供水泵站電氣系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計

蔣瑩

摘要：泵站工程是利用機電提水設(shè)備給水增加能量的綜合性系統(tǒng)工程，電氣設(shè)計關(guān)系著機組安全運行，對國家經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。選擇經(jīng)濟合理的電氣設(shè)備成為需要解決的關(guān)鍵問題。供水泵工作人員修改原有泵站自動化程序，加強電氣系統(tǒng)功能完善，優(yōu)化泵站配電控制流程，通過采取開關(guān)自動切換模式，提高泵站電氣系統(tǒng)運作能力。

關(guān)鍵詞：供水泵站電氣系統(tǒng)設(shè)計改進(jìn)機組安全

中圖分類號：TU991文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2021）09（c）-0000-00

Improved Design of Electrical System of Water Supply Pump Station

JIANG Ying

（Wuhan Water Supply Co.， Ltd.，Wuhan，Hubei Province，430000 China）

Abstract： The pump station project is a comprehensive system project that uses electromechanical water lifting equipment to increase energy. The electrical design is related to the safe operation of the unit and is of great significance to the national economic development. Choosing economic and reasonable electrical equipment has become a key problem to be solved. The staff of the water supply pump modified the original automation program of the pump station， strengthened the improvement of the function of the electrical system， optimized the power distribution control process of the pump station， and improved the operation capacity of the electrical system of the pump station by adopting the switch automatic switching mode.

Key Words： Water supply pump station; Electrical system; Design improvement;Crew safety

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對水資源利用需求發(fā)生變化，隨著調(diào)水規(guī)模擴大，采用大中型機組不斷增多。供水工程成為調(diào)節(jié)區(qū)域水資源分配不均問題的重要工程措施，泵站在防洪排澇等方面發(fā)揮重要作用。泵站運行中機電設(shè)備落后等問題縮短使用壽命，精通電氣技術(shù)人員缺失，使得我國大部分泵站難以適應(yīng)現(xiàn)代化需要，泵站電氣設(shè)計成為泵站設(shè)計關(guān)注問題。目前泵站電氣采用自動化控制模式，通過自動控制功能提高分合閘切換靈活性，利用自動化設(shè)備實現(xiàn)系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)快速顯示。設(shè)計人員積極了解供電系統(tǒng)運行特點，解決泵站電氣設(shè)計的難點問題。

1 ?供水泵站電氣設(shè)計研究

泵站電氣設(shè)計是結(jié)合實際工程進(jìn)行電氣系統(tǒng)設(shè)計，包括一二次設(shè)計，其中一次設(shè)計是對泵站電氣設(shè)備主線路設(shè)計[1]。21世紀(jì)后，泵站電氣設(shè)備不斷更新，引進(jìn)新產(chǎn)品同時，應(yīng)選擇合適的設(shè)備。對電氣設(shè)計要求不斷提高。電氣設(shè)備選型要貫徹國家經(jīng)濟技術(shù)政策，根據(jù)泵站工程環(huán)境條件，合理制訂布置方案，對新設(shè)備材料引進(jìn)應(yīng)積極慎重，做到技術(shù)先進(jìn)、運行可靠的目的。廠家選擇與工程管理思路設(shè)備檔次定位有關(guān)，設(shè)備注重自動控制可靠，確保新機投產(chǎn)穩(wěn)定。

1.1 電氣主接線設(shè)計

泵站通常采用接線簡單的單母線分段接線。電氣主接線技術(shù)發(fā)展過去主接線數(shù)目較多，隨著送出路線數(shù)目減少，主接線隨著出現(xiàn)方式簡化。高可靠性的SF6斷路器取代燒油斷路器，SF6斷路器檢修周期可達(dá)20年。旁路接線逐漸淘汰，隨著電氣設(shè)計雙繞組變壓器引進(jìn)，避免采用單母線分段等隔離開關(guān)操作多的接線[2]。目前泵站110kv選用一進(jìn)一出方式普遍，單母線分段接線多用于有四回進(jìn)出線場合，負(fù)荷容量較小的泵站線路變壓器進(jìn)線是首選，大容量泵站應(yīng)考慮橋型接線。母線運行中故障率較小，可優(yōu)先考慮單母線接線，泵站電氣主接線設(shè)計首選單母線，泵站母線選型中選擇設(shè)備少、易于維護(hù)的接線方式是主要趨勢。

1.2 泵站站用變壓器

合理選擇變壓器是泵站電氣設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，站用變壓器主要形式包括油浸式、銅芯式等?！队徒诫娏ψ儔浩鳌窐?biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的SL1、SL2系列產(chǎn)品被淘汰，新系列變壓器具有損耗低、重量輕等特點[3]。鋁線變壓器可達(dá)到與銅線變壓器相當(dāng)性能，在我國泵站工程中廣泛應(yīng)用。銅鋁芯變壓器價格比約為1：1.3，目前運行中的老系列變壓器不宜大批量更換，運行的國內(nèi)S9系列產(chǎn)品銅線變壓器處于起步階段，S7、S9系列變壓器價格比約為1：1.35，油浸式變壓器防火條件要求較高，干式變壓器采用環(huán)氧樹脂澆筑線圈，價格為油浸式變壓器的2倍。隨著科技的進(jìn)步，泵站向著環(huán)保節(jié)能、大容量、高可靠性方向發(fā)展。

