高揚程電力提灌工程中電機自動化控制與保護對策

魏新玲

（甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅 景泰 730400）

引言

高揚程電力提灌工程在實際運行過程中主要依托電動機提供的驅(qū)動力帶動水泵運轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機械能，帶動壓力輪運轉(zhuǎn)，將低位水提升至高位，主要應用于地勢差較大的區(qū)域。隨著社會的快速發(fā)展，對高揚程電力提灌工程提出了更高的要求，要求在滿足灌溉必需的水位控制功能的同時，具備自動灌溉功能，提升灌溉效率，降低生產(chǎn)人員工作負荷。因此，高揚程電力提灌工程電機自動化控制，成為技術領域的主要研究內(nèi)容。

1 高揚程電力提灌工程電機自動化控制的價值

傳統(tǒng)高揚程電力提灌工程中，主要以電機作為主要驅(qū)動力，系統(tǒng)在實際運行過程中需要不同部件之間相互配合。手工操作模式下，在人工控制過程中不可避免地存在一定偏差，工作效率低下。通過對高揚程電力提灌工程進行自動化改造、運用軟件程序以及相應的設備，工程控制及管理效率得到大幅提升，設備調(diào)整效率也隨之提升[1]。此外，人工控制模式在實際應用中不可避免地會加大能源消耗量，而在自動化控制模式運行過程中，可隨時調(diào)整設備運行狀態(tài)，避免資源浪費，有效落實了我國節(jié)約資源的戰(zhàn)略目標。

2 案例工程概述

為深入探究高揚程電力提灌工程電機自動化控制以及保護措施，本文將選取相應的工程案例進行具體說明。案例工程為某地區(qū)高揚程電力提灌工程，其位置距離市區(qū)約200 km，設計從黃河五佛段提取水源。技術人員在對本工程進行設計過程中，依據(jù)當?shù)貙嶋H發(fā)展需求，規(guī)劃提水流量以及加大流量分別為28.6 m3/s、33 m3/s，設計裝機容量為2.487×105kW，設計泵站建設數(shù)量為43座，最大提水高度可達602 m，可以有效滿足周邊近百萬畝的農(nóng)田灌溉需求。當前，自動化技術不斷發(fā)展成熟，為切實提升該工程應用效率，技術人員決定對其高揚程電力提灌工程電機進行自動化改造。

3 高揚程電力提灌工程自動化控制設計

3.1 泵站綜合控制系統(tǒng)結構設計

案例工程中，技術人員在綜合當前技術水平以及泵站管理實際要求的基礎上，對高揚程電力提灌工程控制系統(tǒng)基本結構進行設計，主要分為現(xiàn)地控制級、集中控制級，充分體現(xiàn)出泵站分散控制、集中管理的特征。

現(xiàn)地控制級設計中，主要包含PLC測控和微機綜合保護。該層級在實際運行過程中，主要承擔泵站主機組工作電壓、電流、機組功率等運行參數(shù)的采集、處理職能，其中，泵站微機綜合保護主要由進線保護、電容保護和電機保護構成[2]。

集中控制級在實際設計中，主要圍繞主控計算機這一中心，利用北京力控工控組態(tài)軟件作為二次開發(fā)平臺，設計對應現(xiàn)場設備的操作仿真界面，并采用I/O、通訊及視頻監(jiān)控設備。該層級在實際運行過程中，主要通過計算機、網(wǎng)絡以及接收設備所采集的現(xiàn)地控制級信號，對相關數(shù)據(jù)進行處理與儲存，并提供事故報警、數(shù)據(jù)庫管理等服務。同時，在有需要的情況下，該層級可發(fā)布相應的控制指令，對現(xiàn)地控制級運行狀態(tài)進行調(diào)整[3]。技術人員在實際設計中在泵站關鍵地點設置視頻監(jiān)控設備，實現(xiàn)了對設備運行狀況、主控室情況等方面的實時監(jiān)控，監(jiān)控系統(tǒng)在一定程度上還承擔著安保系統(tǒng)職責。

3.2 泵站綜合控制系統(tǒng)操作設計

技術人員在進行自動化設計過程中，充分考量總供水目標及優(yōu)化調(diào)度要求，將優(yōu)化調(diào)度與經(jīng)濟運行作為操作環(huán)節(jié)主要設計原則，做出如下設計：

1）在滿足總流量和水位控制條件要求的基礎上，以實際水泵運行特性曲線為中心，遵循抽水量—功率消耗的等微增率原則，對泵站效率曲線進行優(yōu)化。同時，依照預定流量條件，確定泵組開啟臺數(shù)，有效達成多泵組自動啟閉控制以及變速調(diào)節(jié)目標[4]。

2）依據(jù)不同泵組及輔助設備實際運行狀態(tài)，確定運行泵組的啟閉順序。

3）對安全限制約束條件進行校核，在對泵組、閥門特性以及泵組氣蝕區(qū)、振動區(qū)等多個方面進行綜合考量，設計泵組運行限制條件。

4 電機保護設計要點

從實際應用角度分析可知，泵站運行過程中需要高壓電動機提供必要的驅(qū)動源。案例工程中，技術人員也認識到高壓電動機設備的重要性，并在充分考量實際需求的基礎上，決定采用差動保護原理進行電機保護設計[5]。

技術人員在實際設計過程中，決定采用比例制動模式。在該模式下，裝置運行過程中可以對A、B、C各相兩側電流進行采集，并得出I1、I2，經(jīng)過運算，可得出如下公式：

Id=（兩側TA為同極性接線）。

由此，可得出如下動作方程：

式中：Izd為制動電流，實際進行計算時取最大電流；Id、Icd分別為差電流以及差動定值；Ig為拐點電流，其0.7倍情況下為額定電流Ie。

當制動電流Izd數(shù)值在拐點電流Ig數(shù)值之下時，其動作方程表示為Id＞Icd。當制動電流Izd數(shù)值在拐點電流Ig數(shù)值之上時，其動作方程表示為Id＞Icd+（Izd-Ig）K。

圖1為比例制動動作電流及拐點電流關系示意圖。

圖1 比例制動動作電流及拐點電流關系示意圖

5 結語

對電力提灌工程進行自動化改造后，機電設備及水工建筑運行安全性、設備調(diào)度科學性、供水穩(wěn)定性得到大幅提升，取得了預期成效。除此以外，在自動化改造完成后，機組運行狀態(tài)得到有效優(yōu)化，裝置運行效率提升幅度較為顯著，水資源優(yōu)化配置目標完全達成，級間流量配合度大幅提升，節(jié)約水資源戰(zhàn)略目標得到有效落實。