藺家壩泵站工程電氣設(shè)計(jì)及自動(dòng)化控制研究

引言

藺家壩泵站工程位于江蘇銅山,其一期工程建設(shè)設(shè)計(jì)流量75m3/s,選用2800ZGo25-2.0型后置燈泡貫流泵4臺(tái),水泵葉輪直徑2.85mm,單機(jī)設(shè)計(jì)流量25m3/s,單機(jī)配套功率1250kw,總裝機(jī)容量5000kw。

1水力機(jī)械分析

1.1水力機(jī)械設(shè)備材料

根據(jù)藺家壩泵站的流量設(shè)計(jì),泵站裝機(jī)4臺(tái)。水泵葉輪中心安裝高程26.50m,電動(dòng)機(jī)與水泵采用行星齒輪箱傳動(dòng)方式,轉(zhuǎn)動(dòng)比為1:6.25。主廠房?jī)?nèi)安裝1臺(tái)320/50kN的橋式起重機(jī),橋機(jī)跨度13.50m。藺家壩泵站水力機(jī)械設(shè)備材料如表1所示。

表1藺家壩泵站水力機(jī)械設(shè)備材料

1.2泵站結(jié)構(gòu)分析

泵站供水系統(tǒng)僅考慮機(jī)組的技術(shù)用水,供水對(duì)象有:水泵組合軸承、齒輪箱軸承以及葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的油冷卻器、主軸填料密封等。供水系統(tǒng)擬從流道進(jìn)水側(cè)取水,通過供水泵直接向機(jī)組供水,技術(shù)供水總管與生活區(qū)供水塔相連通。

排水系統(tǒng)由滲漏排水和檢修排水兩部分組成。機(jī)組各種冷卻水、工作用水、滲漏水集中排放到集水井后,再由安裝在水泵層上的兩臺(tái)滲漏排水泵排出。滲漏排水泵選用150TosG20-33/5型潛水深井泵2臺(tái)。檢修排水是在機(jī)組檢修時(shí)排出單泵流道內(nèi)的積水和上下游檢修閘門的漏水,選用250TosG125-32/2型潛水深井泵2臺(tái)。

油系統(tǒng)主要有透平油系統(tǒng)和油處理系統(tǒng)組成。透平油系統(tǒng)由高壓油系統(tǒng)和潤(rùn)滑油系統(tǒng)組成。高壓油系統(tǒng)主要用于葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)操作用油,全站共設(shè)4套調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),共用2套油壓裝置,其裝置由設(shè)備廠配置。潤(rùn)滑油系統(tǒng)主要用于機(jī)組軸承潤(rùn)滑和齒輪箱用油,4臺(tái)機(jī)組潤(rùn)滑用油總量約為300.01/mn,油壓為0.2～0.4MPa。

2電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

藺家壩泵站工程用電負(fù)荷等級(jí)為二級(jí)。泵站配置T1250-8/1180型同步電動(dòng)機(jī)4臺(tái)(1臺(tái)備用）,單機(jī)功率1250kw,額定電壓10kV,配wK1F-11D/2微機(jī)型勵(lì)磁系統(tǒng),總裝機(jī)容量5000kw。

該工程從220kV桃園變電所35kV兩組母線上各引1回35kV電源線,導(dǎo)線型號(hào)為1GJ-185,兩回路同桿架設(shè),長(zhǎng)度約為16km。另由藺家壩35kV變電所引1回10kV施工電源線,工程建成后作為生活區(qū)供電電源,導(dǎo)線型號(hào)為1GJ-70,長(zhǎng)度約為8.5km。

泵站配置sCB9-6300/35×(1±5）%/10.5kV型主變壓器和sC9-400/35×(1±5）%/0.4kV型站用變壓器各2臺(tái)。變電所35kV配電裝置選用KYN10-40.5型金屬封閉手車式開關(guān)柜,共12臺(tái):10kV配電裝置選用KYN28B-12鎧裝中置式金屬封閉開關(guān)柜,共9臺(tái):0.4kV配電裝置選用GHD5（MNs）型抽屜式開關(guān)柜,共11臺(tái)。

35kV變電所采用屋內(nèi)式,站、變合一的管理方式,共分3層,布置在主廠房南側(cè)的副廠房中。一層主要布置主變壓器、站用變壓器、10kV開關(guān)柜、0.4kV開關(guān)柜、直流電源屏、勵(lì)磁系統(tǒng)裝置和現(xiàn)地監(jiān)控屏(1CU）:二層主要布置35kV開關(guān)柜、通信遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備、微機(jī)型保護(hù)裝置屏、計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)備和其他輔助設(shè)備:三層主要設(shè)置電工試驗(yàn)室、維修室、工具室、會(huì)議室、辦公室、接待室和活動(dòng)室等輔助性房間。

沿泵站35kV架空線路全線架設(shè)0PGw復(fù)合光纖作避雷線,并兼作與電力系統(tǒng)調(diào)度通信的信道。在35kV終端桿、35kV母線、10kV母線及10kV真空斷路器柜內(nèi)各裝設(shè)一組氧化鋅避雷器,作為變電所雷電侵入波和操作過電壓的保護(hù)措施。