1.3 高壓配電裝置

泵站高壓配電設(shè)備分為戶內(nèi)、戶外式，分立式高壓設(shè)備排污量高，戶內(nèi)式成套開關(guān)柜具有占地面積小，不受氣候條件影響特點，由于泵站工程多處于環(huán)境較差位置，戶外式電氣設(shè)備投資較少，泵站6～35kv配電裝置選型優(yōu)先考慮采用戶內(nèi)式成套開關(guān)柜。五防型高壓開關(guān)柜實現(xiàn)系統(tǒng)高壓安全操作程序化[4]。CBC-35是國內(nèi)泵站主要選用的35kv開關(guān)柜，常用于額定電壓為35kv1000A的單母線系統(tǒng)，開關(guān)柜以手車式結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，主母線采用矩形母線水平架空于柜頂，開關(guān)柜采用鋼板門保護(hù)。JYNI-35型手車柜采用全封閉結(jié)構(gòu)，開關(guān)柜外殼具有IPZX保護(hù)等級，目前市場上高壓開關(guān)柜以GBC-35設(shè)備為主，可達(dá)到泵站使用要求。

2 泵站自動化控制系統(tǒng)

水利事業(yè)發(fā)展在國民經(jīng)濟中起到重要作用，為城市建設(shè)管理提出更高的要求，污水不及時處理影響城市繁榮發(fā)展。泵站建設(shè)是城市管理的重點，泵站承擔(dān)流域防洪灌溉等職責(zé)，隨著科技的進(jìn)步，泵站運行管理自動化尤為重要，運用自動化系統(tǒng)可以保證供水效果，自動化技術(shù)發(fā)展為建立高效使用的一體化技術(shù)提供支持。泵站自動化控制系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)通訊、微機保護(hù)系統(tǒng)等組成，對供配電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等進(jìn)行監(jiān)視控制。

泵站自動控制系統(tǒng)包括環(huán)境現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)、現(xiàn)場設(shè)備控制系統(tǒng)等[5]。自動化控制系統(tǒng)設(shè)備分為自動與遙控控制，就地控制是以手動就地控制箱上啟?？刂疲詣蛹壥且揽楷F(xiàn)場控制箱PLC按編程控制設(shè)備運行，遙控是設(shè)備遠(yuǎn)程控制級，控制開關(guān)處于遠(yuǎn)程手動狀態(tài)，分空站PLC可手動操作下屬設(shè)備，分空站PLC按設(shè)計程序自動運作進(jìn)行聯(lián)動控制。泵站自動控制系統(tǒng)分為上位機與現(xiàn)地控制單元，上位機部分由工作站與服務(wù)器組成，最下層為現(xiàn)地控制單元，系統(tǒng)為保障選用不同設(shè)備具有可相互操作性，系統(tǒng)采用全開放分布式結(jié)構(gòu)。上位機層是泵站設(shè)備測量管控中心，包括操作員工作站，出現(xiàn)故障可以相互切換，根據(jù)泵站需要可配置模擬屏。

系統(tǒng)采用分層分布式開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將自動化控制系統(tǒng)分為獨立單元層次，各單元與上位機層計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，丟失數(shù)據(jù)信息不會影像系統(tǒng)工作。系統(tǒng)應(yīng)用開放式結(jié)構(gòu)，使數(shù)據(jù)信息資源得到共享[6]。泵站整體分為建筑設(shè)施與機電設(shè)備，建筑設(shè)施有進(jìn)出水建筑物、管理用房等，進(jìn)水建筑物主要為水泵提供良好進(jìn)水條件;出水建筑物有出水池與壓力水箱形式，壓力水箱起到匯流排水作用。機電設(shè)備分為主輔機設(shè)備，輔助設(shè)備包括充排水設(shè)備等。水泵機組是泵站主要設(shè)施，動力機油內(nèi)燃機與電動機等，輔助設(shè)備與電氣設(shè)備為主機主運行提供良好服務(wù)條件。

3供水泵站電氣系統(tǒng)設(shè)計改進(jìn)

某供水泵采用自動化電氣設(shè)備包括配電進(jìn)線柜、格柵機等，泵站電氣系統(tǒng)設(shè)計中要增強自動化控制功能，為配電進(jìn)線柜配置雙電源切換開關(guān)。采取自動控制模式提升系統(tǒng)運行效率，對系統(tǒng)電壓等參數(shù)進(jìn)行科學(xué)改進(jìn)，為掌握系統(tǒng)信息提供便利。泵站電氣系統(tǒng)設(shè)計中采用自動化控制技術(shù)，利用真空壓力判斷泵站機組啟動正常，提高電氣系統(tǒng)檢測精度。對交流控制電源采用UPS供電模式，促進(jìn)泵站電氣系統(tǒng)功能完善。

