南溝門水庫北線供水工程二級泵站自動化運行流程設計

【摘要】當前，在大中型灌溉排水、流域調（引）水及城鎮供排水泵站中，已經普遍建立了計算機監控系統，成為了保證泵站的安全性、可靠性、經濟性的重要技術手段。一個合理、完善的泵站自動化運行流程對于實現計算機監控系統功能，保證泵站可靠、安全運行起到了關鍵作用。對采用了變頻器“一拖多”控制方案的泵站自動化運行進行了分析，設計了運行流程，對于同類工程具有一定的借鑒作用。

【關鍵詞】自動化；運行流程；南溝門二級泵站；變頻器“一拖多”

1、工程概況

延安市南溝門水庫北線供水工程是向延安煤油氣資源綜合利用項目（以下簡稱延能化項目）以及華能延安電廠輸送原水的長距離調水工程。項目的用水主要依托延安市南溝門水庫可利用水源。工程等別為Ⅲ等，最大年供水量為3210萬m3，主要由輸水隧洞、壓力管線、兩級加壓泵站和管理房建等組成。輸水線路從南溝門庫內通過浮船式泵站一級加壓至串坡溝，在串坡溝內設二級加壓站分別向西北方向華能電廠項目和北部延能化項目供水。其中，二級泵站設計流量1.38m3/s，主廠房內布置有7臺水泵機組，總裝機功率3100kW，其中，向延能化項目供水設計流量1.14m3/s，安裝有4臺水泵機組，三用一備，單機功率355kW；向華能延安電廠供水流量0.24m3/s，安裝有3臺水泵，二用一備，單機功率560kW。

2、變頻器“一拖多”控制方案

南溝門二級站電源采用10kV供電共兩回，電動機母線采用單母線分段接線，為延能化供水的4臺電動機接I段母線，為華能電廠供水的3臺電動機接II段母線。正常運行時，分段斷路器處于斷開狀態?？紤]全站電動機的啟動及變頻運行要求，配置2臺10kV變頻器，另外分別設兩段變頻母線，兩段變頻母線之間設置分段斷路器。

受電源條件限制，南溝門二級站電動機不允許直接啟動，且根據泵站的運行工藝要求，兩個供水方向都存在電動機變頻運行的需求，同時兼顧節能和設備投資的因素，南溝門二級站采用了這種較為復雜的變頻器“一拖多”控制方案，如圖1所示。以1#機工頻運行為例，首先合變頻器下口的QF18開關以及1#機變頻母線QF11開關，然后合變頻器上口的QF1開關，待變頻器自檢通過后，變頻器發出系統待機信號。此時給定變頻器運行頻率，然后啟動變頻運行。當變頻器穩定運行到給定頻率后，發出1#機切至工頻的投切信號，變頻器開始自動投切，將頻率逐漸升高至接近工頻頻率，捕捉同步信號并進行鎖定，然后合1#機工頻母線QF2開關，分開變頻母線QF11開關，1#機進入工頻運行狀態。

采用此變頻器“一拖多”控制方案，滿足了以下各種工藝條件的控制要求：

a）任意一臺電動機均可變頻啟動；

b）電動機由變頻向工頻的無擾動同步切換；

c）兩個供水方向各有一臺電動機可處于變頻運行狀態；

d）兩臺變頻器互為備用。

同時，采用此控制方案，也增加了泵站電氣接線的復雜程度，對于操作運行流程的正確性提出了更高的要求。

3、計算機監控系統方案

南溝門二級泵站計算機監控系統按照“無人值班”（少人值守）的監控模式，采用分層分布開放式體系結構，具有可擴展性。設置泵站監控層和現地控制層兩層，網絡采用冗余交換式以太網。監控層配置有操作員工作站、衛星同步時鐘、網絡設備、打印機、不間斷電源等。現地層配置有微機保護裝置、智能儀表，根據現地控制單元功能結構和現場設備分布情況，每臺機組旁還分別設有現地控制單元。

計算機監控系統可完成泵站所有設備的控制監視，包括機組及附屬設備等的開關量、電量及非電量的數據實時采集，機組的啟停、變頻控制、有功及無功調節，斷路器的分合閘和進出水閥門的啟閉等操作。

4、自動化運行流程設計方案

自動化運行流程設計對于泵站的正常運行是一項非常重要的工作，通過對自動化系統的集成，完成對泵站主機、輔機、變配電設備、閘門等機電設備實現自動控制、保護、測量，做到遙控、遙測、遙調、遙信。要實現上述要求，必須充分了解泵站調度、控制、管理的流程要求，以及每個自動化流程需要具備的條件。流程設計容易出現偏差、錯誤，有時過于復雜化，有時過于簡單化，使泵站的運行流程設計很難做到規范化、程式化。南溝門二級泵站由于變頻器“一拖多”控制方案的應用，使得其自動化控制流程不同于普通泵站。流程既要考慮單臺機組的運行，同時也要顧及兩個供水方向多臺機組的不同工況的運行。既要完成多參數條件下的復雜控制，又要簡化問題，使得流程能夠程式化，方便運行管理。以1#機開停機為例，南溝門二級泵站自動化運行流程設計如圖2、圖3所示。

開機流程中的檢查開機條件包括各機電設備運行狀態正常，高低壓開關均處在正確位置，泵前泵后檢修閥門全開，泵后液孔半球閥全關，吸水池水位大于設計運行水位等。

機組變頻運行，開機流程跳過第8、第9步。

機組工頻運行，停機流程跳過第2步。

機組按照變頻、工頻運行設定不同的運行流程，開機前選定。即機組的運行方式只可在停機后更改，以方便運行流程的程式化。

結語

本文提出的泵站自動化運行流程，已在南溝門二級泵站調試運行過程中得到了實際應用，取得了良好的效果，對越來越多的應用了變頻器“一拖多”控制方案的新建泵站工程起到一定的借鑒作用。

參考文獻：

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