泵站電氣自動化的必要性和設計思路

陳　導

摘要：排水泵站作為市政建設和管理工程的主要設施，擔負著城市排水防澇的重要任務。目前國內大部分的泵站的控制和管理還處于相當落后的狀況，與國外相比具有很大的差異，所以必須對現有泵站電氣自動化提出更高要求。文章闡述了我國目前泵站對電氣自動化需求，泵站自動化典型設計的必要性和設計基本思路。

關鍵詞：排水泵站；電氣自動化；典型設計

中圖分類號：TV675文獻標識碼：A文章編號：1009-2374(2009)13-0189-02

排水泵站(簡稱泵站)作為市政建設和管理工程的主要設施，擔負著城市排水防澇的重要任務。從目前國內大部分的泵站控制和管理來看還是處于相當落后的狀況，與國外相比具有很大的差異。在電氣控制上，自動化監控程度低，大部分的泵站僅有單級的常規控制。在管理水平上，大部分泵站的管理記錄和統計都是手工操作，泵站控制和管理沒有形成區域化的網絡，所以必須對現有泵站電氣自動化提出更高的要求。向國外無人化泵站監控管理發展，以達到減員增效和提高管理水平的目的。

一、泵站電氣自動化在泵站的需求

1泵站電氣設備的自動控制、測量、保護、監視、通訊方面。其內容包括：泵站高壓送、變電系統；泵站0.4kV配電系統；泵站直流系統；主機勵磁系統；電機的綜合保護系統。

2泵站及重要輔機系統的自動控制、測量、保護、監視、通訊方面。其內容包括：為主機配套的油系統的控制(例如：水泵葉片調節壓力油系統、快速閘門液(油)壓操作系統、潤滑油系統、齒輪箱冷卻油系統等)；為主機配套的氣系統的控制(為真空破壞閥(虹吸式泵站)所配的低壓氣系統、為水泵葉片調節配套的壓力油及其它氣動工具用的中壓儲能氣系統)；泵站水系統(為主機組配套的冷卻水系統、泵站排水系統和消防用水系統等)。

3各種非電量的自動測量、監視、通訊方面。其內容如下：水工安全方面的位移、沉降、揚壓力、應力等各種監測；水文、水位、水情、水量、水質等各種監測；各種溫度、濕度的監測；絕緣監測；各閘門開度、荷重等監測。

4泵站內、外部的通訊網絡、辦公自動化、保安消防系統。

5全站的視頻監視系統及視頻信息上傳。根據以上納入自動化系統的各項需求，將其進行分類、集成。按照流程框圖要求設計自動化監控系統，使系統具備以下功能：控制、保護與調節功能；數據采集與處理功能；設備運行在線監視功能；事故預告與報警功能；數據遠傳與系統管理功能。

二、泵站電氣自動化典型設計的必要性

自上世紀90年代開始。隨著計算機技術的迅速發展和成熟，泵站自動化技術獲得了一定的發展。但是縱觀全國各地泵站自動化實施現狀仍存在不少問題。由于自動化及信息化技術發展迅速，而相關設計院的自動化設計力量往往配備不足，近年來泵站工程的前期設計方案通常由開發商和設計院共同完成。而開發商又沒有可供參考的標準規范，對泵站自動化的真正需求了解不深，致使設計的泵站自動化系統和現實需要脫節。需求分析缺乏深度泵站自動化屬于工業自動化范疇。與小型水電站自動化比較相近，但也有其自身的特點。I/O點的配置、參數的設置。檢測控制的重點對象應緊密結合泵站運行管理實際需要來確定。不少開發商將泵站開停機操作理解為泵站自動化，結果用大量的配置將泵站的柜前操作移至計算機屏幕前的鼠標操作。對泵站自動化內在的需求沒有分析透徹。泵站的勵磁系統問題、保護問題、水力監測問題、經濟運行問題故障診斷問題、主機與輔機的配合問題、生產管理問題及信息化問題等等才是泵站自動化的核心需要。不少泵站對此沒有引起足夠重視。

