多級(jí)加壓泵站的電氣及自動(dòng)化設(shè)計(jì)

郭光普

在市政供水行業(yè)，經(jīng)常會(huì)遇到取水或配水需要加壓的情況，尤其是重慶等多山地區(qū)，由于受到地形的限制，有時(shí)還會(huì)遇到多級(jí)加壓的情況。本論文就結(jié)合多級(jí)加壓供水的實(shí)際項(xiàng)目，討論市政供水行業(yè)多級(jí)加壓泵站的電氣及自動(dòng)化設(shè)計(jì)，從供配電系統(tǒng)負(fù)荷等級(jí)、電源選擇、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式及自動(dòng)化系統(tǒng)控制站型式、通訊方式、在線檢測(cè)儀表設(shè)置、視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面具體分析，為以后類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供參考。

重慶市多山，別稱山城，在重慶的市政供水行業(yè)經(jīng)常需要設(shè)計(jì)加壓泵站對(duì)取水或配水進(jìn)行加壓。而市政供水又關(guān)系到國(guó)計(jì)民生，是不得不解決的民生大事。尤其是農(nóng)村地區(qū)及高山景點(diǎn)，雖然人口不多，但是農(nóng)村飲水安全問(wèn)題一直是黨中央關(guān)心的大事。隨著人民生活水平的提高，人民對(duì)飲水安全的要求也越來(lái)越高。隨著外出旅游的人越來(lái)越多，旅游景點(diǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施也亟待提高，有些高山景點(diǎn)也急需解決供水問(wèn)題。因此設(shè)置多級(jí)加壓泵站也成了在所難免的事情。多級(jí)加壓泵站的電氣及自動(dòng)化設(shè)計(jì)是一個(gè)難題，怎樣設(shè)計(jì)不但科學(xué)合理而且經(jīng)濟(jì)安全是設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮和解決的問(wèn)題。下面我就從具體項(xiàng)目入手討論多級(jí)加壓泵站的電氣及自動(dòng)化設(shè)計(jì)。

一、項(xiàng)目概況

某景區(qū)供水工程由取水工程、凈水工程、管道工程三部分組成。取水工程有取水泵站1 座（規(guī)模80m3/h，海拔高度180m），取水二級(jí)泵站1 座（規(guī)模80m3/h，海拔高度400m），取水管道2094m。凈水工程有水廠1座，日處理能力1600m3，海拔高度655m。配水管道4849m。配水二級(jí)泵站1 座（規(guī)模10.7m3/h，海拔高度1040m），配水加壓管道3247m。山頂高位水池（容量約100m3，海拔高度1380m）。

二、電氣設(shè)計(jì)

1.確定負(fù)荷等級(jí)

本工程供水區(qū)域以旅游資源為核心，無(wú)工業(yè)用水，以居民及游客生活用水為主，服務(wù)對(duì)象主要為游客及旅游地常住人口。根據(jù)用水性質(zhì)及規(guī)范要求，本工程負(fù)荷等級(jí)定為二級(jí)。本工程電源引自景區(qū)內(nèi)電網(wǎng)，取水泵站、取水二級(jí)泵站、凈水廠、輸水二級(jí)泵站分別引來(lái)一路10KV 電源，并在凈水廠設(shè)1 臺(tái)移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)，以保證二級(jí)負(fù)荷供電。

2.負(fù)荷容量及電源選擇

取水泵站的主要用電設(shè)備有2 臺(tái)110KW 取水泵，一用一備；2 臺(tái)15KW 低速卷?yè)P(yáng)機(jī)，一用一備；還有起吊、照明、自動(dòng)化設(shè)備等?？傆?jì)算負(fù)荷134.8KW，選用1 臺(tái)容量為200KVA 的箱式變電站，變壓器負(fù)荷率為73.2%。選擇箱式變電站不僅省去了變配電房，節(jié)省投資，而且方便施工。

取水二級(jí)泵站的主要用電設(shè)備有2 臺(tái)160KW 加壓泵，一用一備；還有起吊、照明、自動(dòng)化設(shè)備等。總計(jì)算負(fù)荷174.3KW，選用1 臺(tái)容量為250KVA 的箱式變電站，變壓器負(fù)荷率為75.8%。

