泵站電氣及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)特點(diǎn)

申寒冬

[摘 ? ?要]在城鎮(zhèn)建設(shè)中，防汛排澇工程一直都是重要工作，關(guān)系著城鎮(zhèn)居民生活質(zhì)量。在防汛排澇工作中，泵站發(fā)揮著重要作用。隨著社會(huì)發(fā)展，新建或改造的泵站不斷增加，其電氣及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)的合理性，對(duì)泵站運(yùn)行安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性有著直接影響。應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，加強(qiáng)泵站電氣及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)，以滿足泵站現(xiàn)代化、智慧化的運(yùn)行目標(biāo)，保障泵站安全運(yùn)行，切實(shí)發(fā)揮其防汛排澇作用。簡(jiǎn)述了泵站電氣及其自動(dòng)化建設(shè)存在的一些問(wèn)題，結(jié)合問(wèn)題，闡述今后泵站電氣及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)的主要要點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞]排澇泵站;電氣設(shè)計(jì);自動(dòng)化設(shè)計(jì);要點(diǎn);信息化

[中圖分類號(hào)]TV675 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）08–00–03

[Abstract]In the construction of cities and towns， flood prevention and drainage projects have always been an important task， which is related to the quality of life of urban residents. In flood prevention and drainage work， pumping stations play an important role. With the development of society， the number of newly-built or renovated pumping stations continues to increase， and the rationality of its electrical and automation design has a direct impact on the safety， reliability and economy of the pumping station's operation. It is necessary to advance with the times and strengthen the electrical and automation design of the pumping station to meet the modern and intelligent operation goals of the pumping station， ensure the safe operation of the pumping station， and effectively play its role in flood prevention and drainage. Briefly described some problems existing in the electrical and automation construction of pumping stations， combined with the problems， analyzed and explained the main points of the electrical and automated design of pumping stations in the future.

[Keywords]drainage pumping station; electrical design; automation design; key point; informatization

發(fā)生洪澇災(zāi)害造成的損失是相當(dāng)嚴(yán)重的，為了提高搶排能力，應(yīng)加強(qiáng)泵站的建設(shè)和管理，以預(yù)防洪澇災(zāi)害發(fā)生，降低損失。特別是在極端天氣下，泵站的作用也更加突出。在汛期，如果水泵機(jī)組故障，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響。因此，必須遵循相關(guān)規(guī)程規(guī)范嚴(yán)格設(shè)計(jì)泵站電氣及其自動(dòng)化，保證其運(yùn)行中安全性和可靠性，發(fā)揮其防洪排澇的重要作用。

1 泵站電氣及其自動(dòng)化現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.1 泵站電氣設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

（1）電源系統(tǒng)參數(shù)的大小和供電距離的遠(yuǎn)近決定了泵站機(jī)組的啟動(dòng)方式以及供電電壓等級(jí)是否需要提高等;

（2）4泵站接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與當(dāng)?shù)赝寥离娮杪屎湍昶骄妆┤諗?shù)息息相關(guān);

（3）泵站消防系統(tǒng)在泵站運(yùn)行過(guò)程中使用情況較少，且自動(dòng)化的設(shè)備配置較少，不能得到很好的重視;

（4）泵站繼電保護(hù)系統(tǒng)配置時(shí)大多數(shù)情況下僅實(shí)現(xiàn)了高壓部分的繼電保護(hù)配置和上下級(jí)配合，但低壓的繼電保護(hù)配置和上下級(jí)配合沒(méi)有得到較好的設(shè)計(jì)。在泵站的電氣設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意這些方面的設(shè)計(jì)，以加強(qiáng)泵站的安全運(yùn)行效率和運(yùn)行的可靠性。

1.2 泵站自動(dòng)化建設(shè)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

目前，國(guó)內(nèi)已興建許多的泵站工程，但總體而言，泵站的自動(dòng)化水平不高，大部分泵站僅配置有簡(jiǎn)易的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，僅能實(shí)現(xiàn)泵站的基本信息的監(jiān)控，但泵站的機(jī)組控制多以常規(guī)現(xiàn)地控制為主，整體的自動(dòng)化水平落后，數(shù)據(jù)采集可靠性和穩(wěn)定性差，自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件無(wú)法實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化管理，泵站綜合數(shù)據(jù)應(yīng)用未能實(shí)現(xiàn)深層次運(yùn)用，無(wú)法實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值守、少人值班”的自動(dòng)化控制功能，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)泵站在監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制泵站機(jī)組的啟停操作。

