多級加壓泵站的電氣及自動化設計

郭光普

在市政供水行業，經常會遇到取水或配水需要加壓的情況，尤其是重慶等多山地區，由于受到地形的限制，有時還會遇到多級加壓的情況。本論文就結合多級加壓供水的實際項目，討論市政供水行業多級加壓泵站的電氣及自動化設計，從供配電系統負荷等級、電源選擇、系統結構型式及自動化系統控制站型式、通訊方式、在線檢測儀表設置、視頻安防監控系統設計等方面具體分析，為以后類似項目的設計提供參考。

重慶市多山，別稱山城，在重慶的市政供水行業經常需要設計加壓泵站對取水或配水進行加壓。而市政供水又關系到國計民生，是不得不解決的民生大事。尤其是農村地區及高山景點，雖然人口不多，但是農村飲水安全問題一直是黨中央關心的大事。隨著人民生活水平的提高，人民對飲水安全的要求也越來越高。隨著外出旅游的人越來越多，旅游景點的基礎設施也亟待提高，有些高山景點也急需解決供水問題。因此設置多級加壓泵站也成了在所難免的事情。多級加壓泵站的電氣及自動化設計是一個難題，怎樣設計不但科學合理而且經濟安全是設計時需要考慮和解決的問題。下面我就從具體項目入手討論多級加壓泵站的電氣及自動化設計。

一、項目概況

某景區供水工程由取水工程、凈水工程、管道工程三部分組成。取水工程有取水泵站1 座（規模80m3/h，海拔高度180m），取水二級泵站1 座（規模80m3/h，海拔高度400m），取水管道2094m。凈水工程有水廠1座，日處理能力1600m3，海拔高度655m。配水管道4849m。配水二級泵站1 座（規模10.7m3/h，海拔高度1040m），配水加壓管道3247m。山頂高位水池（容量約100m3，海拔高度1380m）。

二、電氣設計

1.確定負荷等級

本工程供水區域以旅游資源為核心，無工業用水，以居民及游客生活用水為主，服務對象主要為游客及旅游地常住人口。根據用水性質及規范要求，本工程負荷等級定為二級。本工程電源引自景區內電網，取水泵站、取水二級泵站、凈水廠、輸水二級泵站分別引來一路10KV 電源，并在凈水廠設1 臺移動式柴油發電機，以保證二級負荷供電。

2.負荷容量及電源選擇

取水泵站的主要用電設備有2 臺110KW 取水泵，一用一備；2 臺15KW 低速卷揚機，一用一備；還有起吊、照明、自動化設備等。總計算負荷134.8KW，選用1 臺容量為200KVA 的箱式變電站，變壓器負荷率為73.2%。選擇箱式變電站不僅省去了變配電房，節省投資，而且方便施工。

取水二級泵站的主要用電設備有2 臺160KW 加壓泵，一用一備；還有起吊、照明、自動化設備等。總計算負荷174.3KW，選用1 臺容量為250KVA 的箱式變電站，變壓器負荷率為75.8%。

凈水廠的主要用電設備有2 臺55KW 加壓泵，一用一備；1 套7.5KW 自動供水設備；還有加藥系統、加氯系統、石灰乳投加系統、起吊、照明、自動化設備等。總計算負荷90.33KW，選用1 臺容量為125KVA 的室外桿上式變壓器，變壓器負荷率為72.9%。

配水二級泵站的主要用電設備有2 臺45KW 加壓泵，一用一備；還有起吊、照明、自動化設備等。總計算負荷58.6KW，選用1 臺容量為80KVA 的箱式變電站，變壓器負荷率為79.6%。

本多級加壓泵站有四級加壓及一個凈水廠，供電較分散，考慮經濟性，考慮用移動式柴油發電機組作為備用電源，結合各加壓泵站及凈水廠的負荷計算及電機的啟動要求，本次選擇1 臺常載功率460KW 的移動式柴油發電機組。

3.供配電系統結構形式

根據工程特點，各泵站、凈水廠距離較遠，在各泵站分別設置箱式變電站，減少線路損耗。在凈水廠設置一桿上式變壓器，高壓電源自架空終端桿引至桿上變壓器，在引入處加裝跌落式熔斷器及避雷器。配電柜安裝在配電室內。因凈水廠基本在中間位置，移動式柴油發電機組平時放置在凈水廠內，哪里出現電源故障時就將移動式柴油發電機組運至故障點供電，在各泵站、凈水廠的低壓總進線柜設置雙電源切換開關，手動切換，方便移動式柴油發電機組的接入。

