泵站电气自动化的必要性和设计思路

摘要：排水泵站作为市政建设和管理工程的主要设施，担负着城市排水防涝的重要任务。目前国内大部分的泵站的控制和管理还处于相当落后的状况，与国外相比具有很大的差异，所以必须对现有泵站电气自动化提出更高要求。文章阐述了我国目前泵站对电气自动化需求，泵站自动化典型设计的必要性和设计基本思路。

关键词：排水泵站；电气自动化；典型设计

排水泵站（简称泵站）作为市政建设和管理工程的主要设施，担负着城市排水防涝的重要任务。从目前国内大部分的泵站控制和管理来看还是处于相当落后的状况，与国外相比具有很大的差异。在电气控制上，自动化监控程度低，大部分的泵站仅有单级的常规控制。在管理水平上，大部分泵站的管理记录和统计都是手工操作，泵站控制和管理没有形成区域化的网络，所以必须对现有泵站电气自动化提出更高的要求。向国外无人化泵站监控管理发展，以达到减员增效和提高管理水平的目的。

一、泵站电气自动化在泵站的需求

1．泵站电气设备的自动控制、测量、保护、监视、通讯方面。其内容包括：泵站高压送、变电系统；泵站0.4kV配电系统；泵站直流系统；主机励磁系统；电机的综合保护系统。

2．泵站及重要辅机系统的自动控制、测量、保护、监视、通讯方面。其内容包括：为主机配套的油系统的控制（例如：水泵叶片调节压力油系统、快速闸门液（油）压操作系统、润滑油系统、齿轮箱冷却油系统等）；为主机配套的气系统的控制（为真空破坏阀（虹吸式泵站）所配的低压气系统、为水泵叶片调节配套的压力油及其它气动工具用的中压储能气系统）；泵站水系统（为主机组配套的冷却水系统、泵站排水系统和消防用水系统等）。

3．各种非电量的自动测量、监视、通讯方面。其内容如下：水工安全方面的位移、沉降、扬压力、应力等各种监测；水文、水位、水情、水量、水质等各种监测；各种温度、湿度的监测；绝缘监测；各闸门开度、荷重等监测。

4．泵站内、外部的通讯网络、办公自动化、保安消防系统。

5．全站的视频监视系统及视频信息上传。根据以上纳入自动化系统的各项需求，将其进行分类、集成。按照流程框图要求设计自动化监控系统，使系统具备以下功能：控制、保护与调节功能；数据采集与处理功能；设备运行在线监视功能；事故预告与报警功能；数据远传与系统管理功能。

二、泵站电气自动化典型设计的必要性

自上世纪90年代开始。随着计算机技术的迅速发展和成熟，泵站自动化技术获得了一定的发展。但是纵观全国各地泵站自动化实施现状仍存在不少问题。由于自动化及信息化技术发展迅速，而相关设计院的自动化设计力量往往配备不足，近年来泵站工程的前期设计方案通常由开发商和设计院共同完成。而开发商又没有可供参考的标准规范，对泵站自动化的真正需求了解不深，致使设计的泵站自动化系统和现实需要脱节。需求分析缺乏深度泵站自动化属于工业自动化范畴。与小型水电站自动化比较相近，但也有其自身的特点。I/O点的配置、参数的设置。检测控制的重点对象应紧密结合泵站运行管理实际需要来确定。不少开发商将泵站开停机操作理解为泵站自动化，结果用大量的配置将泵站的柜前操作移至计算机屏幕前的鼠标操作。对泵站自动化内在的需求没有分析透彻。泵站的励磁系统问题、保护问题、水力监测问题、经济运行问题故障诊断问题、主机与辅机的配合问题、生产管理问题及信息化问题等等才是泵站自动化的核心需要。不少泵站对此没有引起足够重视。

