０ 引言

通過對泵站智能電磁流量計優(yōu)化選型及監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)進行研究，一方面可以有效幫助人們掌握當前泵站中已有的智能電磁流量計類型，明確智能電磁流量計優(yōu)化選型的方法；另一方面，積極探究泵站監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)，也能為落實泵站監(jiān)督管理工作、有效提高其監(jiān)控自動化程度提供相應(yīng)的參考。

 

１泵站概況

為更好地研究泵站智能電磁流量計優(yōu)化選型及監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)，本文以甘肅省景泰川電力提灌二期工程為例。該泵站工程屬于引黃灌溉工程，設(shè)計灌溉面積與提水流量分別超過３４６ｋｍ２和２１ｍ３／ｓ，總裝機及樁機容量分別為１１８臺和２０００００ｋＷ，總揚程接近７１３ｍ，分１３級。工程規(guī)模等級為大（２）型Ⅱ級，地震設(shè)防烈度為Ⅶ度。其內(nèi)部現(xiàn)有智能電磁流量計眾多，包括主電機、站用變壓器以及各種一次智能電磁流量計與二次智能電磁流量計等，但由于泵站工程在長時間運行下，其中部分智能電磁流量計存在老化失修等問題，因此使得當前泵站內(nèi)的部分智能電磁流量計也出現(xiàn)老化、運行效率較低、耗能較大等問題。加之泵站一直以來采用人工監(jiān)控管理的方式，整體監(jiān)控效率相對較低，也直接影響著泵站整體運行實效的全面提升，故而需要重新對泵站智能電磁流量計進行優(yōu)化選型，并積極研發(fā)高性能的泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)。

 

２泵站智能電磁流量計優(yōu)化選型分析

２．１主電動機

在對泵站中的主電動機進行優(yōu)化選型時，要求工作人員充分結(jié)合泵站電源容量、電壓等級等實際情況，結(jié)合具體傳動方式與水泵轉(zhuǎn)速等，有效完成電動機的合理選型，并確定其具體容量與轉(zhuǎn)速等各項重要參數(shù)，其中確定泵站電動機功率是關(guān)鍵。泵的功率即電動機傳至泵軸的功率，代表著泵的輸入功率ＰＢ；而其輸出功率即為單位時間內(nèi)泵輸送的液體從中獲取的有效能量Ｐｅ。在確定電動機功率時需要使用如下公式：

 

 

上式中，Ｑ、Ｈ與η分別表示泵的流量、揚程與效率，ρ與ｇ分別為泵送液體的密度及重力加速度。為保障電動機運行安全，在對電動機較優(yōu)功率進行選擇時，還需要工作人員預(yù)留出一定安全余量，通過利用計算功率Ｐｊ確定具體電動機功率，即：

 

Ｐｊ＝ＫＰＢ

式中，Ｋ代表著安全系數(shù)。一般情況下，如果電動機功率在１８．５ｋＷ以內(nèi)，則安全系數(shù)取值應(yīng)為１．２５［１］；如果電動機功率為１８．５～５５ｋＷ，安全系數(shù)應(yīng)取１．１５；若電動機功率超過５５ｋＷ，對應(yīng)的安全系數(shù)應(yīng)當設(shè)定為１．１。出于節(jié)能降耗、低碳環(huán)保的考量，同時為便于后續(xù)對泵站的自動化控制，本項目在對泵用電動機進行選型時，將其功率設(shè)定為２００ｋＷ，并設(shè)計搭配使用高性能的專業(yè)電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)，其電機中心高度為４００ｍｍ。

 

２．２站用變壓器

在對泵站中的站用變壓器進行優(yōu)化選型時，工作人員同樣需要結(jié)合泵站工作實際以及國家相關(guān)規(guī)程要求，規(guī)范完成站用變壓器的優(yōu)化選型。在容量選擇中，需要使用如下公式：

 

 

式中，Ｋ、η和ｃｏｓ?分別表示主電動機的負荷系數(shù)、效率以及功率因數(shù)，Ｐｅｄ表示站用電動機總功率。為了能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器節(jié)能運行，在選型過程中還需對其負載進行充分考慮。一般情況下，將變壓器負載率控制在０．５～０．６，被許多人認為此時的變壓器較具節(jié)能性。但經(jīng)過深入分析后，發(fā)現(xiàn)將變壓器負載率設(shè)定在０．５～０．６時會使得站用變壓器選型容量明顯增加，進而大大增加泵站年運行成本費用。因此在該泵站工程中，可以適當將變壓器負載率提高至０．７，以有效保障其運行經(jīng)濟性。而按照具體類型來看，當前站用變壓器主要分為三種類型，分別為干式變壓器、油浸式變壓器以及全密封變壓器，其各自具備如表１所示的優(yōu)缺點，因此在選型時也需要工作人員結(jié)合實際需要，擇優(yōu)選用本站變壓器。

