摘 要：中、小型泵站承擔(dān)著區(qū)域性防洪、排澇、灌溉、調(diào)水和供水等重任，為解決資源性缺水、工程性缺水和水質(zhì)性缺水問(wèn)題起著非常重要的作用。小型低壓泵站智能系統(tǒng)的應(yīng)用能夠促進(jìn)泵站技術(shù)及其現(xiàn)代管理水平的提高，實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班、少人值守”的管理方式，此外還可以促進(jìn)泵站可靠性、穩(wěn)定性以及安全性的大幅度提高，減小泵站的運(yùn)行成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：小型；低壓泵站；智能系統(tǒng)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TH38 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）18-0207-02

前 言

隨著科技的發(fā)展，工農(nóng)行業(yè)對(duì)機(jī)電設(shè)備的要求越來(lái)越高，在此背景下泵站也取得了飛速的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2004年底，在機(jī)電排灌工程中，泵站總裝機(jī)容量已接近8000萬(wàn)kW，占全國(guó)農(nóng)用總動(dòng)力的1/4強(qiáng)。機(jī)電排灌設(shè)施效益總面積5.6億畝，其中提灌面積4.98億畝，全國(guó)的有效灌溉面積為8.385億畝，提灌面積占據(jù)了60%，超過(guò)了自流灌溉面積；提排面積1.89億畝，在全國(guó)總的除澇面積中大約占據(jù)了70%；水輪泵灌溉面積457萬(wàn)畝。由此可見，中國(guó)的機(jī)電排灌效益面積，已占全國(guó)排灌效益總面積的一半以上。此外，城鎮(zhèn)中的污水、雨水以及給水泵站數(shù)量越來(lái)越多。這些泵站工程的實(shí)施，為抗旱灌溉、抗洪排澇、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，確保農(nóng)業(yè)增產(chǎn)，保障城鎮(zhèn)居民生活，促進(jìn)了人們生活質(zhì)量的提高，保證工業(yè)企業(yè)用水，在增加國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起到了非常重要的作用，并取得了顯著地社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

目前，我國(guó)機(jī)電排灌泵站工程具有發(fā)展迅速、種類多、范圍廣以及數(shù)量大等特點(diǎn)。在工程規(guī)模上，以中、小型泵站為主，少量為大型，大、中、小型相結(jié)合。以云南省為例，全省已建灌溉、排水泵站8427座，泵站總裝機(jī)容量達(dá)426.5MW；其中中型灌排泵站16座，泵站裝機(jī)容量為20.9MW，占全省泵站總裝機(jī)容量比例僅為4.9%；小型灌排泵站7911座，泵站裝機(jī)容量為405.6MW，占全省泵站總裝機(jī)容量比例達(dá)95.1%。因此，中、小型泵站承擔(dān)著區(qū)域性防洪、排澇、灌溉、調(diào)水和供水等重任，為解決資源性缺水、工程性缺水和水質(zhì)性缺水問(wèn)題起著非常重要的作用。

但20世紀(jì)60～90年代所建的泵站由于經(jīng)濟(jì)條件、國(guó)家裝備設(shè)備與技術(shù)水平等的限制，在泵站運(yùn)行管理上具有工程效益低、運(yùn)行需要的成本高、高消耗以及存在很多安全隱患等問(wèn)題，不能符合泵站機(jī)組優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定以及安全裕興的需要。

1 泵站自動(dòng)化技術(shù)

在科技快速發(fā)展的背景下，通信、計(jì)算機(jī)以及電子等技術(shù)得到快速發(fā)展，同時(shí)泵站自動(dòng)化水平越來(lái)越高。近年來(lái)，泵站自動(dòng)化已引起了各部門的注意和重視，并成為當(dāng)前我國(guó)機(jī)電灌排行業(yè)推行技術(shù)進(jìn)步的重點(diǎn)之一。在建設(shè)泵站、改造泵站技術(shù)等過(guò)程中，努力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，泵站的運(yùn)行管理要逐步實(shí)行“無(wú)人值班、少人值守”的現(xiàn)代化管理模式。這一管理模式可以促進(jìn)運(yùn)行可靠性的大幅提高，減少人為事故，確保泵站機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，減小泵站建設(shè)成本，促進(jìn)泵站生產(chǎn)效率的提高，加快泵站技術(shù)的快速進(jìn)步，可以大大提高社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