4.控制方式

本次取水泵及加壓泵的功率均較大，從節能考慮，結合工藝專業的要求，取水泵及加壓泵均采用變頻控制器控制。其余小功率設備均采用全壓直接起動。現場設備可以通過就地控制箱切換就地控制和遠程控制，遠程控制由PLC 控制器完成。

三、自動化系統設計

1.自動化系統設計原則

自動化系統設計遵循可靠性、先進性、開放性等原則。各泵站按無人值守方式設計。自動化系統主控制器選用目前國內外水行業中廣泛運用的可編程序邏輯控制器（PLC）。

2.自動化系統結構形式

在凈水廠的綜合樓設置中央控制室，內設監控主機、打印機、顯示大屏幕、不間斷電源（UPS）、光纖網絡交換機及無線傳輸終端。在凈水廠的配電室設一套PLC 控制站（PLC1 控制站），監控范圍包括一體化水處理設備、清水池、加藥間、加氯間、加壓泵房、自動供水設備等全廠設備。

在取水泵站、取水二級泵站、配水二級泵站各設1套由PLC 控制器組成的遠程控制終端，分別稱為RTU1、RTU2、RTU3，分別監控各自對應泵站的所有設備及儀表。

在山頂高位水池設超聲波液位計、電磁流量計及無線數據傳輸終端，將液位、流量信號遠程傳輸至各RTU 站及PLC1 控制站，通過水池液位信號聯鎖控制水泵啟停。

3.通訊方式

由于取水泵站、取水二級泵站、凈水廠、配水二級泵站、山頂高位水池彼此距離較遠，信息采用無線遠程傳輸方式或光纖通信方式。無線通信方式采用GSM、GPRS、3G、4G 等無線網絡，在各RTU 控制站及PLC1 控制站設無線通訊模塊，在凈水廠的中控室設無線傳輸終端，信息傳輸采用冗余碼進行差錯控制。為了提高通信的可靠性，同時可以利用電信公司的公用光纖網絡進行光纖通信。平時正常通訊采用無線通信方式，無線通信發生故障時則采用光纖通訊方式。

4.在線檢測儀表設計

為了及時準確地掌握水量及其變化過程，通過工藝要求的液位、壓力等參數聯鎖控制現場設備，提高管理水平，在重要工藝環節設置了在線監測儀表，以采集相關工藝參數。在線檢測儀表的設置如下：

根據工藝需要及控制邏輯要求選擇合適的在線監測儀表，檢測參與控制的各種水質參數和物理參數。

在取水泵站設置液位檢測，在出水管設壓力變送器和電磁流量計檢測出水壓力及流量。

在各級加壓泵站在出水總管安裝電磁流量計和壓力變送器，在調節池設超聲波液位計，將流量、壓力、液位信號接入對應的RTU 控制系統中。

在凈水廠設電磁流量計、濁度計、PH 計、余氯分析儀、壓力變送器、超聲波液位計，將信號接入PLC1 控制站中。

5.視頻安防監控系統

在取水泵站、凈水廠、各級加壓站、山頂高位水池分別設一套視頻監控系統，為正常生產及經營管理提供輔助手段和工具。

在單體內配置網絡槍機，在室外配置網絡球機。凈水廠的加氯間的攝像機采用防爆型、加藥間的攝像機采用防腐型。

為了完成云臺、鏡頭的控制及報警處理的需要，在中控室配置視頻監控管理主機及網絡硬盤錄像機。在取水泵站、各級加壓站、山頂高位水池分別設置網絡硬盤錄像機，采用就地存儲的模式。在取水泵站、各級加壓站、山頂高位水池及凈水廠的中控室分別設置無線傳輸終端，實現各泵站、山頂高位水池及凈水廠之間視頻監控信號的傳輸并可使凈水廠中控室遠程控制各監控攝像機。

四、結語

多級加壓泵站的電氣及自動化設計不但要考慮當地的經濟實力、運行管理要求、人員綜合水平等實際情況，而且還應該考慮電氣及自動化系統的防雷、接地及其他安全措施，設計時就努力做到技術合理、安全可靠。尤其是農村地區及高山景點，電氣設計時要考慮到用地緊張、一般沒有雙回路10KV 電源的情況，自控設計時還要考慮各控制站之間合理的通訊方式。做好多級加壓泵站的電氣及自動化設計，從源頭上保證了多級加壓泵站的安全性和可靠性，為保障供水安全提供了技術支持。