藺家壩泵站工程電氣設(shè)計及自動化控制研究

引言

藺家壩泵站工程位于江蘇銅山,其一期工程建設(shè)設(shè)計流量75m3/s,選用2800ZGo25-2.0型后置燈泡貫流泵4臺,水泵葉輪直徑2.85mm,單機設(shè)計流量25m3/s,單機配套功率1250kw,總裝機容量5000kw。

1水力機械分析

1.1水力機械設(shè)備材料

根據(jù)藺家壩泵站的流量設(shè)計,泵站裝機4臺。水泵葉輪中心安裝高程26.50m,電動機與水泵采用行星齒輪箱傳動方式,轉(zhuǎn)動比為1:6.25。主廠房內(nèi)安裝1臺320/50kN的橋式起重機,橋機跨度13.50m。藺家壩泵站水力機械設(shè)備材料如表1所示。

表1藺家壩泵站水力機械設(shè)備材料

1.2泵站結(jié)構(gòu)分析

泵站供水系統(tǒng)僅考慮機組的技術(shù)用水,供水對象有:水泵組合軸承、齒輪箱軸承以及葉片調(diào)節(jié)機構(gòu)的油冷卻器、主軸填料密封等。供水系統(tǒng)擬從流道進水側(cè)取水,通過供水泵直接向機組供水,技術(shù)供水總管與生活區(qū)供水塔相連通。

排水系統(tǒng)由滲漏排水和檢修排水兩部分組成。機組各種冷卻水、工作用水、滲漏水集中排放到集水井后,再由安裝在水泵層上的兩臺滲漏排水泵排出。滲漏排水泵選用150TosG20-33/5型潛水深井泵2臺。檢修排水是在機組檢修時排出單泵流道內(nèi)的積水和上下游檢修閘門的漏水,選用250TosG125-32/2型潛水深井泵2臺。

油系統(tǒng)主要有透平油系統(tǒng)和油處理系統(tǒng)組成。透平油系統(tǒng)由高壓油系統(tǒng)和潤滑油系統(tǒng)組成。高壓油系統(tǒng)主要用于葉片調(diào)節(jié)機構(gòu)操作用油,全站共設(shè)4套調(diào)節(jié)機構(gòu),共用2套油壓裝置,其裝置由設(shè)備廠配置。潤滑油系統(tǒng)主要用于機組軸承潤滑和齒輪箱用油,4臺機組潤滑用油總量約為300.01/mn,油壓為0.2～0.4MPa。

2電氣系統(tǒng)設(shè)計

藺家壩泵站工程用電負荷等級為二級。泵站配置T1250-8/1180型同步電動機4臺(1臺備用）,單機功率1250kw,額定電壓10kV,配wK1F-11D/2微機型勵磁系統(tǒng),總裝機容量5000kw。

該工程從220kV桃園變電所35kV兩組母線上各引1回35kV電源線,導線型號為1GJ-185,兩回路同桿架設(shè),長度約為16km。另由藺家壩35kV變電所引1回10kV施工電源線,工程建成后作為生活區(qū)供電電源,導線型號為1GJ-70,長度約為8.5km。

泵站配置sCB9-6300/35×(1±5）%/10.5kV型主變壓器和sC9-400/35×(1±5）%/0.4kV型站用變壓器各2臺。變電所35kV配電裝置選用KYN10-40.5型金屬封閉手車式開關(guān)柜,共12臺:10kV配電裝置選用KYN28B-12鎧裝中置式金屬封閉開關(guān)柜,共9臺:0.4kV配電裝置選用GHD5（MNs）型抽屜式開關(guān)柜,共11臺。

35kV變電所采用屋內(nèi)式,站、變合一的管理方式,共分3層,布置在主廠房南側(cè)的副廠房中。一層主要布置主變壓器、站用變壓器、10kV開關(guān)柜、0.4kV開關(guān)柜、直流電源屏、勵磁系統(tǒng)裝置和現(xiàn)地監(jiān)控屏(1CU）:二層主要布置35kV開關(guān)柜、通信遠動設(shè)備、微機型保護裝置屏、計算機監(jiān)控設(shè)備和其他輔助設(shè)備:三層主要設(shè)置電工試驗室、維修室、工具室、會議室、辦公室、接待室和活動室等輔助性房間。

沿泵站35kV架空線路全線架設(shè)0PGw復合光纖作避雷線,并兼作與電力系統(tǒng)調(diào)度通信的信道。在35kV終端桿、35kV母線、10kV母線及10kV真空斷路器柜內(nèi)各裝設(shè)一組氧化鋅避雷器,作為變電所雷電侵入波和操作過電壓的保護措施。