1.3 泵站電氣及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)需求

根據(jù)泵站的規(guī)?？煞譃椋盒⌒捅谜尽⒅行捅谜?、大型泵站。各種類型的泵站其自動(dòng)化建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)有區(qū)別，可按以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)。

（1）小型泵站可按無(wú)人值班的模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，泵站的電氣參數(shù)、非電氣參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警信號(hào)均可上傳到泵站監(jiān)控管理中心進(jìn)行集中顯示管理，在保證機(jī)組安全的前提下，監(jiān)控中心可遠(yuǎn)程控制泵站機(jī)組啟停。

（2）大中型泵站應(yīng)按“無(wú)人值守，少人值班”的模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，泵站的電氣參數(shù)、非電氣參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警信號(hào)全部上傳到監(jiān)控管理中心進(jìn)行集中顯示管理，在保證機(jī)組安全的前提下，監(jiān)控中心可以遠(yuǎn)程控制泵站機(jī)組啟停。

（3）泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，按對(duì)象進(jìn)行監(jiān)控設(shè)備配置，充分體現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全性、靈活性和開(kāi)放性，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)盡可能采用環(huán)型網(wǎng)絡(luò)，以太網(wǎng)模式通訊。

（4）泵站集群應(yīng)設(shè)置監(jiān)控中心，并配置自動(dòng)控制終端、顯示裝置、電源系統(tǒng)等。

2 泵站電氣及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)主要內(nèi)容

2.1 電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)

泵站電氣設(shè)計(jì)首先應(yīng)結(jié)合泵站裝機(jī)臺(tái)數(shù)和單機(jī)容量，確定站內(nèi)電機(jī)母線電壓等級(jí)，再結(jié)合電源點(diǎn)的遠(yuǎn)近以及可提供的電壓等級(jí)，確定泵站是否采用變壓器—電動(dòng)機(jī)組方式供電還是采用直配線供電。此外，根據(jù)電源點(diǎn)的數(shù)量以及泵站的裝機(jī)臺(tái)數(shù)，合理確定泵站的電氣主接線型式，一般情況下，如果電源點(diǎn)提供雙電源或雙回路供電，或者泵站裝機(jī)臺(tái)數(shù)大于6臺(tái)時(shí)，大部分泵站采用單母線分段接線，其他情況則可采用單母線接線。

泵站電氣設(shè)計(jì)中還應(yīng)特別注意泵站的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)母線產(chǎn)生的電壓降是否滿足機(jī)組堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的要求。電氣設(shè)備的選擇需注意其正常工作狀態(tài)下最大工作電壓、長(zhǎng)期工作下允許電力，還要考慮在最大運(yùn)行方式下短路電流對(duì)設(shè)備動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)，設(shè)備可以將故障電流安全切斷。

泵站的過(guò)電壓保護(hù)主要包括直接雷保護(hù)、雷達(dá)侵入波保護(hù)、操作過(guò)電壓保護(hù)等。其中直接雷防護(hù)主要采用接閃桿或接閃帶進(jìn)行防護(hù)，雷電波入侵和操作過(guò)電壓保護(hù)主要采用避雷器或過(guò)電壓保護(hù)器進(jìn)行防護(hù)。但過(guò)電壓保護(hù)的效果及其配置與接地系統(tǒng)的接地電阻值密切相關(guān)。接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前應(yīng)測(cè)量工程所在地的土壤電阻率以及地質(zhì)構(gòu)造情況，在充分利用建筑物的結(jié)構(gòu)鋼筋的基礎(chǔ)上，計(jì)算接地電阻值的大小，計(jì)算時(shí)，需要考慮建筑物的基礎(chǔ)外形尺寸以及如何完成接地系統(tǒng)的電氣通路鏈接，應(yīng)特別注意樁基對(duì)于接地電阻計(jì)算的影響。接地電阻值的大小應(yīng)滿足規(guī)程規(guī)范的要求，如條件惡劣，應(yīng)補(bǔ)充基礎(chǔ)接地網(wǎng)或更換土壤或在土壤中添加降阻劑等措施來(lái)降低整個(gè)接地網(wǎng)的接地電阻值。

2.2 泵站自動(dòng)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

泵站自動(dòng)化主要是泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，目前大多數(shù)泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。根據(jù)操作權(quán)限，泵站一般都設(shè)置有遠(yuǎn)程監(jiān)控層、泵站監(jiān)控層和現(xiàn)地控制層。泵站控制層與遠(yuǎn)程監(jiān)控層采用光纖連接，泵站監(jiān)控層與現(xiàn)地控制層采用工業(yè)以太網(wǎng)連接，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議。

