供水泵站電氣系統的改進設計

蔣瑩

摘要：泵站工程是利用機電提水設備給水增加能量的綜合性系統工程，電氣設計關系著機組安全運行，對國家經濟發展具有重要意義。選擇經濟合理的電氣設備成為需要解決的關鍵問題。供水泵工作人員修改原有泵站自動化程序，加強電氣系統功能完善，優化泵站配電控制流程，通過采取開關自動切換模式，提高泵站電氣系統運作能力。

關鍵詞：供水泵站電氣系統設計改進機組安全

中圖分類號：TU991文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2021）09（c）-0000-00

Improved Design of Electrical System of Water Supply Pump Station

JIANG Ying

（Wuhan Water Supply Co.， Ltd.，Wuhan，Hubei Province，430000 China）

Abstract： The pump station project is a comprehensive system project that uses electromechanical water lifting equipment to increase energy. The electrical design is related to the safe operation of the unit and is of great significance to the national economic development. Choosing economic and reasonable electrical equipment has become a key problem to be solved. The staff of the water supply pump modified the original automation program of the pump station， strengthened the improvement of the function of the electrical system， optimized the power distribution control process of the pump station， and improved the operation capacity of the electrical system of the pump station by adopting the switch automatic switching mode.

Key Words： Water supply pump station; Electrical system; Design improvement;Crew safety

隨著社會經濟的發展，人們對水資源利用需求發生變化，隨著調水規模擴大，采用大中型機組不斷增多。供水工程成為調節區域水資源分配不均問題的重要工程措施，泵站在防洪排澇等方面發揮重要作用。泵站運行中機電設備落后等問題縮短使用壽命，精通電氣技術人員缺失，使得我國大部分泵站難以適應現代化需要，泵站電氣設計成為泵站設計關注問題。目前泵站電氣采用自動化控制模式，通過自動控制功能提高分合閘切換靈活性，利用自動化設備實現系統工作數據快速顯示。設計人員積極了解供電系統運行特點，解決泵站電氣設計的難點問題。

1 ?供水泵站電氣設計研究

泵站電氣設計是結合實際工程進行電氣系統設計，包括一二次設計，其中一次設計是對泵站電氣設備主線路設計[1]。21世紀后，泵站電氣設備不斷更新，引進新產品同時，應選擇合適的設備。對電氣設計要求不斷提高。電氣設備選型要貫徹國家經濟技術政策，根據泵站工程環境條件，合理制訂布置方案，對新設備材料引進應積極慎重，做到技術先進、運行可靠的目的。廠家選擇與工程管理思路設備檔次定位有關，設備注重自動控制可靠，確保新機投產穩定。

1.1 電氣主接線設計

泵站通常采用接線簡單的單母線分段接線。電氣主接線技術發展過去主接線數目較多，隨著送出路線數目減少，主接線隨著出現方式簡化。高可靠性的SF6斷路器取代燒油斷路器，SF6斷路器檢修周期可達20年。旁路接線逐漸淘汰，隨著電氣設計雙繞組變壓器引進，避免采用單母線分段等隔離開關操作多的接線[2]。目前泵站110kv選用一進一出方式普遍，單母線分段接線多用于有四回進出線場合，負荷容量較小的泵站線路變壓器進線是首選，大容量泵站應考慮橋型接線。母線運行中故障率較小，可優先考慮單母線接線，泵站電氣主接線設計首選單母線，泵站母線選型中選擇設備少、易于維護的接線方式是主要趨勢。

1.2 泵站站用變壓器

合理選擇變壓器是泵站電氣設計的重要環節，站用變壓器主要形式包括油浸式、銅芯式等。《油浸式電力變壓器》標準生產的SL1、SL2系列產品被淘汰，新系列變壓器具有損耗低、重量輕等特點[3]。鋁線變壓器可達到與銅線變壓器相當性能，在我國泵站工程中廣泛應用。銅鋁芯變壓器價格比約為1：1.3，目前運行中的老系列變壓器不宜大批量更換，運行的國內S9系列產品銅線變壓器處于起步階段，S7、S9系列變壓器價格比約為1：1.35，油浸式變壓器防火條件要求較高，干式變壓器采用環氧樹脂澆筑線圈，價格為油浸式變壓器的2倍。隨著科技的進步，泵站向著環保節能、大容量、高可靠性方向發展。

1.3 高壓配電裝置

泵站高壓配電設備分為戶內、戶外式，分立式高壓設備排污量高，戶內式成套開關柜具有占地面積小，不受氣候條件影響特點，由于泵站工程多處于環境較差位置，戶外式電氣設備投資較少，泵站6～35kv配電裝置選型優先考慮采用戶內式成套開關柜。五防型高壓開關柜實現系統高壓安全操作程序化[4]。CBC-35是國內泵站主要選用的35kv開關柜，常用于額定電壓為35kv1000A的單母線系統，開關柜以手車式結構為基礎，主母線采用矩形母線水平架空于柜頂，開關柜采用鋼板門保護。JYNI-35型手車柜采用全封閉結構，開關柜外殼具有IPZX保護等級，目前市場上高壓開關柜以GBC-35設備為主，可達到泵站使用要求。

2 泵站自動化控制系統

水利事業發展在國民經濟中起到重要作用，為城市建設管理提出更高的要求，污水不及時處理影響城市繁榮發展。泵站建設是城市管理的重點，泵站承擔流域防洪灌溉等職責，隨著科技的進步，泵站運行管理自動化尤為重要，運用自動化系統可以保證供水效果，自動化技術發展為建立高效使用的一體化技術提供支持。泵站自動化控制系統由網絡通訊、微機保護系統等組成，對供配電系統、液壓系統等進行監視控制。

