供水泵站电气系统的改进设计

蒋莹

摘要：泵站工程是利用机电提水设备给水增加能量的综合性系统工程，电气设计关系着机组安全运行，对国家经济发展具有重要意义。选择经济合理的电气设备成为需要解决的关键问题。供水泵工作人员修改原有泵站自动化程序，加强电气系统功能完善，优化泵站配电控制流程，通过采取开关自动切换模式，提高泵站电气系统运作能力。

关键词：供水泵站电气系统设计改进机组安全

中图分类号：TU991文献标识码：A        文章编号：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

随着社会经济的发展，人们对水资源利用需求发生变化，随着调水规模扩大，采用大中型机组不断增多。供水工程成为调节区域水资源分配不均问题的重要工程措施，泵站在防洪排涝等方面发挥重要作用。泵站运行中机电设备落后等问题缩短使用寿命，精通电气技术人员缺失，使得我国大部分泵站难以适应现代化需要，泵站电气设计成为泵站设计关注问题。目前泵站电气采用自动化控制模式，通过自动控制功能提高分合闸切换灵活性，利用自动化设备实现系统工作数据快速显示。设计人员积极了解供电系统运行特点，解决泵站电气设计的难点问题。

1  供水泵站电气设计研究

泵站电气设计是结合实际工程进行电气系统设计，包括一二次设计，其中一次设计是对泵站电气设备主线路设计[1]。21世纪后，泵站电气设备不断更新，引进新产品同时，应选择合适的设备。对电气设计要求不断提高。电气设备选型要贯彻国家经济技术政策，根据泵站工程环境条件，合理制订布置方案，对新设备材料引进应积极慎重，做到技术先进、运行可靠的目的。厂家选择与工程管理思路设备档次定位有关，设备注重自动控制可靠，确保新机投产稳定。

1.1 电气主接线设计

泵站通常采用接线简单的单母线分段接线。电气主接线技术发展过去主接线数目较多，随着送出路线数目减少，主接线随着出现方式简化。高可靠性的SF6断路器取代烧油断路器，SF6断路器检修周期可达20年。旁路接线逐渐淘汰，随着电气设计双绕组变压器引进，避免采用单母线分段等隔离开关操作多的接线[2]。目前泵站110kv选用一进一出方式普遍，单母线分段接线多用于有四回进出线场合，负荷容量较小的泵站线路变压器进线是首选，大容量泵站应考虑桥型接线。母线运行中故障率较小，可优先考虑单母线接线，泵站电气主接线设计首选单母线，泵站母线选型中选择设备少、易于维护的接线方式是主要趋势。

1.2 泵站站用變压器

合理选择变压器是泵站电气设计的重要环节，站用变压器主要形式包括油浸式、铜芯式等。《油浸式电力变压器》标准生产的SL1、SL2系列产品被淘汰，新系列变压器具有损耗低、重量轻等特点[3]。铝线变压器可达到与铜线变压器相当性能，在我国泵站工程中广泛应用。铜铝芯变压器价格比约为1：1.3，目前运行中的老系列变压器不宜大批量更换，运行的国内S9系列产品铜线变压器处于起步阶段，S7、S9系列变压器价格比约为1：1.35，油浸式变压器防火条件要求较高，干式变压器采用环氧树脂浇筑线圈，价格为油浸式变压器的2倍。随着科技的进步，泵站向着环保节能、大容量、高可靠性方向发展。

1.3 高压配电装置

泵站高压配电设备分为户内、户外式，分立式高压设备排污量高，户内式成套开关柜具有占地面积小，不受气候条件影响特点，由于泵站工程多处于环境较差位置，户外式电气设备投资较少，泵站6～35kv配电装置选型优先考虑采用户内式成套开关柜。五防型高压开关柜实现系统高压安全操作程序化[4]。CBC-35是国内泵站主要选用的35kv开关柜，常用于额定电压为35kv1000A的单母线系统，开关柜以手车式结构为基础，主母线采用矩形母线水平架空于柜顶，开关柜采用钢板门保护。JYNI-35型手车柜采用全封闭结构，开关柜外壳具有IPZX保护等级，目前市场上高压开关柜以GBC-35设备为主，可达到泵站使用要求。

2 泵站自动化控制系统

水利事业发展在国民经济中起到重要作用，为城市建设管理提出更高的要求，污水不及时处理影响城市繁荣发展。泵站建设是城市管理的重点，泵站承担流域防洪灌溉等职责，随着科技的进步，泵站运行管理自动化尤为重要，运用自动化系统可以保证供水效果，自动化技术发展为建立高效使用的一体化技术提供支持。泵站自动化控制系统由网络通讯、微机保护系统等组成，对供配电系统、液压系统等进行监视控制。

