探究南水北調解臺泵站主電機自動頂車裝置設計應用

程坤，劉斌

（江蘇省沙集閘站管理所，江蘇 睢寧 221200）

泵站設備是由主電機、水泵、輔助設備等組成，涉及的電氣設備也相對較多，傳統操作方式已經無法滿足現有的工程需要。自動化控制技術的應用可以全面優化南水北調解臺泵站工程技術管理方式，保障工程安全穩定運行，實現區域內水資源的合理配置。因此，探究南水北調解臺泵站主電機自動頂車裝置設計應用，對我國大型水利工程現代化管理水平提升具有十分重要的現實意義。

1 工程概況

南水北調解臺站是南水北調東線工程的第八級抽水泵站，工程主體包括泵站、節制閘、相關變配電設施等工程設施。解臺泵站設計調水流量125m3/s，設計揚程5.83m，安裝5臺套2900ZLQ32-6型立式軸流泵（備機1臺），配TL2800-40/3250型同步電動機。單機設計流量可達31.5m3/s，總裝機容量為14000kW?？焖龠M步的自動化技術促使南水北調工程將測量、保護、控制、通訊集于一體，以此實現泵站工作效率和安全性的提升。

2 改造應用思路

解臺泵站采用的是立式軸流泵，配套同步電動機，在開機前，必須進行頂轉子操作。解臺泵站原來頂轉子時采用由一臺移動式液壓裝置分別對5臺機組的液壓頂組加壓，人工觀測液壓頂的位置，判斷轉子是否頂起和復位。在這一過程中，工作人員需要踩爬冷卻水管，若觀測不準則會造成頂車或液壓頂回位不足，進而影響機組運行的安全性與穩定性。此外，在拆卸移動式液壓裝置的過程中，可能會有液壓油滲出，對周圍環境造成一定污染，不利于工程環保節能水平的提升。因此，針對以往解臺泵站主電機頂轉子工作中存在的問題，管理單位根據頂轉子操作的特點，提出了以下設計思路：一是將獨立的固定式液壓裝置作為液壓頂的動力源；二是由獨立的控制系統測控每臺機組頂轉子的運行；三是在原有手動測控系統的基礎上，增加觸摸屏監控，以此實現遠程調度功能；四是當無系統操作或系統操作完成后，系統可自動切除液壓動力操作電源。

3 系統總體框架

解臺泵站主電機自動頂車裝置改造后，主要由位置傳感器組、測控裝置、液壓裝置、液壓頂組組成，其中，傳感器組的主要任務是將接收的信息轉換為傳感信號，并傳輸至測控系統中，隨即測控系統便會響應相應的執行任務，使得接收到控制信號的液壓裝置做出“供油”或“回油”操作，使得液壓頂組“伸出”或“回落”，以此實現系統自動化控制。若要單獨進行回油操作，則可在觸摸屏“測控”界面上點擊“回油控制”頁面鍵，根據彈出的“回油控制”頁面進行相應操作。其中“供油”與“回油”操作是互相閉鎖的，為提升系統智能化與安全性奠定了堅實的基礎。

各裝置的技術參數如下：（1）頂車行程為3～5mm； （2）液壓裝置電源為AC380V，0.75kW；測控系統電源為DC24V，120W；（3）控制器的隔離輸入、隔離輸出分別為40路、8路；（4）液壓頂位置傳感器可調檢測距離為50cm，分辨率、響應時間分別小于3mm、2ms，轉子位置傳感器檢測距離為15±10mm，響應頻率為0.5kHz；（5）液壓系統,工作壓力20Mpa，最高壓力為24MPa，系統流量為2.0L/min。

4 系統設計方案

4.1 液壓系統

自動頂車裝置的液壓系統主要是液壓站和液壓管路等組成。液壓站主要包括電機、油泵、電磁換向閥、溢流閥組、油箱等，工作壓力以及最高允許壓力分別為20MPa、24MPa，流量為2.0L/min，功率為0.75kW，使用380V電源作為液壓源的動力源。液壓管路采用原插拔式高壓軟管作為液壓系統管路與液壓頂組的連接裝置，使得在特殊的情況下仍可以繼續使用原有的移動式液壓裝置進行頂轉子操作，進而有效提升了系統的通用性。液壓系統實際工作過程的實現，依靠系統中油泵與電磁換向閥的相互協作，當液壓系統出現泄露現象時，觸發低壓力限位開關，油泵及配套電機會在測控系統的控制下啟動運轉，當壓力達到要求時，便會觸發高壓力限位開關，然后，油泵機及配套電機自動停止運轉，從而達到液壓裝置功能要求。