凈水廠的主要用電設(shè)備有2 臺(tái)55KW 加壓泵，一用一備；1 套7.5KW 自動(dòng)供水設(shè)備；還有加藥系統(tǒng)、加氯系統(tǒng)、石灰乳投加系統(tǒng)、起吊、照明、自動(dòng)化設(shè)備等?？傆?jì)算負(fù)荷90.33KW，選用1 臺(tái)容量為125KVA 的室外桿上式變壓器，變壓器負(fù)荷率為72.9%。

配水二級(jí)泵站的主要用電設(shè)備有2 臺(tái)45KW 加壓泵，一用一備；還有起吊、照明、自動(dòng)化設(shè)備等?？傆?jì)算負(fù)荷58.6KW，選用1 臺(tái)容量為80KVA 的箱式變電站，變壓器負(fù)荷率為79.6%。

本多級(jí)加壓泵站有四級(jí)加壓及一個(gè)凈水廠，供電較分散，考慮經(jīng)濟(jì)性，考慮用移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源，結(jié)合各加壓泵站及凈水廠的負(fù)荷計(jì)算及電機(jī)的啟動(dòng)要求，本次選擇1 臺(tái)常載功率460KW 的移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)組。

3.供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)工程特點(diǎn)，各泵站、凈水廠距離較遠(yuǎn)，在各泵站分別設(shè)置箱式變電站，減少線路損耗。在凈水廠設(shè)置一桿上式變壓器，高壓電源自架空終端桿引至桿上變壓器，在引入處加裝跌落式熔斷器及避雷器。配電柜安裝在配電室內(nèi)。因凈水廠基本在中間位置，移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)組平時(shí)放置在凈水廠內(nèi)，哪里出現(xiàn)電源故障時(shí)就將移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)至故障點(diǎn)供電，在各泵站、凈水廠的低壓總進(jìn)線柜設(shè)置雙電源切換開(kāi)關(guān)，手動(dòng)切換，方便移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)組的接入。

4.控制方式

本次取水泵及加壓泵的功率均較大，從節(jié)能考慮，結(jié)合工藝專業(yè)的要求，取水泵及加壓泵均采用變頻控制器控制。其余小功率設(shè)備均采用全壓直接起動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以通過(guò)就地控制箱切換就地控制和遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程控制由PLC 控制器完成。

三、自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循可靠性、先進(jìn)性、開(kāi)放性等原則。各泵站按無(wú)人值守方式設(shè)計(jì)。自動(dòng)化系統(tǒng)主控制器選用目前國(guó)內(nèi)外水行業(yè)中廣泛運(yùn)用的可編程序邏輯控制器（PLC）。

2.自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式

在凈水廠的綜合樓設(shè)置中央控制室，內(nèi)設(shè)監(jiān)控主機(jī)、打印機(jī)、顯示大屏幕、不間斷電源（UPS）、光纖網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及無(wú)線傳輸終端。在凈水廠的配電室設(shè)一套PLC 控制站（PLC1 控制站），監(jiān)控范圍包括一體化水處理設(shè)備、清水池、加藥間、加氯間、加壓泵房、自動(dòng)供水設(shè)備等全廠設(shè)備。

在取水泵站、取水二級(jí)泵站、配水二級(jí)泵站各設(shè)1套由PLC 控制器組成的遠(yuǎn)程控制終端，分別稱為RTU1、RTU2、RTU3，分別監(jiān)控各自對(duì)應(yīng)泵站的所有設(shè)備及儀表。

在山頂高位水池設(shè)超聲波液位計(jì)、電磁流量計(jì)及無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸終端，將液位、流量信號(hào)遠(yuǎn)程傳輸至各RTU 站及PLC1 控制站，通過(guò)水池液位信號(hào)聯(lián)鎖控制水泵啟停。