該工程設(shè)置一套智能型直流電源裝置供電氣設(shè)備的操作保護(hù)用,其額定電壓為DC220V,容量為100Ah:通信電源設(shè)置一套額定電壓為DC48V,容量為150Ah的智能型直流電源系統(tǒng)。

3自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1自動(dòng)化系統(tǒng)的組成

藺家壩泵站與調(diào)度層主要交換音頻、視頻等數(shù)據(jù)類型,因東線一期工程總體自動(dòng)化系統(tǒng)在本階段尚未確定,故對(duì)總體自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)暫按高速以太網(wǎng)考慮,傳輸媒介為光纖。為實(shí)現(xiàn)與調(diào)度層的聯(lián)絡(luò),在該工程主控級(jí)的2臺(tái)光端交換機(jī)上分別預(yù)留一個(gè)傳輸速率為1000MB/s的接口,主控級(jí)通信服務(wù)器通過此接口與調(diào)度層聯(lián)絡(luò)。

南水北調(diào)東線工程為有償供水,對(duì)工程管理效率要求較高,故設(shè)置泵站計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)"無人值班、少人值守"目標(biāo),達(dá)到減人增效的目的。從整體結(jié)構(gòu)來看,藺家壩泵站工程自動(dòng)化系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、工程自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和視頻監(jiān)視系統(tǒng)3部分組成,如圖1所示。

圖1自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

3.1.1計(jì)算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)泵站主機(jī)組、公用及輔機(jī)、高低壓配電設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控,并提供設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計(jì)、操作指導(dǎo)等輔助功能。

3.1.2工程自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

工程自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建該泵站運(yùn)行管理單位辦公局域網(wǎng)的硬件平臺(tái),完成生產(chǎn)運(yùn)行和管理信息的存儲(chǔ)和發(fā)布工作,并提供數(shù)據(jù)查詢和外傳的接口,如圖2所示。

圖2工程自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3.1.3視頻監(jiān)視系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象主要有:4套主機(jī)組、2臺(tái)主變壓器、2臺(tái)站用變壓器、35kV和10kV母線、35kV和10kV側(cè)電壓互感器、油壓系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、防洪閘門、清污機(jī)、快速閘門、直流電源系統(tǒng)和機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)等。自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)對(duì)象主要有:泵站上、下游水位,單泵機(jī)組流量及揚(yáng)程,工程運(yùn)行時(shí)的揚(yáng)壓力及土壓力等。

視頻監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視對(duì)象有:上、下游水面:防洪閘啟閉機(jī)房、主廠房各層設(shè)備、燈泡體內(nèi)機(jī)組、貯油間、變電站各層內(nèi)的設(shè)備:電纜夾層、電纜豎井、電纜隧道:安裝間、檢修橋、交通橋、攔污柵、防洪閘門、副廠房門前道路、廠區(qū)大門和廠區(qū)道路等處的實(shí)時(shí)情況。

3.2自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備組成和功能分析

泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采用分層分布開放式結(jié)構(gòu),由主控級(jí)、現(xiàn)地控制層級(jí)組成,兩者間的通信采用具有冗余功能的環(huán)形光纖以太網(wǎng)。主控級(jí)主要設(shè)工程師/操作員工作站(2臺(tái),互為冗余）、自動(dòng)監(jiān)測(cè)主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)和視頻硬盤錄像機(jī):現(xiàn)地控制層級(jí)設(shè)10臺(tái)以P1C為核心的控制屏,其中機(jī)組現(xiàn)地監(jiān)控屏4塊、公用(變電所及輔機(jī)）監(jiān)控屏1塊、快速門監(jiān)控屏1塊、事故門監(jiān)控屏1塊、防洪閘門監(jiān)控屏1塊、清污機(jī)監(jiān)控屏2塊。

自動(dòng)化系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集與處理、屏幕顯示、制表打印、遠(yuǎn)方監(jiān)控、遠(yuǎn)方/現(xiàn)地啟停操作、葉片自動(dòng)調(diào)節(jié)、機(jī)組效率計(jì)算、場(chǎng)景遙視、系統(tǒng)自診斷、語(yǔ)音報(bào)警、各對(duì)象運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)視等功能,可實(shí)現(xiàn)遙控、遙調(diào)、遙視、遙測(cè)、遙信,可實(shí)現(xiàn)"無人值班、少人值守"目標(biāo)。

4結(jié)語(yǔ)

藺家壩泵站綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)安裝完成后,先后經(jīng)歷了泵站機(jī)組試運(yùn)行、江蘇段試通水運(yùn)行以及南水北調(diào)東線試運(yùn)行檢驗(yàn)。從實(shí)踐應(yīng)用效果來看,該泵站綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)整體運(yùn)行情況良好,數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確,達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期目的,可實(shí)現(xiàn)遙控、遙調(diào)、遙視、遙測(cè)、遙信,可實(shí)現(xiàn)"無人值班、少人值守"目標(biāo),同時(shí)創(chuàng)造了較好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。