 

 

２．３一次與二次智能電磁流量計

２．３．１一次智能電磁流量計優(yōu)化選型

在泵站當中，通常還需要使用包括高壓與低壓開關(guān)器以及熔斷器等在內(nèi)的其他一次智能電磁流量計，其主要應(yīng)用目的在于對泵站電網(wǎng)進行有效控制和安全保護，因此工作人員也應(yīng)當加強對此類一次智能電磁流量計優(yōu)化選型的重視力度。例如在進行熔斷器的優(yōu)化選型時，要求其在保護前后兩級時的時間差不得超過０．５ｓ。如果泵站電路在３～３５６ｋＶ，則熔斷器只負責對功率較小的電路、電壓互感器提供相應(yīng)的保護。而對于其他泵站電路，則需要將其串聯(lián)至電路中，同時搭配使用其他開關(guān)，以真正發(fā)揮熔斷器的智能電磁流量計保護效用［２］。而在泵站斷路器的優(yōu)化選型時，則需要充分考慮其工作電壓、工作電流，通常要求斷路器的允許工作電壓較大值不得小于回路工作電壓值，斷路器的額定電流值不得小于回路長期持續(xù)工作電流值。對于不超過３５ｋＶ電壓等級且要求進行戶內(nèi)安裝的，泵站應(yīng)當優(yōu)選真空斷路器，以此有效保障斷路器具有較高的運行安全可靠性，并有助于延長斷路器的使用壽命。

 

２．３．２二次智能電磁流量計優(yōu)化選型

在泵站當中，通常需要使用各種二次智能電磁流量計，如電流表與電能表等測量裝置、各種保護裝置等，用于有效測量、監(jiān)控保護泵站一次智能電磁流量計。由于以往二次智能電磁流量計在泵站中分布相對分散，為工作人員控制泵站二次智能電磁流量計并對其進行運維管理等增加了一定難度。因此本泵站工程在二次智能電磁流量計優(yōu)化選型中，選擇使用四合一微機集控裝置。該裝置通過利用計算機技術(shù)與集成化技術(shù)等，將控制與測量裝置、保護裝置、信號裝置進行有機集成，使之統(tǒng)一集中在同一集控臺中，便可以在有效幫助工作人員在實現(xiàn)集中控制的同時，有效避免占用過多土地資源并較大限度地降低工作量。但為了保障四合一微機集控裝置的有效性，其在優(yōu)化選型中也需要對接口選用、終端分辨率等進行相應(yīng)考量，包括使用與國際標準相符合的通用型ＲＳ－４８Ｓ接口，要求終端顯示的分辨率為３６．５～５８．５，在此基礎(chǔ)上靈活運用其他各種先進科學技術(shù)，以此有效提高泵站二次智能電磁流量計的應(yīng)用效能，使其可以更好地保障泵站安全穩(wěn)定運行。

 

２．４監(jiān)測保護智能電磁流量計

在泵站電氣系統(tǒng)當中所使用的監(jiān)測保護智能電磁流量計通常指電壓與電流互感器，目的在于幫助工作人員實時精準監(jiān)控泵站電氣系統(tǒng)的實際運行情況，從而使得工作人員能夠及時發(fā)現(xiàn)其中存在的異常或故障，進而立即進行解決。因此，監(jiān)測保護智能電磁流量計的優(yōu)化選型同樣十分重要。以泵站中的電流互感器優(yōu)化選型為例，通常在我國１０ｋＶ泵站戶內(nèi)，多選用澆筑式電流互感器，而超過３５ｋＶ的泵站或是戶外用電流互感器，則多選用抗外界干擾性能更好的支持式瓷箱油浸絕緣電流互感器。在實際選型中，要求電流互感器的回路一次持續(xù)工作電流值不得小于其一次線圈額定電流，而電流互感器工作電壓的較大值應(yīng)當為電流互感器額定電流的１．１～１．５倍。此外，電流互感器的動穩(wěn)定校驗還需要符合如下公式：

 

 

２．５載流導體與絕緣智能電磁流量計

在泵站的電力系統(tǒng)當中，通常還需要使用各種載流導體與絕緣智能電磁流量計，其中較為常見的包括母線、電力電纜與絕緣子等。以泵站中的母線優(yōu)化選型為例，母線連接泵站電動機與變壓器等各種智能電磁流量計，負責完成電能的匯集以及分配傳輸。考慮到泵站的特殊性，其選用的母線應(yīng)當具備較高的導電性能與機械強度。表２展示的就是當前常用的幾種母線材料的優(yōu)缺點。

 

 