3.通訊方式

由于取水泵站、取水二級(jí)泵站、凈水廠、配水二級(jí)泵站、山頂高位水池彼此距離較遠(yuǎn)，信息采用無(wú)線遠(yuǎn)程傳輸方式或光纖通信方式。無(wú)線通信方式采用GSM、GPRS、3G、4G 等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，在各RTU 控制站及PLC1 控制站設(shè)無(wú)線通訊模塊，在凈水廠的中控室設(shè)無(wú)線傳輸終端，信息傳輸采用冗余碼進(jìn)行差錯(cuò)控制。為了提高通信的可靠性，同時(shí)可以利用電信公司的公用光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行光纖通信。平時(shí)正常通訊采用無(wú)線通信方式，無(wú)線通信發(fā)生故障時(shí)則采用光纖通訊方式。

4.在線檢測(cè)儀表設(shè)計(jì)

為了及時(shí)準(zhǔn)確地掌握水量及其變化過(guò)程，通過(guò)工藝要求的液位、壓力等參數(shù)聯(lián)鎖控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，提高管理水平，在重要工藝環(huán)節(jié)設(shè)置了在線監(jiān)測(cè)儀表，以采集相關(guān)工藝參數(shù)。在線檢測(cè)儀表的設(shè)置如下：

根據(jù)工藝需要及控制邏輯要求選擇合適的在線監(jiān)測(cè)儀表，檢測(cè)參與控制的各種水質(zhì)參數(shù)和物理參數(shù)。

在取水泵站設(shè)置液位檢測(cè)，在出水管設(shè)壓力變送器和電磁流量計(jì)檢測(cè)出水壓力及流量。

在各級(jí)加壓泵站在出水總管安裝電磁流量計(jì)和壓力變送器，在調(diào)節(jié)池設(shè)超聲波液位計(jì)，將流量、壓力、液位信號(hào)接入對(duì)應(yīng)的RTU 控制系統(tǒng)中。

在凈水廠設(shè)電磁流量計(jì)、濁度計(jì)、PH 計(jì)、余氯分析儀、壓力變送器、超聲波液位計(jì)，將信號(hào)接入PLC1 控制站中。

5.視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)

在取水泵站、凈水廠、各級(jí)加壓站、山頂高位水池分別設(shè)一套視頻監(jiān)控系統(tǒng)，為正常生產(chǎn)及經(jīng)營(yíng)管理提供輔助手段和工具。

在單體內(nèi)配置網(wǎng)絡(luò)槍機(jī)，在室外配置網(wǎng)絡(luò)球機(jī)。凈水廠的加氯間的攝像機(jī)采用防爆型、加藥間的攝像機(jī)采用防腐型。

為了完成云臺(tái)、鏡頭的控制及報(bào)警處理的需要，在中控室配置視頻監(jiān)控管理主機(jī)及網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)。在取水泵站、各級(jí)加壓站、山頂高位水池分別設(shè)置網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)，采用就地存儲(chǔ)的模式。在取水泵站、各級(jí)加壓站、山頂高位水池及凈水廠的中控室分別設(shè)置無(wú)線傳輸終端，實(shí)現(xiàn)各泵站、山頂高位水池及凈水廠之間視頻監(jiān)控信號(hào)的傳輸并可使凈水廠中控室遠(yuǎn)程控制各監(jiān)控?cái)z像機(jī)。

四、結(jié)語(yǔ)

多級(jí)加壓泵站的電氣及自動(dòng)化設(shè)計(jì)不但要考慮當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)實(shí)力、運(yùn)行管理要求、人員綜合水平等實(shí)際情況，而且還應(yīng)該考慮電氣及自動(dòng)化系統(tǒng)的防雷、接地及其他安全措施，設(shè)計(jì)時(shí)就努力做到技術(shù)合理、安全可靠。尤其是農(nóng)村地區(qū)及高山景點(diǎn)，電氣設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到用地緊張、一般沒(méi)有雙回路10KV 電源的情況，自控設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮各控制站之間合理的通訊方式。做好多級(jí)加壓泵站的電氣及自動(dòng)化設(shè)計(jì)，從源頭上保證了多級(jí)加壓泵站的安全性和可靠性，為保障供水安全提供了技術(shù)支持。