城市防洪排涝泵站自动化控制系统探讨

【关键词】城市防洪排涝泵站；自动化控制系统；原理分析；保护功能 

　　水利作为传统行业，是国民经济的基础设施，而日益突出的水资源问题，已严重制约了社会发展。水利自动化控制是实现防汛抗洪科学指挥，实现水资源统一管理和优化配置，提高水资源利用效率，实现水利现代化的基础和前提。城市防洪排涝泵站作为保护城市免遭洪水灾害破坏，促进城市安稳发展的水利工程，更应该要实现自动化控制。本文结合某具体实例，对城市防洪排涝泵站自动化控制系统作了详细探讨。 

　　1.概况 

　　某排涝泵站共安装了5台电动机水泵机组，每台机组的抽排量为4.3m 3/s，电动机容量为500kW，机组采用3工作2备用的工作方式。城市防洪排涝泵站有与其它灌溉泵站不同的特点，它担负着防汛抗涝的重任，在汛期要求机组运行可靠。运行中的机组一旦出现故障退出运行，备用机组立即可投入运行。 

　　2.泵站设备的组成 

　　2.1 配电系统 

　　泵站采用双电源供电回路，有1#、2#工作电源进线柜，两进线不分主、备，地位平等，互为备用。各进线柜的面板上安装有MLPR-10H 2微机型线路保护装置，可对10kV电压等级的电缆、母线实现速断保护、限时速断保护、过流保护、零序（方向）过流（接地）保护、过负荷保护，装置可实时测量多种电气量，包括电流、电压、功率、功率因数等。由于采用10kV直接供电，泵站不用设置主变压器。除了常规的计量柜、PT柜、站用变压器出线柜外，主要有5台电机出线柜，型号为KYN28-12金属铠装移动式高压开关柜。每台开关柜安装有MMPR-10H 2微机型电动机综合保护装置。为了提高系统的功率因数，每台机组配备一台电容柜，对机组电动机进行无功功率补偿。 

　　2.2 水力监测及机组水位控制系统 

　　（1）水力监测。根据机组的特点，把机组冷却水、润滑水、出水管压力、流量等作为监测项目。有无冷却水、润滑水是决定机组能否开机的先决条件。每台机组的冷却水、润滑水管路安装了示流信号器，达到了规定的压力、流量，示流信号器的常开触点闭合，参与开机控制。机组启动运行后，智能仪表采集压力、流量、温度等传感器的信号，显示出水管压力、流量值，其中压力值若超过预置值时，除发出“出水管压力过高”的灯光警告信号外，还发出“机组出水管压力越限”跳闸信号，使机组停机。 

　　（2）水位控制。进水前池安装两个同型号、同规格（测量范围0～6m）的投入式水位传感器（含变送器），与两个智能数字显示控制仪组成机组水位控制系统，每个控制仪具有3路设置输出功能。泵站土建施工时，在电机层预埋了两条不锈钢管与进水前池相通。当进水前池的水位上升（或下降）时，钢管内的水位也跟着上升（或下降）。将投入式水位传感器放入钢管检测水位，输出的模拟信号送到中控台的智能数字显示控制仪，除显示前池水位值外，通过与预置的水位值进行比较、判断，由比较结果输出开关量信号，用来控制机组的启动、运行和停止。 

　　3.系统工作原理分析 

　　该自动化控制系统可以方便的实现手动、自动两种工作方式。因为每台机组配置了MMPR-10H2微机型电动机综合保护装置，装置安装在开关柜上，独立完成测量、控制、保护、信号功能，可对10kV电动机进行控制、保护和监测，其控制原理见图1。 