該工程設(shè)置一套智能型直流電源裝置供電氣設(shè)備的操作保護用,其額定電壓為DC220V,容量為100Ah:通信電源設(shè)置一套額定電壓為DC48V,容量為150Ah的智能型直流電源系統(tǒng)。

3自動化控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1自動化系統(tǒng)的組成

藺家壩泵站與調(diào)度層主要交換音頻、視頻等數(shù)據(jù)類型,因東線一期工程總體自動化系統(tǒng)在本階段尚未確定,故對總體自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)暫按高速以太網(wǎng)考慮,傳輸媒介為光纖。為實現(xiàn)與調(diào)度層的聯(lián)絡(luò),在該工程主控級的2臺光端交換機上分別預留一個傳輸速率為1000MB/s的接口,主控級通信服務(wù)器通過此接口與調(diào)度層聯(lián)絡(luò)。

南水北調(diào)東線工程為有償供水,對工程管理效率要求較高,故設(shè)置泵站計算機綜合自動化系統(tǒng),以實現(xiàn)"無人值班、少人值守"目標,達到減人增效的目的。從整體結(jié)構(gòu)來看,藺家壩泵站工程自動化系統(tǒng)主要由計算機監(jiān)控系統(tǒng)、工程自動監(jiān)測系統(tǒng)和視頻監(jiān)視系統(tǒng)3部分組成,如圖1所示。

圖1自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓撲圖

3.1.1計算機監(jiān)視系統(tǒng)

計算機監(jiān)視系統(tǒng)對泵站主機組、公用及輔機、高低壓配電設(shè)備的運行進行監(jiān)控,并提供設(shè)備運行統(tǒng)計、操作指導等輔助功能。

3.1.2工程自動監(jiān)測系統(tǒng)

工程自動監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建該泵站運行管理單位辦公局域網(wǎng)的硬件平臺,完成生產(chǎn)運行和管理信息的存儲和發(fā)布工作,并提供數(shù)據(jù)查詢和外傳的接口,如圖2所示。

圖2工程自動監(jiān)測系統(tǒng)拓撲圖

3.1.3視頻監(jiān)視系統(tǒng)

計算機監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象主要有:4套主機組、2臺主變壓器、2臺站用變壓器、35kV和10kV母線、35kV和10kV側(cè)電壓互感器、油壓系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、防洪閘門、清污機、快速閘門、直流電源系統(tǒng)和機組勵磁系統(tǒng)等。自動監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測對象主要有:泵站上、下游水位,單泵機組流量及揚程,工程運行時的揚壓力及土壓力等。

視頻監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視對象有:上、下游水面:防洪閘啟閉機房、主廠房各層設(shè)備、燈泡體內(nèi)機組、貯油間、變電站各層內(nèi)的設(shè)備:電纜夾層、電纜豎井、電纜隧道:安裝間、檢修橋、交通橋、攔污柵、防洪閘門、副廠房門前道路、廠區(qū)大門和廠區(qū)道路等處的實時情況。

3.2自動化系統(tǒng)設(shè)備組成和功能分析

泵站綜合自動化系統(tǒng)采用分層分布開放式結(jié)構(gòu),由主控級、現(xiàn)地控制層級組成,兩者間的通信采用具有冗余功能的環(huán)形光纖以太網(wǎng)。主控級主要設(shè)工程師/操作員工作站(2臺,互為冗余）、自動監(jiān)測主機、網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)打印機和視頻硬盤錄像機:現(xiàn)地控制層級設(shè)10臺以P1C為核心的控制屏,其中機組現(xiàn)地監(jiān)控屏4塊、公用(變電所及輔機）監(jiān)控屏1塊、快速門監(jiān)控屏1塊、事故門監(jiān)控屏1塊、防洪閘門監(jiān)控屏1塊、清污機監(jiān)控屏2塊。

自動化系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集與處理、屏幕顯示、制表打印、遠方監(jiān)控、遠方/現(xiàn)地啟停操作、葉片自動調(diào)節(jié)、機組效率計算、場景遙視、系統(tǒng)自診斷、語音報警、各對象運行狀態(tài)實時監(jiān)視等功能,可實現(xiàn)遙控、遙調(diào)、遙視、遙測、遙信,可實現(xiàn)"無人值班、少人值守"目標。

4結(jié)語

藺家壩泵站綜合自動化控制系統(tǒng)安裝完成后,先后經(jīng)歷了泵站機組試運行、江蘇段試通水運行以及南水北調(diào)東線試運行檢驗。從實踐應(yīng)用效果來看,該泵站綜合自動化控制系統(tǒng)整體運行情況良好,數(shù)據(jù)采集準確,達到了設(shè)計的預期目的,可實現(xiàn)遙控、遙調(diào)、遙視、遙測、遙信,可實現(xiàn)"無人值班、少人值守"目標,同時創(chuàng)造了較好的社會、經(jīng)濟效益。