泵站自动控制系统包括环境现场环境监视系统、现场设备控制系统等[5]。自动化控制系统设备分为自动与遥控控制，就地控制是以手动就地控制箱上启停控制，自动级是依靠现场控制箱PLC按编程控制设备运行，遥控是设备远程控制级，控制开关处于远程手动状态，分空站PLC可手动操作下属设备，分空站PLC按设计程序自动运作进行联动控制。泵站自动控制系统分为上位机与现地控制单元，上位机部分由工作站与服务器组成，最下层为现地控制单元，系统为保障选用不同设备具有可相互操作性，系统采用全开放分布式结构。上位机层是泵站设备测量管控中心，包括操作员工作站，出现故障可以相互切换，根据泵站需要可配置模拟屏。

系统采用分层分布式开放系统结构，将自动化控制系统分为独立单元层次，各单元与上位机层计算机进行数据通信，丢失数据信息不会影像系统工作。系统应用开放式结构，使数据信息资源得到共享[6]。泵站整体分为建筑设施与机电设备，建筑设施有进出水建筑物、管理用房等，进水建筑物主要为水泵提供良好进水条件;出水建筑物有出水池与压力水箱形式，压力水箱起到汇流排水作用。机电设备分为主辅机设备，辅助设备包括充排水设备等。水泵机组是泵站主要设施，动力机油内燃机与电动机等，辅助设备与电气设备为主机主运行提供良好服务条件。

3供水泵站电气系统设计改进

某供水泵采用自动化电气设备包括配电进线柜、格栅机等，泵站电气系统设计中要增强自动化控制功能，为配电进线柜配置双电源切换开关。采取自动控制模式提升系统运行效率，对系统电压等参数进行科学改进，为掌握系统信息提供便利。泵站电气系统设计中采用自动化控制技术，利用真空压力判断泵站机组启动正常，提高电气系统检测精度。对交流控制电源采用UPS供电模式，促进泵站电气系统功能完善。

3.1 供水泵站电气系统改进内容

供水泵站电气系统改进设计包括控制阀门、配电系统等。配电系统日常工作中要掌握电气系统保护措施，根据实际配置相应出线控制柜，要加强对电机保护器、监测系统等设施关注。及时加入手动自动控制切换模式，利用自动化控制中心发出数据信号，接触器出现反应指示灯点亮，设计人员观察指示灯了解电信号，判断操作是否有效。设计人员及时安装电动阀，根据相应切换信号，管理当前监测信息，开关回路反应可对按钮失灵进行处理。采用自动化控制方式，限制启停次数，总控制系统发出预警信息，根据电动阀状态判断故障信息位置，便于实时掌握控制阀门操控状态。柜门自动切换用于自动控制，给予作业人员提示信息。

3.2 供水泵电气系统改进设计实施

供水泵站电气系统改进设计要求合理优化技术方案，重点加强电动机与监控系统等技术改进。泵站电气系统改进中要掌握电气设备操控技术，坚持科学性原则，设备型号等内容以实际工作内容为参考，电气设备改进设计要科学，电气设备服务于供水泵站，对设备功能及时完善，便于电气系统实现提速。供水泵站安全鉴定中，对超出使用年限電气设备及时改造。采取计算机监控模式，制订合理的技术方案，及时配置相应配电设施。

水泵是泵站供排水主要设备，要及时分析当前存在水位超标情况，泵站电动机进行技术增容，设计人员在电动机枢槽内安装多个导电体，查询网络资料，提高电动机绝缘等级，有效增加电机绕组截面，增加转子铁芯轴向长度。绝缘等级改造中了解绝缘电阻等技术参数，如使用F级绝缘体降低能耗，延长泵站电机机组使用寿命。泵站及时更换陈旧监控设备，加强对数字视频监控系统的运用，提高系统的清晰度等目标。注意数字视频音频压缩比，要求数字视频监控系统传输速率最少为7.5Mbps，确保图像像素为352×298，采用无线网络数字视频监控系统，将采集技术发送至服务器，便于对现场工作信息实时监控，设计视频监控模型，便于提升监控系统通用性。

视频监控系统改进设计传输层、用户运用层等，网络层便于服务器与客户机创建数据传输路径，传输层负责野外对接等任务。数据层完成原始诗句采集等内容，用户运用层对监控设备配置参数信息，涉及音视频信息等保障系统控制功能。自动化系统技术改进包括压力调控设备与变频器改进。水泵出口安装耐震压力表，将流量控制在标准范围内，考虑安装压力验证调控设备的开度。原先使用软启动器设备，无法有效控制出水压力，改进变频器依据系统可调节参数。依据泵站电机保护器运行现状，将接入电机综合保护器信号转换为多路开关量，促进轴承温度快速输入。

参考文献

[1] 刘斌.二次供水控制系统研究与开发[D].济南：济南大学，2020.

[2] 宋李新.中子束线开关水液压驱动系统设计与研究[D].杭州：浙江大学，2020.

[3] 宋震.济南水务某加压泵站恒压供水系统设计与实现[D].济南：山东建筑大学，2020.

[4] 王学林.供水泵站电气控制系统的设计与研究[J].科技风，2019（19）：189.

[5] 朱淦亮.关于泵站电气系统设计改进的相关探讨[J].黑龙江水利科技，2019，47（2）：87-89.

[6]路文梅，胡守银，孔淑琴，等.对中小型供水泵站电气系统优化设计的探讨[J].河北水利，2018（7）：35-36.