電氣和自動(dòng)化設(shè)計(jì)在工程實(shí)踐中的融合分析

劉靜萍

(安順市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，貴州 安順561000)

1 傳統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)與自動(dòng)化設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)和自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，其設(shè)計(jì)方式都是根據(jù)所提供的電氣化設(shè)備，對(duì)于電氣設(shè)計(jì)，需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員以用電設(shè)備所具有的電負(fù)荷量、負(fù)荷的特征以及用電設(shè)備的具體分布狀況為依據(jù)，設(shè)置出來(lái)一個(gè)可以在高壓、中壓以及低壓之間變配的系統(tǒng)。與此同時(shí)，還需要以電力企業(yè)的條件、要求以及用電設(shè)備的要求和相應(yīng)的特點(diǎn)為依據(jù)，在高壓、中壓以及低壓之間實(shí)現(xiàn)變配系統(tǒng)的二次計(jì)算、保護(hù)和控制的設(shè)計(jì)。以相關(guān)工藝控制的具體以及自動(dòng)化的系統(tǒng)要求，對(duì)配電系統(tǒng)尾部的用電設(shè)備進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。最后對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行安裝以及電纜的敷設(shè)進(jìn)行設(shè)計(jì)。自動(dòng)化設(shè)計(jì)主要以工藝控制的要求為依據(jù)，對(duì)被控制的物體控制分布狀況、設(shè)備以及流程之間的相關(guān)性以及設(shè)備的可靠性，相應(yīng)的設(shè)置計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)造從而進(jìn)一步地增加變配電系統(tǒng)以及接地系統(tǒng)等之間的協(xié)調(diào)能力，最后設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的安裝以及電纜敷設(shè)。

2 泵站自動(dòng)化的作用

2.1 提高工作可靠性

運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)可以對(duì)各種裝置進(jìn)行快速以及準(zhǔn)確的檢測(cè)和記錄，避免設(shè)備受到嚴(yán)重?fù)p害，對(duì)供電可靠性進(jìn)行提高，人為錯(cuò)誤大大減小。

2.2 提高經(jīng)濟(jì)性

泵站運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)，可以根據(jù)系統(tǒng)分配給電站的負(fù)荷以及電站實(shí)際情況，進(jìn)行合理的調(diào)度，并且選擇合理的開機(jī)臺(tái)數(shù)，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益［1］。

2.3 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、改善勞動(dòng)條件

泵站大多地處偏僻山區(qū)，遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)，職工長(zhǎng)期生活在較差的環(huán)境之中。水電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化后，很多工作都是由各種自動(dòng)裝置按一定的程序自動(dòng)完成，用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)代替人工操作及定時(shí)巡回檢查、記錄等繁雜勞動(dòng)。

3 電氣和自動(dòng)化設(shè)計(jì)在工程實(shí)踐中融合分析

3.1 案例1——老營(yíng)水庫(kù)工程

3.1.1 工程概況

老營(yíng)水庫(kù)兩個(gè)泵站位于東北部的十字回族苗族自治鄉(xiāng)老營(yíng)村境內(nèi)，本泵站用電負(fù)荷為三級(jí)負(fù)荷，石板田提灌站從香爐屯寨10KV 架空線接線，輸電線路1.5 km，龍昌提灌站從九家沖架10 kV架空線接線，輸電線路1.5 km。接入點(diǎn)容量、供電線路導(dǎo)線截面積及運(yùn)行情況均滿足可靠性要求，輸電線路需新架設(shè)，終端桿設(shè)于站區(qū)內(nèi)。

3.1.2 電氣自動(dòng)化技術(shù)融合

3.1.2.1 水泵啟動(dòng)和控制設(shè)備(兩個(gè)提灌站均一致)

老營(yíng)水庫(kù)水泵控制柜采用BGD 型固定金屬全封閉低壓開關(guān)柜，由于水泵機(jī)組配用電動(dòng)機(jī)功率＞18.5KW，為了減小電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流對(duì)輸電網(wǎng)絡(luò)的影響，保證電動(dòng)機(jī)可靠的運(yùn)行，水泵采用星－三角降壓起動(dòng)方式，選用2 面降壓起動(dòng)裝置，該裝置具有配電、控制及電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能，可降低起動(dòng)電流，并對(duì)電動(dòng)機(jī)具有過(guò)負(fù)荷、斷相、短路等保護(hù)。

3.1.2.2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

老營(yíng)兩個(gè)泵站按無(wú)人值班、少人值守的綜合自動(dòng)化原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用分層分布式結(jié)構(gòu)，共設(shè)為兩層，即主控層和現(xiàn)地控制層。控制層，它由一臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、語(yǔ)音報(bào)警設(shè)備、UPS 電源、A3 噴墨打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、必要的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備組成;主要完成對(duì)整個(gè)泵站各個(gè)設(shè)備的實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)、運(yùn)行過(guò)程監(jiān)視、調(diào)度安排、數(shù)據(jù)記錄和處理、故障診斷、與上級(jí)部門通訊等功能;現(xiàn)地控制層由PLC 控制單元、數(shù)據(jù)采集終端組成;其中，PLC 控制單元主要負(fù)責(zé)接收采集終端上傳的各類數(shù)據(jù)、分類管理、事故記錄及追憶、下達(dá)主控層的控制指令、完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)設(shè)備及采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集及處理，并向受控設(shè)備發(fā)送指令等;數(shù)據(jù)采集終端由現(xiàn)地設(shè)備的狀態(tài)反饋接點(diǎn)、傳感器、變送器等設(shè)備組成，負(fù)責(zé)采集泵站的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參量、事故量，并將其上傳至控制單元。