泵站自動控制系統包括環境現場環境監視系統、現場設備控制系統等[5]。自動化控制系統設備分為自動與遙控控制，就地控制是以手動就地控制箱上啟停控制，自動級是依靠現場控制箱PLC按編程控制設備運行，遙控是設備遠程控制級，控制開關處于遠程手動狀態，分空站PLC可手動操作下屬設備，分空站PLC按設計程序自動運作進行聯動控制。泵站自動控制系統分為上位機與現地控制單元，上位機部分由工作站與服務器組成，最下層為現地控制單元，系統為保障選用不同設備具有可相互操作性，系統采用全開放分布式結構。上位機層是泵站設備測量管控中心，包括操作員工作站，出現故障可以相互切換，根據泵站需要可配置模擬屏。

系統采用分層分布式開放系統結構，將自動化控制系統分為獨立單元層次，各單元與上位機層計算機進行數據通信，丟失數據信息不會影像系統工作。系統應用開放式結構，使數據信息資源得到共享[6]。泵站整體分為建筑設施與機電設備，建筑設施有進出水建筑物、管理用房等，進水建筑物主要為水泵提供良好進水條件;出水建筑物有出水池與壓力水箱形式，壓力水箱起到匯流排水作用。機電設備分為主輔機設備，輔助設備包括充排水設備等。水泵機組是泵站主要設施，動力機油內燃機與電動機等，輔助設備與電氣設備為主機主運行提供良好服務條件。

3供水泵站電氣系統設計改進

某供水泵采用自動化電氣設備包括配電進線柜、格柵機等，泵站電氣系統設計中要增強自動化控制功能，為配電進線柜配置雙電源切換開關。采取自動控制模式提升系統運行效率，對系統電壓等參數進行科學改進，為掌握系統信息提供便利。泵站電氣系統設計中采用自動化控制技術，利用真空壓力判斷泵站機組啟動正常，提高電氣系統檢測精度。對交流控制電源采用UPS供電模式，促進泵站電氣系統功能完善。

3.1 供水泵站電氣系統改進內容

供水泵站電氣系統改進設計包括控制閥門、配電系統等。配電系統日常工作中要掌握電氣系統保護措施，根據實際配置相應出線控制柜，要加強對電機保護器、監測系統等設施關注。及時加入手動自動控制切換模式，利用自動化控制中心發出數據信號，接觸器出現反應指示燈點亮，設計人員觀察指示燈了解電信號，判斷操作是否有效。設計人員及時安裝電動閥，根據相應切換信號，管理當前監測信息，開關回路反應可對按鈕失靈進行處理。采用自動化控制方式，限制啟停次數，總控制系統發出預警信息，根據電動閥狀態判斷故障信息位置，便于實時掌握控制閥門操控狀態。柜門自動切換用于自動控制，給予作業人員提示信息。

3.2 供水泵電氣系統改進設計實施

供水泵站電氣系統改進設計要求合理優化技術方案，重點加強電動機與監控系統等技術改進。泵站電氣系統改進中要掌握電氣設備操控技術，堅持科學性原則，設備型號等內容以實際工作內容為參考，電氣設備改進設計要科學，電氣設備服務于供水泵站，對設備功能及時完善，便于電氣系統實現提速。供水泵站安全鑒定中，對超出使用年限電氣設備及時改造。采取計算機監控模式，制訂合理的技術方案，及時配置相應配電設施。

水泵是泵站供排水主要設備，要及時分析當前存在水位超標情況，泵站電動機進行技術增容，設計人員在電動機樞槽內安裝多個導電體，查詢網絡資料，提高電動機絕緣等級，有效增加電機繞組截面，增加轉子鐵芯軸向長度。絕緣等級改造中了解絕緣電阻等技術參數，如使用F級絕緣體降低能耗，延長泵站電機機組使用壽命。泵站及時更換陳舊監控設備，加強對數字視頻監控系統的運用，提高系統的清晰度等目標。注意數字視頻音頻壓縮比，要求數字視頻監控系統傳輸速率最少為7.5Mbps，確保圖像像素為352×298，采用無線網絡數字視頻監控系統，將采集技術發送至服務器，便于對現場工作信息實時監控，設計視頻監控模型，便于提升監控系統通用性。

視頻監控系統改進設計傳輸層、用戶運用層等，網絡層便于服務器與客戶機創建數據傳輸路徑，傳輸層負責野外對接等任務。數據層完成原始詩句采集等內容，用戶運用層對監控設備配置參數信息，涉及音視頻信息等保障系統控制功能。自動化系統技術改進包括壓力調控設備與變頻器改進。水泵出口安裝耐震壓力表，將流量控制在標準范圍內，考慮安裝壓力驗證調控設備的開度。原先使用軟啟動器設備，無法有效控制出水壓力，改進變頻器依據系統可調節參數。依據泵站電機保護器運行現狀，將接入電機綜合保護器信號轉換為多路開關量，促進軸承溫度快速輸入。

參考文獻

[1] 劉斌.二次供水控制系統研究與開發[D].濟南：濟南大學，2020.

[2] 宋李新.中子束線開關水液壓驅動系統設計與研究[D].杭州：浙江大學，2020.

[3] 宋震.濟南水務某加壓泵站恒壓供水系統設計與實現[D].濟南：山東建筑大學，2020.

[4] 王學林.供水泵站電氣控制系統的設計與研究[J].科技風，2019（19）：189.

[5] 朱淦亮.關于泵站電氣系統設計改進的相關探討[J].黑龍江水利科技，2019，47（2）：87-89.

[6]路文梅，胡守銀，孔淑琴，等.對中小型供水泵站電氣系統優化設計的探討[J].河北水利，2018（7）：35-36.