泵站自動(dòng)化應(yīng)具有數(shù)據(jù)采集與處理、安全運(yùn)行監(jiān)視、實(shí)時(shí)操作控制、運(yùn)行記錄與報(bào)表生成、正常操作和故障操作指南、自動(dòng)開(kāi)停機(jī)和自動(dòng)故障停機(jī)措施、系統(tǒng)診斷與自恢復(fù)等功能。

泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示。

2.3 泵站信息化設(shè)計(jì)

泵站信息化主要是通過(guò)信息采集、處理、分析和診斷，為泵站監(jiān)控及調(diào)度提供數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除泵站各種故障和隱患，提高泵站運(yùn)行可靠性。借助網(wǎng)絡(luò)及信息技術(shù)，利用自動(dòng)控制、業(yè)務(wù)管理等應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)泵站的現(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)程監(jiān)控、運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析等，提高泵站運(yùn)行和管理效率。根據(jù)泵站的運(yùn)行條件，建立科學(xué)、實(shí)用的模型，優(yōu)化涉泵站的運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)泵站的優(yōu)化調(diào)度。利用地理信息和三維建模等相關(guān)技術(shù)，建設(shè)三維可視化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)直觀、高效的泵站信息可視化展示與應(yīng)用。構(gòu)建信息系統(tǒng)安全體系，保障泵站網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及泵站信息管理平臺(tái)的安全運(yùn)行。同時(shí)以信息技術(shù)為手段，促進(jìn)泵站與上級(jí)管理部門的之間信息共享，充分發(fā)揮泵站信息資源在水利信息化中的作用。

泵站信息化建設(shè)包括通信及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)、業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)和信息網(wǎng)絡(luò)安全等。系統(tǒng)涉及到信息采集、傳輸、存儲(chǔ)、信息管理及應(yīng)用系統(tǒng)等建設(shè)，其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)各種采集數(shù)據(jù)的采集、整合及調(diào)度分析，為泵站監(jiān)控及調(diào)度管理提供信息技術(shù)支撐。應(yīng)特別注意泵站信息化系統(tǒng)的信息網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)，其中泵站控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)按安全保護(hù)等級(jí)三級(jí)進(jìn)行建設(shè)，泵站信息傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)按安全保護(hù)等級(jí)二級(jí)進(jìn)行建設(shè)，以確保網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息安全，抵御病毒等對(duì)泵站安全運(yùn)行的影響。系統(tǒng)總體框架如圖2所示。

2.4 電氣消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

泵站消防系統(tǒng)涉及電氣的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括電氣防火和電氣消防等。

電氣防火主要是針對(duì)電氣設(shè)備、設(shè)施的防火設(shè)計(jì)。主要包括電氣設(shè)備安裝間距的要求以及阻燃電纜使用，電纜開(kāi)孔和不同防火分區(qū)的孔洞均設(shè)置防火堵料封堵等措施。

電氣消防主要包括消防電源設(shè)計(jì)、消防應(yīng)急照明和疏散指示以及火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)等。消防用電設(shè)備負(fù)荷等級(jí)一般按二級(jí)負(fù)荷考慮，應(yīng)提供雙回路供電，保障其供電的可靠性，兩路電源應(yīng)取自不同的電源點(diǎn)或兩段不同的母線之上。消防應(yīng)急照明和疏散指示應(yīng)在主要疏散通道、樓梯間、消防電梯以及安全出口等處設(shè)置，且應(yīng)滿足照度的基本要求。泵站均應(yīng)配置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警裝置，以實(shí)現(xiàn)火災(zāi)早期發(fā)現(xiàn)和火災(zāi)報(bào)警，及時(shí)采取有些措施控制和撲滅火災(zāi)。火災(zāi)報(bào)警裝置的應(yīng)設(shè)置在中控室，控制器應(yīng)與泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)有接口。

3 結(jié)束語(yǔ)

在泵站建設(shè)過(guò)程，電氣及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)是保障泵站基本運(yùn)氣的條件，泵站信息化是提升泵站管理水平的手段。在實(shí)際運(yùn)用中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際，借助新一代信息技術(shù)，推動(dòng)泵站電氣化向智慧化發(fā)展。利用大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)，強(qiáng)化泵站信息化建設(shè)，提升泵站安全運(yùn)行能力，提高泵站高效管理水平，實(shí)現(xiàn)泵站智慧化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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