抽水站機電一體數字自控系統簡述

侯紅妮 張春萍

（鳳翔縣東風水庫灌溉管理處 陜西 鳳翔 721400）

1 構建抽水站機電一體數字自控系統的必要性

抽水站是灌區在不具備自流條件的情況下，把低水位水抽送到高水位灌溉的供水設施，在灌區生產中占有重要的位置。鳳翔縣自20世紀70年代以來，先后共建成58座抽水站，總裝機123臺8013kW，設施灌溉面積11333hm2，占全縣總設施面積的34%，其中國營抽水站16座，裝機37臺5843kW，占73%。

抽水站由建筑物、機械設備和電氣設備三大部分組成，機房、水泵、電機、管道、高低壓線路、變壓器、熔斷器、隔離開關、油開關、空氣開關、電纜是常用的重要設施和設備。

鳳翔縣國營抽水站大多數建于20世紀70年代，均已運行了30多年，發揮了重要的作用。隨著科技日新月異的發展，特別是機電一體化數字自動控制技術的發展，抽水站建設和管理運行中暴露出不少問題。一是機電設備自動化程度低，工人勞動強度大。現有設備中，除必需的電氣化自動保護裝置外，大多數設備均需人工操作，費時費力，操作不穩定，可靠性低。二是設備老化，設施落后，維修困難。抽水站原有設備都是20世紀60、70年代產品，80、90年代有些設備雖已改造，但改造不徹底，絕大多數設備現已淘汰，維修更換零配件很困難，即使去廠家定制，廠家也會以此為由拒絕生產或要價很高，給運行管理造成很大困難。三是設備效率低，不節能，灌溉成本高。現在節能變壓器、節能電機已普遍應用，而抽水站的機電設備大多數還是非節能產品，如1992年更新的東風抽水站最大單機容量為280kW、上水量為0.8m3/s的機組，與洞口抽水站最大單機容量為380kW的機組相比，上水量僅僅減少了0.08m3/s，而功率卻整整降低了100kW，每kW·m出水量提高了一半以上。該電機為節能電機，效率高，嗓音低，運行極穩定，實為抽水站運行的理想產品。因此，為了提高抽水站的經濟效益，改善運行質量，保障灌溉，減輕勞動強度，適應科技發展需要，以機電一體數字化自動控制為核心的抽水站更新改造工程勢在必行。

2 抽水站機電一體數字自控系統構建方案

抽水站機電一體數字自控系統由四個子系統組成。見圖1。

2.1 數據采集系統

數據采集系統功能是采集數據，攝錄工作現場，即采集水位、閘門開閉程度、流量、電壓、電流、功率、時間、溫度等指標，如人的雙腳。要求將各類儀器采集的第一手資料通過采集裝置全部轉換成數字信號，主動、及時、準確地傳到下一系統，并通過錄像設備將工作現場不間斷地如實顯示。如前池水位（或庫水位）采用自動水位計測量，閘門開啟程度由電動閘門控制裝置反映，輸水管道裝置流量計即可自動測量流量，時間自動生成，則出水總量自動顯示，變壓器、電機和水泵溫度均由遙感式溫度計反映，各項電氣指標全部使用數字式儀表計量。

2.2 存儲分析處理系統

存儲分析處理系統功能是將采集到的數據進行存儲，綜合分析，提出處理意見，向下一系統發出動作命令。它是機電一體數字自控系統的核心和大腦，能將各項目的數據均以數字形式按整定值和采集值二組分別存儲，采集值（即實際值）達到整定值，系統立即發出命令，指揮下一系統開始工作，達不到整定值則會給出提示信號，以便工作人員及時巡查。

2.3 操作系統

操作系統功能是執行上一級命令，實施具體動作，如人的雙手。要求接到正確命令后迅速動作，命令錯誤后拒絕動作。如變電站油開關接到合閘命令后立即合閘，給變壓器送電；電動機油開關接到合閘命令后立即合閘，啟動電動機運轉；閘閥控制電機接到開閘命令后立即啟動閘閥，達到正常出水狀態。

2.4 監視保護系統

監視保護系統功能是對各項運行指標進行監視，保護設備，如人的雙眼。即當水位、電壓、電流、負荷、溫度等運行指標突然出現異常情況時，監視保護系統直接迅速反饋給操作系統，操作系統立即動作，停止運行，保護機電設備完好無損。如線路或變壓器出現過負荷、故障等現象后，立即切斷油開關，備用電源立即投入，關閉閘閥，阻止機組大逆轉等現象出現。

四個子系統互為一體，其中存儲分析處理系統是核心，它們既共同工作，又相互獨立，缺一不可，其首端安裝在中心控制室內。水庫式抽水站如有必要，可與水庫防汛現代化系統鏈接，有條件的還可以實現遠程通信和聯網運行。

3 方案及實施步驟

抽水站機電一體數字自控系統工程實施可從以下幾方面著手。第一步，以現有機電設備為骨架，對不能實現自控的設備進行更新改造。對測量、監視儀表等軟件設備全部使用數字儀表，使讀數方便正確，一目了然；將熔斷器、隔離開關、油開關、閘閥等硬件設備更新或改造成可自控的設備。第二步，安裝上述由四個子系統組成的機電一體數字自控系統。可購置成套裝置，也可由廠家單獨設計制作安裝。第三步，建立中心控制室。將四個子系統全部布置于設施完備，功能齊全，配套高檔的中心控制室，足不出戶，便可將抽水站的操作、運行狀態始終盡收眼底，一覽無余，實現高效運行。第四步，調試運行，進入正常工作狀態。陜西水利