3.2 案例2—新場(chǎng)河水庫(kù)工程

3.2.1 工程概況

新場(chǎng)河水庫(kù)工程位于安順市西秀區(qū)內(nèi)。提灌站總裝機(jī)規(guī)模為3 990 kW，其中新場(chǎng)一級(jí)提灌站為3 ×800 kW，兩用一備，新場(chǎng)二級(jí)提灌站為3 ×500 kW，兩用一備，龍?zhí)短峁嗾緸? ×45 kW，一用一備。新場(chǎng)一級(jí)提灌站從新場(chǎng)變電站10KV 架空線接線，新場(chǎng)二級(jí)提灌站從新場(chǎng)一級(jí)提灌站∏接，采用LGJ—185的鋼芯鋁絞線。龍?zhí)短峁嗾緩母浇凝執(zhí)洞逭?0 kV線路接線。線路采用LGJ－120 的鋼芯鋁絞線。壩區(qū)配電變壓器一回路經(jīng)龍?zhí)短峁嗾局笼執(zhí)洞逭?0 kV線路接線，另一回路為柴油發(fā)電機(jī)組備用，柴油發(fā)電機(jī)功率為200 kW，型號(hào)為FF200GF。壩用變壓器型號(hào)為S11—100 kVA，10/0.4 kV，Yy0 接線，戶外落地安裝，10KV 高壓側(cè)用RW3—10Ⅱ/100 型跌落式熔斷器作短路保護(hù)。低壓配電采用一路電源進(jìn)線。壩上用電出線采用電纜出線，壩上配電箱內(nèi)用S—63 型低壓斷路器作為電機(jī)的控制開關(guān)和短路及接地故障保護(hù)電器，用3 只電流表分別測(cè)量三相電流，用一只電壓換相開關(guān)和一只電壓表分別測(cè)量線電壓，用一只三相四線電能表作計(jì)量。

3.2.2 電氣自動(dòng)化技術(shù)融合

新場(chǎng)河二個(gè)泵站均按“無(wú)人值班，少人值守”運(yùn)行方式設(shè)計(jì)，采用以計(jì)算機(jī)監(jiān)控為主的集中監(jiān)控方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)全站電動(dòng)機(jī)組、主變壓器、線路設(shè)備、輔助設(shè)備等對(duì)象進(jìn)行測(cè)量、控制和監(jiān)視，同時(shí)考慮與水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)之間的通信連接。每個(gè)泵站配置打印機(jī)一臺(tái)，作各種信息及報(bào)表打印用，打印以召喚打印為主、定時(shí)打印為輔。具體系統(tǒng)配置如下:由于新場(chǎng)一、二級(jí)提灌站相距450 m，故在新場(chǎng)二級(jí)提灌站設(shè)置中控室，實(shí)現(xiàn)對(duì)新場(chǎng)一、二級(jí)提灌站的全面監(jiān)控，上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)1 臺(tái)操作員工作站，1 臺(tái)培訓(xùn)工作站兼工程師工作站、報(bào)警工作站，各站分層分步式控制。選用一套全微機(jī)綜合自動(dòng)化裝置，完成泵站的保護(hù)、控制、測(cè)量、信號(hào)等功能。該裝置由上位機(jī)主控級(jí)、各變壓器和水泵的現(xiàn)地保護(hù)測(cè)控裝置、公用LCU(含網(wǎng)絡(luò)通信功能)等組成。一級(jí)提灌站不設(shè)中控室，僅設(shè)置2 臺(tái)現(xiàn)地LCU，1 臺(tái)機(jī)組LCU 實(shí)現(xiàn)對(duì)4 臺(tái)泵控制，另一臺(tái)LCU 實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)站和公用設(shè)備控制，一級(jí)提灌站設(shè)置4個(gè)視頻監(jiān)控點(diǎn)。二級(jí)提灌站設(shè)置2 臺(tái)現(xiàn)地LCU，1 臺(tái)機(jī)組LCU 實(shí)現(xiàn)對(duì)4 臺(tái)泵控制，另一臺(tái)LCU 實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)站和公用設(shè)備控制，二級(jí)提灌站設(shè)置5個(gè)視頻監(jiān)控點(diǎn)。龍?zhí)短峁嗾静辉O(shè)中控室。各變壓器和水泵的現(xiàn)地保護(hù)測(cè)控裝置，裝在低壓開關(guān)柜上。該裝置能在現(xiàn)地對(duì)主變、水泵電動(dòng)機(jī)進(jìn)行現(xiàn)地操作，能顯示相關(guān)參數(shù)，且對(duì)公用LCU 有I/O、RS485等接口。同時(shí)公用LCU 能完成微機(jī)控制器的I/O、RS485 在線聯(lián)系。公用LCU 具有交流采樣功能。排水泵、閥門等設(shè)備的控制，宜采用PLC 型控制箱，和公用LCU 采用O/I 或串行接口連接。

3.3 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)用的優(yōu)勢(shì)

在泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，運(yùn)用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行周期、定時(shí)或召喚計(jì)算與分析，形成計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)與歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，幫助運(yùn)行人員對(duì)電廠設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行全面監(jiān)視與綜合管理，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障征兆，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性。對(duì)現(xiàn)成的計(jì)算數(shù)據(jù)列出作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，存入相應(yīng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行越限報(bào)警、啟動(dòng)相關(guān)處理程序等操作。

［1］殷利權(quán). 深入探討電氣與自動(dòng)化設(shè)計(jì)在工程實(shí)踐中的融合［J］. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008(27):45－46.