4.2 測控系統

4.2.1 功能設計

南水北調解臺泵站主電機組的設計、試驗與運行，與測控系統的工況、性能有著較大聯系。在對其功能進行設計的過程中，需要充分考慮主電機組設備的在線監測、自適應控制等方面存在影響因素，并利用時間數據對測試系統的模型及其進行預測試，從而得到相關設備的性能曲線，確保在測試條件以及環境良好的情況下，能夠保障主電機組以及相關設備可靠、穩定、安全運行。解臺泵站主電機自動頂車裝置的運行主要由測控系統控制，系統會根據實際情況處理傳輸信號，同時觸發控制功能、操作功能、保護功能、顯示功能等，進而實現對監控機組轉子、液壓頂位置、觸摸屏的控制，并對一些開關量進行控制，實現節能降耗的目標。

4.2.2 系統組成

測控系統主要由控制器、觸摸屏、繼電器、按鈕、液壓頂位置以及轉子位置傳感器等組成，兩個轉子位置傳感器安裝在機組內部，而測控單元安裝在控制箱中。

測控系統工作流程如下：供油開始—液壓頂伸出—轉子頂到位—供油停止—延時（5S）—回油開始—轉子回到位—液壓頂落到位—延時（5S）—回油停止—延時關機。當工作中出現突發情況，則可直接按下“急?！卑粹o，確保第一時間內電源切斷。測控系統組成如圖1所示。

圖1 測控系統框圖

為實現泵站主電機自動頂車裝置能夠形成一個具有反饋通道的閉環結構，需要使用模糊控制系統提升整體控制的數字化與智能化水平，確保裝置在面對復雜工況的情境下，仍可保持穩定的運行狀態，并根據下游水位不同情況下轉子的負荷變化情況執行相應控制程序，從而提升解臺泵站整體的智能化水平，保障南水北調工程調水工作能夠順利開展。

4.3 控制箱

控制箱的組成包括主控制器、觸摸屏、液壓裝置控制以及輸出繼電器、按鈕等，其中，傳感器部分包括液壓頂位置以及轉子位置傳感器。由于解臺泵站內部與的電氣設備會受到工作中電流、電壓的影響出現各種不確定的安全隱患，因此，需要在設計階段對設備的各種參數進行優化與調整，確保泵站主電機組能夠始終保持良好的運行狀態。由于內部各設備間的關系較為復雜，需要使用智能化技術建立起知識庫、數據庫、推理機等，然后，對各設備的運行數據進行綜合計算，并將其作為設備試運營階段的訓練依據，在此基礎上，采用推理手段明確各設備調試過程中出現的問題。與此同時，PLC以及其他高性能的設備調試方式可以保障泵站主電機組的在線調試、標準程序等具備修改功能，系統管理人員可以利用較為簡便的個性化應用程序解決出現的問題，以此避免改造的泵站主電機自動頂車裝置在應用中仍存在安全隱患多、液壓油滲漏等問題。

4.4 改造結果與分析

經過優化后的南水北調解臺泵站主電機自動頂車裝置，其工藝系統的可靠性與穩定性均得到極大的進步與升級，同時，也降低了工程投資的成本，與傳統運行模式相比，其自動化效率、自動投入率等均得到極大的進步。此外，運行過程中產生的能量損耗也相對減少，促使南水北調工程的環保節能性能得到提升，相關技術指標得到優化，彌補了因為系統故障造成的負面影響，充分發揮出眾多設備參數的優勢與作用，進一步推動南水北調解臺泵站自動化持續發展進程。

5 結語

綜上所述，南水北調解臺泵站主電機自動頂車裝置自動化改造完成后，自動頂車裝置觸摸屏一鍵啟動，頂轉子操作過程就能自動完成，人們對解臺泵站主電機組的自動化設計、控制與使用有了全新的認識?？刂葡到y具有無操作及操作結束后自動切斷電源功能技術，避免了無意識操作與誤操作帶來的安全隱患，進一步凸顯出轉子自動頂升系統的優勢與作用，為泵站智能化領域的發展奠定堅實的基礎。