3.1 供水泵站電氣系統(tǒng)改進(jìn)內(nèi)容

供水泵站電氣系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計包括控制閥門、配電系統(tǒng)等。配電系統(tǒng)日常工作中要掌握電氣系統(tǒng)保護(hù)措施，根據(jù)實際配置相應(yīng)出線控制柜，要加強對電機保護(hù)器、監(jiān)測系統(tǒng)等設(shè)施關(guān)注。及時加入手動自動控制切換模式，利用自動化控制中心發(fā)出數(shù)據(jù)信號，接觸器出現(xiàn)反應(yīng)指示燈點亮，設(shè)計人員觀察指示燈了解電信號，判斷操作是否有效。設(shè)計人員及時安裝電動閥，根據(jù)相應(yīng)切換信號，管理當(dāng)前監(jiān)測信息，開關(guān)回路反應(yīng)可對按鈕失靈進(jìn)行處理。采用自動化控制方式，限制啟停次數(shù)，總控制系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信息，根據(jù)電動閥狀態(tài)判斷故障信息位置，便于實時掌握控制閥門操控狀態(tài)。柜門自動切換用于自動控制，給予作業(yè)人員提示信息。

3.2 供水泵電氣系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計實施

供水泵站電氣系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計要求合理優(yōu)化技術(shù)方案，重點加強電動機與監(jiān)控系統(tǒng)等技術(shù)改進(jìn)。泵站電氣系統(tǒng)改進(jìn)中要掌握電氣設(shè)備操控技術(shù)，堅持科學(xué)性原則，設(shè)備型號等內(nèi)容以實際工作內(nèi)容為參考，電氣設(shè)備改進(jìn)設(shè)計要科學(xué)，電氣設(shè)備服務(wù)于供水泵站，對設(shè)備功能及時完善，便于電氣系統(tǒng)實現(xiàn)提速。供水泵站安全鑒定中，對超出使用年限電氣設(shè)備及時改造。采取計算機監(jiān)控模式，制訂合理的技術(shù)方案，及時配置相應(yīng)配電設(shè)施。

水泵是泵站供排水主要設(shè)備，要及時分析當(dāng)前存在水位超標(biāo)情況，泵站電動機進(jìn)行技術(shù)增容，設(shè)計人員在電動機樞槽內(nèi)安裝多個導(dǎo)電體，查詢網(wǎng)絡(luò)資料，提高電動機絕緣等級，有效增加電機繞組截面，增加轉(zhuǎn)子鐵芯軸向長度。絕緣等級改造中了解絕緣電阻等技術(shù)參數(shù)，如使用F級絕緣體降低能耗，延長泵站電機機組使用壽命。泵站及時更換陳舊監(jiān)控設(shè)備，加強對數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的運用，提高系統(tǒng)的清晰度等目標(biāo)。注意數(shù)字視頻音頻壓縮比，要求數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳輸速率最少為7.5Mbps，確保圖像像素為352×298，采用無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將采集技術(shù)發(fā)送至服務(wù)器，便于對現(xiàn)場工作信息實時監(jiān)控，設(shè)計視頻監(jiān)控模型，便于提升監(jiān)控系統(tǒng)通用性。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計傳輸層、用戶運用層等，網(wǎng)絡(luò)層便于服務(wù)器與客戶機創(chuàng)建數(shù)據(jù)傳輸路徑，傳輸層負(fù)責(zé)野外對接等任務(wù)。數(shù)據(jù)層完成原始詩句采集等內(nèi)容，用戶運用層對監(jiān)控設(shè)備配置參數(shù)信息，涉及音視頻信息等保障系統(tǒng)控制功能。自動化系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)包括壓力調(diào)控設(shè)備與變頻器改進(jìn)。水泵出口安裝耐震壓力表，將流量控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，考慮安裝壓力驗證調(diào)控設(shè)備的開度。原先使用軟啟動器設(shè)備，無法有效控制出水壓力，改進(jìn)變頻器依據(jù)系統(tǒng)可調(diào)節(jié)參數(shù)。依據(jù)泵站電機保護(hù)器運行現(xiàn)狀，將接入電機綜合保護(hù)器信號轉(zhuǎn)換為多路開關(guān)量，促進(jìn)軸承溫度快速輸入。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉斌.二次供水控制系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].濟南：濟南大學(xué)，2020.

[2] 宋李新.中子束線開關(guān)水液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計與研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2020.

[3] 宋震.濟南水務(wù)某加壓泵站恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].濟南：山東建筑大學(xué)，2020.

[4] 王學(xué)林.供水泵站電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究[J].科技風(fēng)，2019（19）：189.

[5] 朱淦亮.關(guān)于泵站電氣系統(tǒng)設(shè)計改進(jìn)的相關(guān)探討[J].黑龍江水利科技，2019，47（2）：87-89.

[6]路文梅，胡守銀，孔淑琴，等.對中小型供水泵站電氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的探討[J].河北水利，2018（7）：35-36.