泵站自動(dòng)化系統(tǒng)是通過(guò)計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理、通信、自動(dòng)控制、電子、故障診斷、冗余術(shù)和現(xiàn)代管理等方面的技術(shù)融為一體的系統(tǒng)。對(duì)泵站輸配電線路與設(shè)備等進(jìn)行保護(hù)、控制、測(cè)量以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控以及調(diào)度通信等自動(dòng)功能。利用視頻攝像以及傳感器等方法對(duì)機(jī)組以及相關(guān)輔助設(shè)備、電氣設(shè)備及周邊設(shè)施、水工建筑物和環(huán)境的數(shù)據(jù)和信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)的邏輯判斷與高速度計(jì)算等特點(diǎn)，對(duì)泵站中相關(guān)設(shè)備的操作、運(yùn)行等進(jìn)行控制與實(shí)時(shí)監(jiān)視。

泵站自動(dòng)化系統(tǒng)有著管理運(yùn)行智能化、操作監(jiān)視屏幕化、結(jié)構(gòu)微機(jī)化以及功能綜合化等特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)遵循管理方便、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠以及技術(shù)先進(jìn)等原則，力求該系統(tǒng)的指標(biāo)、性能以及結(jié)構(gòu)等與泵站規(guī)模、泵站在防洪、調(diào)水、排澇和灌溉中的地位相適應(yīng)并符合泵站建設(shè)和計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化學(xué)科方面的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

在泵站中采用自動(dòng)化技術(shù)可全面提高泵站技術(shù)與現(xiàn)代管理水平，并實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班、少人值守”的目標(biāo)。此外，還可以促進(jìn)泵站運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性以及安全性的提升，減小運(yùn)行成本，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的提升。

在《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50265-2010）和《泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控與信息系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》（SL583-2012）中明確規(guī)定了大、中型供、排水泵站對(duì)于自動(dòng)化方面的要求，但對(duì)于水泵機(jī)組、高低壓電氣設(shè)備、輔機(jī)及自動(dòng)化元件等設(shè)備相對(duì)較少且規(guī)模較小的小型低壓泵站，其配置的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)以前采用的基本就是大、中型泵站綜合自動(dòng)化設(shè)備的簡(jiǎn)單化，系統(tǒng)龐大且繁雜，且設(shè)備投資較大，運(yùn)行管理及維護(hù)成本較高，造成不必要的浪費(fèi)。簡(jiǎn)化的大、中型泵站綜合自動(dòng)化設(shè)備，很難適應(yīng)小型低壓泵站自動(dòng)化和信息化發(fā)展的要求。

根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50265-2010）的規(guī)定，灌溉、排水泵站總裝機(jī)功率為1～0.1MW，泵站規(guī)模為小①型；灌溉、排水泵站總裝機(jī)功率<0.1MW，泵站規(guī)模為?、谛?。目前，設(shè)備制造廠家對(duì)于功率小于315kW的水泵機(jī)組普遍采用380V電壓等級(jí)的電動(dòng)機(jī)，對(duì)于功率大于315kW的水泵機(jī)組則采用6kV或10kV電壓等級(jí)的電動(dòng)機(jī)，而采用380V電壓等級(jí)供電的小型低壓水泵機(jī)組在灌溉、排水泵站中應(yīng)用范圍較廣，所占比重較大。因此，采用380V電壓等級(jí)供電的小型低壓泵站自動(dòng)化水平的提高成了十分迫切的問(wèn)題。

2 低壓泵站智能系統(tǒng)

低壓泵站智能系統(tǒng)是專為380V電壓等級(jí)的泵站而設(shè)計(jì)，替代了技術(shù)繁雜、設(shè)備資金投入和運(yùn)行管理及維護(hù)成本較高的大、中型泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，在滿足低壓泵站對(duì)控制設(shè)備的實(shí)用、可靠、經(jīng)濟(jì)的要求基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了智能化的目的，促進(jìn)了泵站自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性、實(shí)用性的增加，減小了對(duì)相關(guān)人員的技術(shù)要求。系統(tǒng)采用泵站智能控制器和泵機(jī)組智能保護(hù)控制器等智能設(shè)備取代PLC，實(shí)現(xiàn)一鍵開機(jī)，智能設(shè)備的快速互換，減少現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，節(jié)省了運(yùn)行、管理及維護(hù)成，具有很高的性能價(jià)格比，是對(duì)小型低壓泵站控制設(shè)備的升級(jí)。

低壓泵站智能系統(tǒng)中包含了站用配電柜、無(wú)功補(bǔ)償柜、泵控制柜、進(jìn)線啟動(dòng)柜、安全預(yù)防系統(tǒng)、泵站智能控制器和泵機(jī)組智能保護(hù)控制器，實(shí)現(xiàn)進(jìn)線保護(hù)、全站泵組的智能控制、機(jī)組保護(hù)與控制、自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償控制、環(huán)境變量（水情、攔污柵狀態(tài)、安全信息等）的監(jiān)視與報(bào)警、水位越限強(qiáng)制開機(jī)、公共信號(hào)采集、基于圖像處理的安全預(yù)防、通信等功能。

