泵站綜合自動化系統設計研究

(湖北水利水電職業技術學院機電工程系，湖北 武漢430070）

張 紅(貴州電力職業技術學院機電系，貴州 貴陽551417）

某大型泵站原裝機10×1600kW，在設計工況下的流量為190m3／s，灌溉流量40m3／s，工程集提排、提灌、自灌于一體。由于建設年代較早，系統控制方式落后，泵站更新改造后裝機10×1800kW，設計排水流量210m3／s。實施雙回路6kV供電、單母線分段、母聯柜聯接的主接線方案。站用變壓器為2臺SCB8-630／6／0．4干式電機／變壓器。泵站新建了2層中控樓，第1層設置有單獨的高低壓配電室和站用電機／變壓器室；第2層為中控室，布置有機組自動化屏、公用屏、輔機屏、直流屏、模擬屏、視頻監視和監控設備。主機勵磁柜布置在主廠房。下面，筆者對泵站綜合自動化系統設計研究進行闡述。

1 系統總體設計

泵站綜合自動化系統由10套機組自動化屏、1套公用自動化屏、1套輔機自動化屏、2臺工控機、多臺攝像機、矩陣切換器、彩色背投屏組成(見圖1），圖中Modbus協議是應用于電子控制器上的一種通用語言，通過該協議，控制器之間、控制器和其他設備之間可以通信。

圖1 泵站綜合自動化系統方案圖

2 機組自動化屏

機組自動化屏由微機控制保護單元、溫度測量單元(溫度巡檢儀）、電參量測量單元(電力監測儀）等組成。機組自動化屏原理示意圖如圖2所示。可編程序控制器(Programming Logic Controller，PLC）是一個良好的自動控制平臺，其內部具有輸出繼電器、保持繼電器、計數器、計時器、A／D（D／A）轉換器及輸入輸出信號顯示，可代替常規的電流、電壓信號、中間繼電器等實現自鎖、互鎖、順序、延時等控制。PLC的全部模塊采用標準化模件，系統中所有操作均采用Modbus協議，將控制指令發送給PLC，PLC開關量輸出控制繼電器閉合，從而按用戶程序完成控制命令，達到對泵站的高低壓油泵、真空泵、冷卻泵等的啟停控制以及拍門、電動閥門的開關控制。下面對其中幾種主要裝置進行闡述。

圖2 機組自動化屏原理圖

2．1 微機控制保護單元

微機控制保護單元提供電機主保護和電機后備保護。

1）電機主保護 其功能包括差動速斷保護、兩側2段三相式定時限過流保護(其中一側可以帶復合電壓閉鎖及方向）、比例差動保護、過負荷保護、零序過電壓閉保護、過勵磁保護、瓦斯及過溫保護。該裝置包括以下主要邏輯回路，即裝置整組啟動回路、斷線閉鎖回路和二次諧波閉鎖回路。電機主保護原理圖如圖3所示。

圖3 電機主保護原理圖

2）電機后備保護 其功能包括2段定時限過流保護、2段定時限欠壓保護、1段定時限電流不對稱保護、1段定時限過壓保護、1段定時限／反時限過負荷保護、1段失步保護和2段定時限／反時限負序過流保護。該裝置還包括PT斷線判別邏輯回路，其工作原理如下，即三相電壓之和(為與外部的PT比例系數匹配，還需乘上一個零序系數）大于PT斷線電壓定值或零序電壓小于PT斷線電壓定值，滿足上述2個條件中的任意1個后延時10s報母線PT斷線，發運行異常告警信號，PT斷線期間自動退出低電壓保護，待電壓恢復正常后該保護也自動恢復正常。

2．2 溫度測量單元(溫度巡檢儀）

溫度測量單元對電動機運行過程中機組振動趨勢、壓力脈動趨勢進行監視，當上述趨勢變化速率超過限值時發出報警信號。溫度測量單元測量對象包括定子線圈溫度(6個測量點）、推力軸承瓦溫度(4個測量點）、上導瓦溫度(2測量點）、下導瓦溫度(2個測量點）、上導油缸溫度(1個測量點）、下導油缸溫度(1個測量點）。儀表面板布置如圖4所示。

2．3 電參量測量單元

電參量測量單元集可編程電量測量、數字顯示、數字通訊和多種輸入、輸出功能于一體，可測量電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、有功電能、無功電能等數據，上述數據可以通過RS-485通訊口采用Modbus協議讀取。

圖4 溫度巡檢儀面板圖

3 輔機自動化屏

輔機自動化屏由PLC、液晶顯示屏、供水泵運行切換開關、排水泵切換開關、真空泵切換開關、高壓油泵切換開關、低壓油泵切換開關組成。輔機自動化屏的PLC程序流程圖如圖5所示。

圖5 輔機程序流程圖

4 公用自動化屏

公用自動化屏由PLC、電參量測量單元、微機保護單元、運行切換開關組成。微機保護單元包括1＃進線保護單元、2＃進線保護單元、1＃站變保護單元、2＃站變保護單元和母聯保護單元。電參量測量單元包括1＃進線測量單元、2＃進線測量單元、1＃站變測量單元和2＃站變測量單元。電參量測量單元測量的參數有電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、有功電能和無功電能。

此外，系統配備了視頻監控設施，可以將監視目標的實時動態圖象及報警信號通過通訊網絡傳輸到中控室。監視點主要設置在泵站水泵層、聯軸層、電機層、高壓室、低壓室和中控室、泵站進出水池、主廠房進口、廠區進口、攔污柵兩側等處。系統還可以將主管部門或調度部門的控制命令傳達給中控室的主控計算機，再由中控室的主控計算機下達執行命令，實行遠程控制。

5 結 語

針對泵站綜合自動化控制系統的建設和改造問題，采用目前流行的開放式分層分布式結構，對泵站綜合自動化系統進行了總體設計。該系統具有數據自動采集分析和實時顯示功能，自動完成對主機及輔機控制操作與狀態監視。此外，該系統具有可擴充的通訊接口，可根據需要和全省水情測報系統聯網進行通信。實際應用表明，該系統設計安全可靠、方便實用。