　　3.1 手动方式 

　　开机台数视前池水位而定。机组的启动或停止由操作人员在电机出线柜前或中控台按钮进行操作。选择要启动的机组号，首先检查开机条件是否具备，主要是机组出水管电动蝶阀是否处于全开位置，冷却水有无指示，如果正常，有灯光指示，对应的继电器得电，7-11KM其中一个常开触点闭合。1-29号接通；将工作方式选择开关SAC打到/手动0位置，29-27号接通。将电容补偿柜的断路器打到合闸位置。最后一步是按下合闸按钮HA，合闸线圈Y3得电吸合，断路器合闸。这一过程仍处于电动机综合保护装置的监测之下，因为合断路器前，必须将断路器手车推到工作位置，保护装置检测手车开关位置、断路器状态，接地刀状态、储能电机开关位置等开关量，工作正常才能合闸。 

　　机组的停止控制比较简单，选择要停机的机组号并按下分闸按钮TA，分闸线圈Y2得电，断路器分闸。将断路器手车摇回原位，把选择开关SAC打到/断开0位置，并将高压电容补偿柜的断路器打到分闸位置，延时几分钟后关闭机组冷却水电磁阀。 

　　3.2 自动方式 

　　当工作方式选择开关SAC打到“自动”位置时，系统处于自动运行方式。机组的启动与停止由前池水位决定，要使机组自动启动或停止，部分工作还必须借助于人工，即： ①必须具备开机条件；②断路器经常性处于热备用状态。 

　　从图1的自动合闸、分闸回路可以看出，机组自动启动或停止，是由中间继电器1-6KM来控制的。设于中控台的数字显示控制仪1WX、2WX，根据采集到的进水前池的水位信号，来控制中间继电器1-6KM的状态。其控制原理见图2。 

　　数字显示控制仪1WX、2WX组成了6水位控制器。水位设置应按照施工图纸的要求，设置停机水位、最低运行水位、起抽水位、最高运行水位。除停机水位外，其余统一称作开机水位。控制仪1WX设置了停机水位、1#机开机水位、2#机开机水位，控制仪2WX设置了3#机开机水位、4#机开机水位、5#机开机水位，这6个值之间要有水位差。这样才能自动按顺序投入各台机组，工作原理简要分析如下： 

　　当汛期外江水位达到关闸水位时，雨水、生活污水进入前池，前池水位不断上升。当检测达到1#机开机水位时，控制仪1WX的触点1WX2闭合，继电器2KM吸合，其常开触点接通1#机组自动合闸回路，使1#机组启动运行；其常闭触点断开2#机组自动分闸回路，为2#机组启动做准备。若前池水位仍不断上升，当检测达到2#机开机水位时，控制仪1WX的触点1WX3闭合，继电器3KM吸合，其常开触点接通2#机组自动合闸回路，使2#机组启动运行；其常闭触点断开3#机组自动分闸回路，为3#机组启动作准备，以此类推。随着抽排量的增大，前池水位逐渐下降，机组就会按顺序停机。 

　　自动方式的工作过程已通过了模拟调试。为确保安全，调试时各机组的断路器手车应推至试验位置，断路器手车在试验位置时，断路器可进行合、分闸操作，但由于与母线是隔离的，电动机不会得电。 

　　4.系统保护功能 

　　由于各机组装有微机型电动机综合保护装置，除了有上述的控制、监测功能外，还为电动机的综合保护提供许多常规继电保护无法完成的技术和功能。基本保护功能有：正序保护、负序保护、零序电流保护、堵转保护、过负荷（过热）保护及欠电压保护，对电机运行中出现的缺相、过载、三相电流不平衡、欠压、定子绕组温度过高等故障有灵敏的保护作用。 

　　5.结语 

　　综上所述，城市防洪排涝泵站随着国民经济的发展而变得越来越重要。泵站的自动化控制系统也随着城市防洪排涝泵站的建设而得到了重视，对于泵站自动化控制系统的设计要着重于对机组电动机的综合保护和监控，并在此基础上对其余泵站设备进行适当的调整，最后还要对自动化控制系统进行保护措施，以确保自动化控制系统真正发挥出它的作用。 

　　参考文献： 

　　[1]余佳嵩.城市防洪排涝规划设计的探讨[J].中国建设信息.2009（12）. 

　　[2]吴科.防洪工程排涝泵站设计的初探[J].城市建设理论研究2012（02）.