泵站自動化是一門綜合了泵站技術、計算機技術、網絡通信技術和控制技術等多學科的高科技新生事物但由于泵站自動化起步較晚，積累的經驗不多又沒有相應的標準和規范。泵站自動化的投資規模、設備的檔次和范圍、監測控制對象、速度和精度軟件的配置、功能設置、數據庫定義、與信息化系統的接口標準、協議、與智能設備的接口等都迫切需要一個典型的參考或相對統一的規定。在暫時沒有標準規范的情況下組織進行泵站自動化典型設計是十分必要的。

大中型泵站類型不多。同容量同類型的泵站自動化需求基本相同。可以根據泵站電機的容量等級、水泵結構、輔機配置等分成少數幾種等級或類別。自動化的基本需求也可以分成幾種類別。不同的類別可以根據泵站的重要程度和可能投資力度分成幾個檔次，然后根據類別和檔次分別進行典型設計。

三、泵站自動化典型設計的基本思路

面向需求的典型設計泵站自動化絕不僅僅是機組開停機自動化，泵站自動化由泵站生產管理實際需求來確定。泵站及泵站的生產、管理人員應該做什么、期望泵站自動化代替人工做什么、自動化能夠為泵站做些什么、哪些是重點必須做的、哪些是非重點的都要進行認真分析。如泵站水位流量監測控制、泵站效率控制、泵站勵磁調節控制、泵站無功控制、泵站振動噪聲空蝕監測控制、溫度控制、泵站保護、故障和事故預警、泵站輔機及附屬配套設備監測控制、視頻監控需求、管理系統信息交換等等。泵站對自動化的需求是復雜的也是無止境的。典型設計要在充分分析需求的基礎上。分出輕重緩急，分出可能與不可能，分出效率面向需求量體裁衣。作出切合泵站實際需要的典型設計。

1面向信息的典型設計。泵站信息作為水利信息化的基礎節點，可提供信息化的基礎信息典型設計要充分挖掘和提取泵站關鍵信息為信息化系統提供標準的實時動態信息。泵站也只有通過典型設計才能較好地做到這一點。

2基于準標準化的典型設計。泵站自動化還沒有相應的標準和規范，但典型設計可以起到一個標準性的作用，可以較為普遍地應用。如800kw立式同步電動機拖動的泵站推力瓦布設幾個溫度傳感器。電量監測是采用電量傳感器還是通過交流采樣，由計算機計算還是直接采用多功能電表等，可通過典型設計基本固定下來，使典型設計起到部分標準和規范的作用以供參考，從而使大型泵站自動化具有整體性和整齊性。

3基于模塊化的典型設計。雖然大中型泵站類型不多，變化不大，但各個泵站還是存在機組臺數和形式的區別。典型設計可以設計出若干個模塊應用到所有泵站之中。整個泵站綜合自動化系統就是由數個基本模塊通過積木式疊加組合而成。

泵站綜合自動化的基本模塊可分為泵站監控層及網絡模塊、水力監測模塊、泵站機組Lcu模塊、泵站輔機Lcu模塊、微機勵磁模塊、泵站公用Lcu模塊。泵站清污機LCU模塊、泵站防洪閘(節制閘)LCu模塊、泵站工程安全自動監測模塊、視頻監控模塊辦公管理模塊等。模塊化設計是將泵站自動化作為一個產品整體考慮。同時又使之具有較大的靈活性。可以適用于同類型的所有泵站。可以避免因缺乏標準而盲目追求高投入和高配置以及設計功能不全的問題。如機組LCU模塊就是—個內部不可分割的模塊。內部的PLC傳感器、電源、T／o接口端子、繼電器等都是確定的，端口也是確定的。每個模塊都包括確定的硬件配置。軟件配置和功能配置。

三、結語

在泵站的實際運行中，泵站自動化控制流程設計正確與否，實際上是由流程圖決定的，所以確定流程圖時需要征求有關專業方面的意見，對流程進行必要的補充和修正，使其真正與泵站的實際操作情況相符，從而保證泵站機組的安全運行，泵站自動化典型設計與泵站自動化改造是利用現代科學技術武裝泵站大幅度提高泵站現代化管理水平的重要舉措。如何將泵站自動化工作做好，真正發揮現代科學技術的作用是擺在我們面前的一個重要的現實問題。