泵站综合自动化系统设计研究

(湖北水利水电职业技术学院机电工程系，湖北 武汉430070）

张 红(贵州电力职业技术学院机电系，贵州 贵阳551417）

某大型泵站原装机10×1600kW，在设计工况下的流量为190m3／s，灌溉流量40m3／s，工程集提排、提灌、自灌于一体。由于建设年代较早，系统控制方式落后，泵站更新改造后装机10×1800kW，设计排水流量210m3／s。实施双回路6kV供电、单母线分段、母联柜联接的主接线方案。站用变压器为2台SCB8-630／6／0．4干式电机／变压器。泵站新建了2层中控楼，第1层设置有单独的高低压配电室和站用电机／变压器室；第2层为中控室，布置有机组自动化屏、公用屏、辅机屏、直流屏、模拟屏、视频监视和监控设备。主机励磁柜布置在主厂房。下面，笔者对泵站综合自动化系统设计研究进行阐述。

1 系统总体设计

泵站综合自动化系统由10套机组自动化屏、1套公用自动化屏、1套辅机自动化屏、2台工控机、多台摄像机、矩阵切换器、彩色背投屏组成(见图1），图中Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言，通过该协议，控制器之间、控制器和其他设备之间可以通信。

图1 泵站综合自动化系统方案图

2 机组自动化屏

机组自动化屏由微机控制保护单元、温度测量单元(温度巡检仪）、电参量测量单元(电力监测仪）等组成。机组自动化屏原理示意图如图2所示。可编程序控制器(Programming Logic Controller，PLC）是一个良好的自动控制平台，其内部具有输出继电器、保持继电器、计数器、计时器、A／D（D／A）转换器及输入输出信号显示，可代替常规的电流、电压信号、中间继电器等实现自锁、互锁、顺序、延时等控制。PLC的全部模块采用标准化模件，系统中所有操作均采用Modbus协议，将控制指令发送给PLC，PLC开关量输出控制继电器闭合，从而按用户程序完成控制命令，达到对泵站的高低压油泵、真空泵、冷却泵等的启停控制以及拍门、电动阀门的开关控制。下面对其中几种主要装置进行阐述。

图2 机组自动化屏原理图

2．1 微机控制保护单元

微机控制保护单元提供电机主保护和电机后备保护。

1）电机主保护 其功能包括差动速断保护、两侧2段三相式定时限过流保护(其中一侧可以带复合电压闭锁及方向）、比例差动保护、过负荷保护、零序过电压闭保护、过励磁保护、瓦斯及过温保护。该装置包括以下主要逻辑回路，即装置整组启动回路、断线闭锁回路和二次谐波闭锁回路。电机主保护原理图如图3所示。

图3 电机主保护原理图

2）电机后备保护 其功能包括2段定时限过流保护、2段定时限欠压保护、1段定时限电流不对称保护、1段定时限过压保护、1段定时限／反时限过负荷保护、1段失步保护和2段定时限／反时限负序过流保护。该装置还包括PT断线判别逻辑回路，其工作原理如下，即三相电压之和(为与外部的PT比例系数匹配，还需乘上一个零序系数）大于PT断线电压定值或零序电压小于PT断线电压定值，满足上述2个条件中的任意1个后延时10s报母线PT断线，发运行异常告警信号，PT断线期间自动退出低电压保护，待电压恢复正常后该保护也自动恢复正常。

2．2 温度测量单元(温度巡检仪）

温度测量单元对电动机运行过程中机组振动趋势、压力脉动趋势进行监视，当上述趋势变化速率超过限值时发出报警信号。温度测量单元测量对象包括定子线圈温度(6个测量点）、推力轴承瓦温度(4个测量点）、上导瓦温度(2测量点）、下导瓦温度(2个测量点）、上导油缸温度(1个测量点）、下导油缸温度(1个测量点）。仪表面板布置如图4所示。

2．3 电参量测量单元

电参量测量单元集可编程电量测量、数字显示、数字通讯和多种输入、输出功能于一体，可测量电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能等数据，上述数据可以通过RS-485通讯口采用Modbus协议读取。

图4 温度巡检仪面板图

3 辅机自动化屏

辅机自动化屏由PLC、液晶显示屏、供水泵运行切换开关、排水泵切换开关、真空泵切换开关、高压油泵切换开关、低压油泵切换开关组成。辅机自动化屏的PLC程序流程图如图5所示。

图5 辅机程序流程图

4 公用自动化屏

公用自动化屏由PLC、电参量测量单元、微机保护单元、运行切换开关组成。微机保护单元包括1＃进线保护单元、2＃进线保护单元、1＃站变保护单元、2＃站变保护单元和母联保护单元。电参量测量单元包括1＃进线测量单元、2＃进线测量单元、1＃站变测量单元和2＃站变测量单元。电参量测量单元测量的参数有电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能和无功电能。

此外，系统配备了视频监控设施，可以将监视目标的实时动态图象及报警信号通过通讯网络传输到中控室。监视点主要设置在泵站水泵层、联轴层、电机层、高压室、低压室和中控室、泵站进出水池、主厂房进口、厂区进口、拦污栅两侧等处。系统还可以将主管部门或调度部门的控制命令传达给中控室的主控计算机，再由中控室的主控计算机下达执行命令，实行远程控制。

5 结 语

针对泵站综合自动化控制系统的建设和改造问题，采用目前流行的开放式分层分布式结构，对泵站综合自动化系统进行了总体设计。该系统具有数据自动采集分析和实时显示功能，自动完成对主机及辅机控制操作与状态监视。此外，该系统具有可扩充的通讯接口，可根据需要和全省水情测报系统联网进行通信。实际应用表明，该系统设计安全可靠、方便实用。