蔺家坝泵站工程电气设计及自动化控制研究

引言

蔺家坝泵站工程位于江苏铜山,其一期工程建设设计流量75m3/S,选用2800ZGo25-2.0型后置灯泡贯流泵4台,水泵叶轮直径2.85mm,单机设计流量25m3/S,单机配套功率1250kw,总装机容量5000kw。

1水力机械分析

1.1水力机械设备材料

根据蔺家坝泵站的流量设计,泵站装机4台。水泵叶轮中心安装高程26.50m,电动机与水泵采用行星齿轮箱传动方式,转动比为1:6.25。主厂房内安装1台320/50kN的桥式起重机,桥机跨度13.50m。蔺家坝泵站水力机械设备材料如表1所示。

1.2泵站结构分析

泵站供水系统仅考虑机组的技术用水,供水对象有:水泵组合轴承、齿轮箱轴承以及叶片调节机构的油冷却器、主轴填料密封等。供水系统拟从流道进水侧取水,通过供水泵直接向机组供水,技术供水总管与生活区供水塔相连通。

排水系统由渗漏排水和检修排水两部分组成。机组各种冷却水、工作用水、渗漏水集中排放到集水井后,再由安装在水泵层上的两台渗漏排水泵排出。渗漏排水泵选用150ToSG20-33/5型潜水深井泵2台。检修排水是在机组检修时排出单泵流道内的积水和上下游检修闸门的漏水,选用250ToSG125-32/2型潜水深井泵2台。

油系统主要有透平油系统和油处理系统组成。透平油系统由高压油系统和润滑油系统组成。高压油系统主要用于叶片调节机构操作用油,全站共设4套调节机构,共用2套油压装置,其装置由设备厂配置。润滑油系统主要用于机组轴承润滑和齿轮箱用油,4台机组润滑用油总量约为300.0L/min,油压为0.2～0.4MPa。

2电气系统设计

蔺家坝泵站工程用电负荷等级为二级。泵站配置T1250-8/1180型同步电动机4台（1台备用),单机功率1250kw,额定电压10kV,配wKLF-11D/2微机型励磁系统,总装机容量5000kw。

该工程从220kV桃园变电所35kV两组母线上各引1回35kV电源线,导线型号为LGJ-185,两回路同杆架设,长度约为16km。另由蔺家坝35kV变电所引1回10kV施工电源线,工程建成后作为生活区供电电源,导线型号为LGJ-70,长度约为8.5km。

泵站配置SCB9-6300/35×（1±5)%/10.5kV型主变压器和SC9-400/35×（1±5)%/0.4kV型站用变压器各2台。变电所35kV配电装置选用KYN10-40.5型金属封闭手车式开关柜,共12台:10kV配电装置选用KYN28B-12铠装中置式金属封闭开关柜,共9台:0.4kV配电装置选用GHD5(MNS)型抽屉式开关柜,共11台。

35kV变电所采用屋内式,站、变合一的管理方式,共分3层,布置在主厂房南侧的副厂房中。一层主要布置主变压器、站用变压器、10kV开关柜、0.4kV开关柜、直流电源屏、励磁系统装置和现地监控屏（LCU):二层主要布置35kV开关柜、通信远动设备、微机型保护装置屏、计算机监控设备和其他辅助设备:三层主要设置电工试验室、维修室、工具室、会议室、办公室、接待室和活动室等辅助性房间。

沿泵站35kV架空线路全线架设0PGw复合光纤作避雷线,并兼作与电力系统调度通信的信道。在35kV终端杆、35kV母线、10kV母线及10kV真空断路器柜内各装设一组氧化锌避雷器,作为变电所雷电侵入波和操作过电压的保护措施。

该工程设置一套智能型直流电源装置供电气设备的操作保护用,其额定电压为DC220V,容量为100Ah:通信电源设置一套额定电压为DC48V,容量为150Ah的智能型直流电源系统。

3自动化控制系统设计

3.1自动化系统的组成

蔺家坝泵站与调度层主要交换音频、视频等数据类型,因东线一期工程总体自动化系统在本阶段尚未确定,故对总体自动化系统网络结构暂按高速以太网考虑,传输媒介为光纤。为实现与调度层的联络,在该工程主控级的2台光端交换机上分别预留一个传输速率为1000MB/S的接口,主控级通信服务器通过此接口与调度层联络。

南水北调东线工程为有偿供水,对工程管理效率要求较高,故设置泵站计算机综合自动化系统,以实现"无人值班、少人值守"目标,达到减人增效的目的。从整体结构来看,蔺家坝泵站工程自动化系统主要由计算机监控系统、工程自动监测系统和视频监视系统3部分组成,如图1所示。

3.1.1计算机监视系统

计算机监视系统对泵站主机组、公用及辅机、高低压配电设备的运行进行监控,并提供设备运行统计、操作指导等辅助功能。

3.1.2工程自动监测系统

工程自动监测系统构建该泵站运行管理单位办公局域网的硬件平台,完成生产运行和管理信息的存储和发布工作,并提供数据查询和外传的接口,如图2所示。

3.1.3视频监视系统

计算机监控系统的监控对象主要有:4套主机组、2台主变压器、2台站用变压器、35kV和10kV母线、35kV和10kV侧电压互感器、油压系统、排水系统、供水系统、压缩空气系统、防洪闸门、清污机、快速闸门、直流电源系统和机组励磁系统等。自动监测系统监测对象主要有:泵站上、下游水位,单泵机组流量及扬程,工程运行时的扬压力及土压力等。

视频监视系统监视对象有:上、下游水面:防洪闸启闭机房、主厂房各层设备、灯泡体内机组、贮油间、变电站各层内的设备:电缆夹层、电缆竖井、电缆隧道:安装间、检修桥、交通桥、拦污栅、防洪闸门、副厂房门前道路、厂区大门和厂区道路等处的实时情况。

3.2自动化系统设备组成和功能分析

泵站综合自动化系统采用分层分布开放式结构,由主控级、现地控制层级组成,两者间的通信采用具有冗余功能的环形光纤以太网。主控级主要设工程师/操作员工作站(2台,互为冗余）、自动监测主机、网络通信服务器、网络打印机和视频硬盘录像机:现地控制层级设10台以PLC为核心的控制屏,其中机组现地监控屏4块、公用(变电所及辅机）监控屏1块、快速门监控屏1块、事故门监控屏1块、防洪闸门监控屏1块、清污机监控屏2块。

自动化系统具有数据采集与处理、屏幕显示、制表打印、远方监控、远方/现地启停操作、叶片自动调节、机组效率计算、场景遥视、系统自诊断、语音报警、各对象运行状态实时监视等功能,可实现遥控、遥调、遥视、遥测、遥信,可实现"无人值班、少人值守"目标。

4结语

蔺家坝泵站综合自动化控制系统安装完成后,先后经历了泵站机组试运行、江苏段试通水运行以及南水北调东线试运行检验。从实践应用效果来看,该泵站综合自动化控制系统整体运行情况良好,数据采集准确,达到了设计的预期目的,可实现遥控、遥调、遥视、遥测、遥信,可实现"无人值班、少人值守"目标,同时创造了较好的社会、经济效益。