泵站自动化是一门综合了泵站技术、计算机技术、网络通信技术和控制技术等多学科的高科技新生事物但由于泵站自动化起步较晚，积累的经验不多又没有相应的标准和规范。泵站自动化的投资规模、设备的档次和范围、监测控制对象、速度和精度软件的配置、功能设置、数据库定义、与信息化系统的接口标准、协议、与智能设备的接口等都迫切需要一个典型的参考或相对统一的规定。在暂时没有标准规范的情况下组织进行泵站自动化典型设计是十分必要的。

大中型泵站类型不多。同容量同类型的泵站自动化需求基本相同。可以根据泵站电机的容量等级、水泵结构、辅机配置等分成少数几种等级或类别。自动化的基本需求也可以分成几种类别。不同的类别可以根据泵站的重要程度和可能投资力度分成几个档次，然后根据类别和档次分别进行典型设计。

三、泵站自动化典型设计的基本思路

面向需求的典型设计泵站自动化绝不仅仅是机组开停机自动化，泵站自动化由泵站生产管理实际需求来确定。泵站及泵站的生产、管理人员应该做什么、期望泵站自动化代替人工做什么、自动化能够为泵站做些什么、哪些是重点必须做的、哪些是非重点的都要进行认真分析。如泵站水位流量监测控制、泵站效率控制、泵站励磁调节控制、泵站无功控制、泵站振动噪声空蚀监测控制、温度控制、泵站保护、故障和事故预警、泵站辅机及附属配套设备监测控制、视频监控需求、管理系统信息交换等等。泵站对自动化的需求是复杂的也是无止境的。典型设计要在充分分析需求的基础上。分出轻重缓急，分出可能与不可能，分出效率面向需求量体裁衣。作出切合泵站实际需要的典型设计。

1．面向信息的典型设计。泵站信息作为水利信息化的基础节点，可提供信息化的基础信息典型设计要充分挖掘和提取泵站关键信息为信息化系统提供标准的实时动态信息。泵站也只有通过典型设计才能较好地做到这一点。

2．基于准标准化的典型设计。泵站自动化还没有相应的标准和规范，但典型设计可以起到一个标准性的作用，可以较为普遍地应用。如800kW立式同步电动机拖动的泵站推力瓦布设几个温度传感器。电量监测是采用电量传感器还是通过交流采样，由计算机计算还是直接采用多功能电表等，可通过典型设计基本固定下来，使典型设计起到部分标准和规范的作用以供参考，从而使大型泵站自动化具有整体性和整齐性。

3．基于模块化的典型设计。虽然大中型泵站类型不多，变化不大，但各个泵站还是存在机组台数和形式的区别。典型设计可以设计出若干个模块应用到所有泵站之中。整个泵站综合自动化系统就是由数个基本模块通过积木式叠加组合而成。

泵站综合自动化的基本模块可分为泵站监控层及网络模块、水力监测模块、泵站机组LCU模块、泵站辅机LCU模块、微机励磁模块、泵站公用LCU模块。泵站清污机LCU模块、泵站防洪闸（节制闸）LCU模块、泵站工程安全自动监测模块、视频监控模块办公管理模块等。模块化设计是将泵站自动化作为一个产品整体考虑。同时又使之具有较大的灵活性。可以适用于同类型的所有泵站。可以避免因缺乏标准而盲目追求高投入和高配置以及设计功能不全的问题。如机组LCU模块就是一个内部不可分割的模块。内部的PLC传感器、电源、T/o接口端子、继电器等都是确定的，端口也是确定的。每个模块都包括确定的硬件配置。软件配置和功能配置。

三、结语

在泵站的实际运行中，泵站自动化控制流程设计正确与否，实际上是由流程图决定的，所以确定流程图时需要征求有关专业方面的意见，对流程进行必要的补充和修正，使其真正与泵站的实际操作情况相符，从而保证泵站机组的安全运行，泵站自动化典型设计与泵站自动化改造是利用现代科学技术武装泵站大幅度提高泵站现代化管理水平的重要举措。如何将泵站自动化工作做好，真正发挥现代科学技术的作用是摆在我们面前的一个重要的现实问题。

作者简介：陈导（1981－），男，广东平远人，供职于惠州市惠州大堤管理处，研究方向：水利工程。