理水平，對泵站運行信息、安全以及水位等進行遠程的監(jiān)測；此外，低壓泵站智能系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)安全預(yù)警、電氣及非電氣量越限和狀態(tài)量變化主動報警、短信控制、短信查詢狀態(tài)以及短信查詢實時數(shù)據(jù)等自動化功能。結(jié)合實際需求，可以將泵站控制系統(tǒng)與當?shù)厮畔⒕W(wǎng)進行聯(lián)網(wǎng)，進而進行信息共享，支持泵站群聯(lián)合調(diào)度。此外，還可采用風(fēng)能、光伏互補技術(shù)，供電可靠、環(huán)保，解決非運行期安全預(yù)防系統(tǒng)電源供給問題。

3 結(jié)束語

小型低壓泵站智能系統(tǒng)的應(yīng)用實施，促進了泵站運行可靠性、安全性的提升，同時也提升了泵站的管理水平，降低了工作強度，實現(xiàn)減人增效的目標，縮小了泵站占地面積，降低造價，減少總投資，使其能適應(yīng)水利現(xiàn)代化大系統(tǒng)運營的需要。

參考文獻

[1]《泵站設(shè)計規(guī)范》（GB 50265-2010）.中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.2010.

[2]《泵站計算機監(jiān)控與信息系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》（SL 583-2012）.中華人民共和國水利部.2012.

[3]泵站工程規(guī)劃設(shè)計手冊.中國水利水電出版社，2011.

收稿日期：2018-5-25

作者簡介：鄭 羽（1977-），男，漢族，云南彌渡人，工程師，大學(xué)本科，主要從事水利水電工程機電設(shè)計工作。