低壓泵站智能系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)“一拖一”或“一拖N”啟動(dòng)模式，支持全壓?jiǎn)?dòng)、降壓?jiǎn)?dòng)、軟啟動(dòng)及變頻啟動(dòng)等多種啟動(dòng)方式，應(yīng)急手段完備，在特殊情況下，可采用手動(dòng)全壓?jiǎn)?dòng)，保證在緊急情況下可以開、停泵組。

泵站智能控制器安裝于進(jìn)線啟動(dòng)柜，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)與泵站智能控制器、通信工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，完成全站的智能控制、無(wú)功補(bǔ)償控制、全站的信息采集以及對(duì)進(jìn)線的繼電保護(hù)功能，并負(fù)責(zé)與通信工作站完成相關(guān)信息的交互功能，是智能控制系統(tǒng)的核心。

泵站智能控制器具有以下功能：一鍵啟動(dòng)和停車泵組；電氣量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警；工作泵故障停車時(shí)自動(dòng)投入備用泵；智能無(wú)功補(bǔ)償控制，支持順序投切和循環(huán)投切兩種方式；水位越限報(bào)警功能；水位高或水位高高泵自動(dòng)啟機(jī)功能；水位低泵自動(dòng)停機(jī)功能；兩段復(fù)壓過(guò)流保護(hù)；過(guò)負(fù)荷告警；過(guò)電壓保護(hù)；低電壓保護(hù)；零序電壓保護(hù)；零序電流保護(hù)；公共信號(hào)采集；告警、事故事件記錄；故障錄波及故障分析軟件。

泵機(jī)組智能保護(hù)控制器完成泵的就地自動(dòng)控制以及電動(dòng)機(jī)的繼電保護(hù)功能，是智能控制系統(tǒng)的執(zhí)行單元。

泵機(jī)組智能保護(hù)控制器具有以下功能：就地、遙控自動(dòng)開機(jī)；就地、遙控停車；開停機(jī)受阻自動(dòng)閉鎖與報(bào)警；閘閥自動(dòng)控制；電流速斷保護(hù)；過(guò)流保護(hù)；負(fù)序電流保護(hù)；低電壓保護(hù)；過(guò)電壓保護(hù)；過(guò)負(fù)荷保護(hù)；堵轉(zhuǎn)保護(hù)；過(guò)流閉鎖出口；相電流反時(shí)限保護(hù)；TV斷線監(jiān)視；兩路非電量保護(hù)；告警、事故事件記錄；故障錄波及故障分析軟件。

低壓泵站智能系統(tǒng)具有很強(qiáng)的信息化和可視化功能，通過(guò)傳感器監(jiān)視水位，視頻監(jiān)控安全區(qū)域與安防系統(tǒng)等，利用先進(jìn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，利用計(jì)算機(jī)、手機(jī)等途徑提高泵站管理水平，對(duì)泵站運(yùn)行信息、安全以及水位等進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)測(cè)；此外，低壓泵站智能系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)安全預(yù)警、電氣及非電氣量越限和狀態(tài)量變化主動(dòng)報(bào)警、短信控制、短信查詢狀態(tài)以及短信查詢實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等自動(dòng)化功能。結(jié)合實(shí)際需求，可以將泵站控制系統(tǒng)與當(dāng)?shù)厮畔⒕W(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)而進(jìn)行信息共享，支持泵站群聯(lián)合調(diào)度。此外，還可采用風(fēng)能、光伏互補(bǔ)技術(shù)，供電可靠、環(huán)保，解決非運(yùn)行期安全預(yù)防系統(tǒng)電源供給問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

小型低壓泵站智能系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)施，促進(jìn)了泵站運(yùn)行可靠性、安全性的提升，同時(shí)也提升了泵站的管理水平，降低了工作強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)減人增效的目標(biāo)，縮小了泵站占地面積，降低造價(jià)，減少總投資，使其能適應(yīng)水利現(xiàn)代化大系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的需要。

參考文獻(xiàn)

[1]《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50265-2010）.中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.2010.

[2]《泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控與信息系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》（SL 583-2012）.中華人民共和國(guó)水利部.2012.

[3]泵站工程規(guī)劃設(shè)計(jì)手冊(cè).中國(guó)水利水電出版社，2011.

收稿日期：2018-5-25

作者簡(jiǎn)介：鄭 羽（1977-），男，漢族，云南彌渡人，工程師，大學(xué)本科，主要從事水利水電工程機(jī)電設(shè)計(jì)工作。