(湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學院機電工程系，湖北 武漢430070）

張 紅(貴州電力職業(yè)技術(shù)學院機電系，貴州 貴陽551417）

某大型泵站原裝機10×1600kW，在設(shè)計工況下的流量為190m3／s，灌溉流量40m3／s，工程集提排、提灌、自灌于一體。由于建設(shè)年代較早，系統(tǒng)控制方式落后，泵站更新改造后裝機10×1800kW，設(shè)計排水流量210m3／s。實施雙回路6kV供電、單母線分段、母聯(lián)柜聯(lián)接的主接線方案。站用變壓器為2臺SCB8-630／6／0．4干式電機／變壓器。泵站新建了2層中控樓，第1層設(shè)置有單獨的高低壓配電室和站用電機／變壓器室；第2層為中控室，布置有機組自動化屏、公用屏、輔機屏、直流屏、模擬屏、視頻監(jiān)視和監(jiān)控設(shè)備。主機勵磁柜布置在主廠房。下面，筆者對泵站綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計研究進行闡述。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

泵站綜合自動化系統(tǒng)由10套機組自動化屏、1套公用自動化屏、1套輔機自動化屏、2臺工控機、多臺攝像機、矩陣切換器、彩色背投屏組成(見圖1），圖中Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言，通過該協(xié)議，控制器之間、控制器和其他設(shè)備之間可以通信。

圖1 泵站綜合自動化系統(tǒng)方案圖

2 機組自動化屏

機組自動化屏由微機控制保護單元、溫度測量單元(溫度巡檢儀）、電參量測量單元(電力監(jiān)測儀）等組成。機組自動化屏原理示意圖如圖2所示。可編程序控制器(Programming Logic Controller，PLC）是一個良好的自動控制平臺，其內(nèi)部具有輸出繼電器、保持繼電器、計數(shù)器、計時器、A／D（D／A）轉(zhuǎn)換器及輸入輸出信號顯示，可代替常規(guī)的電流、電壓信號、中間繼電器等實現(xiàn)自鎖、互鎖、順序、延時等控制。PLC的全部模塊采用標準化模件，系統(tǒng)中所有操作均采用Modbus協(xié)議，將控制指令發(fā)送給PLC，PLC開關(guān)量輸出控制繼電器閉合，從而按用戶程序完成控制命令，達到對泵站的高低壓油泵、真空泵、冷卻泵等的啟?？刂埔约芭拈T、電動閥門的開關(guān)控制。下面對其中幾種主要裝置進行闡述。

圖2 機組自動化屏原理圖

2．1 微機控制保護單元

微機控制保護單元提供電機主保護和電機后備保護。

1）電機主保護 其功能包括差動速斷保護、兩側(cè)2段三相式定時限過流保護(其中一側(cè)可以帶復合電壓閉鎖及方向）、比例差動保護、過負荷保護、零序過電壓閉保護、過勵磁保護、瓦斯及過溫保護。該裝置包括以下主要邏輯回路，即裝置整組啟動回路、斷線閉鎖回路和二次諧波閉鎖回路。電機主保護原理圖如圖3所示。

圖3 電機主保護原理圖

2）電機后備保護 其功能包括2段定時限過流保護、2段定時限欠壓保護、1段定時限電流不對稱保護、1段定時限過壓保護、1段定時限／反時限過負荷保護、1段失步保護和2段定時限／反時限負序過流保護。該裝置還包括PT斷線判別邏輯回路，其工作原理如下，即三相電壓之和(為與外部的PT比例系數(shù)匹配，還需乘上一個零序系數(shù)）大于PT斷線電壓定值或零序電壓小于PT斷線電壓定值，滿足上述2個條件中的任意1個后延時10s報母線PT斷線，發(fā)運行異常告警信號，PT斷線期間自動退出低電壓保護，待電壓恢復正常后該保護也自動恢復正常。

2．2 溫度測量單元(溫度巡檢儀）

溫度測量單元對電動機運行過程中機組振動趨勢、壓力脈動趨勢進行監(jiān)視，當上述趨勢變化速率超過限值時發(fā)出報警信號。溫度測量單元測量對象包括定子線圈溫度(6個測量點）、推力軸承瓦溫度(4個測量點）、上導瓦溫度(2測量點）、下導瓦溫度(2個測量點）、上導油缸溫度(1個測量點）、下導油缸溫度(1個測量點）。儀表面板布置如圖4所示。

2．3 電參量測量單元

電參量測量單元集可編程電量測量、數(shù)字顯示、數(shù)字通訊和多種輸入、輸出功能于一體，可測量電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能等數(shù)據(jù)，上述數(shù)據(jù)可以通過RS-485通訊口采用Modbus協(xié)議讀取。

圖4 溫度巡檢儀面板圖

3 輔機自動化屏

輔機自動化屏由PLC、液晶顯示屏、供水泵運行切換開關(guān)、排水泵切換開關(guān)、真空泵切換開關(guān)、高壓油泵切換開關(guān)、低壓油泵切換開關(guān)組成。輔機自動化屏的PLC程序流程圖如圖5所示。

圖5 輔機程序流程圖

4 公用自動化屏

公用自動化屏由PLC、電參量測量單元、微機保護單元、運行切換開關(guān)組成。微機保護單元包括1＃進線保護單元、2＃進線保護單元、1＃站變保護單元、2＃站變保護單元和母聯(lián)保護單元。電參量測量單元包括1＃進線測量單元、2＃進線測量單元、1＃站變測量單元和2＃站變測量單元。電參量測量單元測量的參數(shù)有電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能和無功電能。

此外，系統(tǒng)配備了視頻監(jiān)控設(shè)施，可以將監(jiān)視目標的實時動態(tài)圖象及報警信號通過通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街锌厥?。監(jiān)視點主要設(shè)置在泵站水泵層、聯(lián)軸層、電機層、高壓室、低壓室和中控室、泵站進出水池、主廠房進口、廠區(qū)進口、攔污柵兩側(cè)等處。系統(tǒng)還可以將主管部門或調(diào)度部門的控制命令傳達給中控室的主控計算機，再由中控室的主控計算機下達執(zhí)行命令，實行遠程控制。

5 結(jié) 語

針對泵站綜合自動化控制系統(tǒng)的建設(shè)和改造問題，采用目前流行的開放式分層分布式結(jié)構(gòu)，對泵站綜合自動化系統(tǒng)進行了總體設(shè)計。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)自動采集分析和實時顯示功能，自動完成對主機及輔機控制操作與狀態(tài)監(jiān)視。此外，該系統(tǒng)具有可擴充的通訊接口，可根據(jù)需要和全省水情測報系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)進行通信。實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)設(shè)計安全可靠、方便實用。