結(jié)合表２的分析結(jié)果，該泵站較終選擇使用銅與鋁材料相互結(jié)合的母線，即銅芯鋁絞線，搭配使用多股銅絞線，將其應(yīng)用在泵站３５ｋＶ以上的戶外配電裝置中。對于不足３５ｋＶ的泵站，則可以選擇使用硬母線。考慮到母線的截面形狀對母線載流量乃至整體使用性能均具有直接的影響作用，因此經(jīng)過綜合考量，該泵站中較終選用具有較大周長和良好散熱性能的矩形截面形狀的母線，６ｋＶ與０．４ｋＶ側(cè)選用ＴＭＹ－８０×８與ＴＭＹ－１２５×１０母線。

 

３泵站監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計分析

３．１系統(tǒng)硬件

３．１．１上位機系統(tǒng)

本文設(shè)計研發(fā)的泵站監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分主要由上位機系統(tǒng)與現(xiàn)場監(jiān)控級共同構(gòu)成。其中上位機系統(tǒng)主要通過利用監(jiān)控計算機對泵站供水流量、電流與電量以及水泵整體運行狀態(tài)等進行實時監(jiān)控管理，并及時采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，將其同步在監(jiān)控計算機中，便于監(jiān)控人員根據(jù)實際需要集中控制被控對象。在參考相關(guān)結(jié)合資料后，本文設(shè)計的上位機系統(tǒng)主要包括各種專業(yè)監(jiān)控軟件、工作計算機以及現(xiàn)場ＰＬＣ柜等重要構(gòu)件。其中，ＰＬＣ控制柜主要由柜體、ＰＬＣ、變頻器和接觸器等構(gòu)成，并在控制柜面板中設(shè)置了電流表、指示燈等其他相關(guān)控件［３］。圖１即控制柜的主回路設(shè)計。

 

 

ＰＬＣ在實際運行過程中，首先需要進行自診斷，判斷其各項功能均與規(guī)定要求相符合后，需要進行通信處理并完成掃描輸入工作。此時ＰＬＣ將嚴格按照既定程序進行執(zhí)行操作，較后對程序進行刷新后，重新返回第一條指令，對上述執(zhí)行過程進行循環(huán)重復。

 

３．１．２現(xiàn)場監(jiān)控級

在本文設(shè)計的泵站監(jiān)控系統(tǒng)中，現(xiàn)場監(jiān)控級的主要構(gòu)成對象為現(xiàn)場中的各個控制單元ＬＣＵ，用于自動采集與監(jiān)控對象有關(guān)的各模擬量、開關(guān)量與脈沖量，例如泵站在使用現(xiàn)場監(jiān)控級測量水位中，設(shè)計使用如圖２所示的沉入纜式靜壓液位計。

 

 

具有較高的穩(wěn)定性與抗腐蝕能力。其在實際運行中用于動態(tài)、精準測量泵站進出水池的水位時，在現(xiàn)場監(jiān)控級的作用下，所有自動采集得到的水位信號將被統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成電信號，隨后立即輸送至上位機中，經(jīng)由轉(zhuǎn)換裝置將上位機接收到的電信號統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息后，直接顯示在終端顯示器中，使得工作人員可以直觀、清晰地了解當下泵站進出水池的水位情況。

 

３．１．３監(jiān)控對象

本文所設(shè)計的泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)主要將離心泵、電動蝶閥等作為監(jiān)控對象。表３展示的就是該泵站使用的水泵主要性能參數(shù)。

泵站中使用的電動蝶閥是一種利用以閥軸作為旋轉(zhuǎn)軸的閥瓣或蝶板，完成閥門啟閉的智能電磁流量計。在管道中安裝電動蝶閥的目的在于對水流流量進行適時切斷與自動調(diào)節(jié)。在該泵站中設(shè)計使用電機功率為８０Ｗ，工作行程在０°～９０°，靈敏度為±０．５％～±５％ＦＳ的電動蝶閥，其額定工作扭矩為１００Ｎ／ｍ。

 

 

３．２系統(tǒng)軟件

本文所設(shè)計的泵站監(jiān)控系統(tǒng)軟件運用了具有較高通用性的監(jiān)控組態(tài)軟件，其集設(shè)計控制、現(xiàn)場操作等于一身，有助于提高系統(tǒng)監(jiān)控管理成效。同時，軟件具備存儲速度快、存儲容量大等優(yōu)勢性能，也能夠有效滿足泵站工作人員的實際使用需求。在運用軟件時，泵站工作人員在直接進入監(jiān)控系統(tǒng)后，需要根據(jù)自身的權(quán)限完成用戶注冊，而后使用注冊的賬號正式登錄進入系統(tǒng)中，此時系統(tǒng)界面中將會直接顯示出整個泵站的實時運行情況。工作人員只需要根據(jù)自身實際需要，點擊相應(yīng)的功能鍵選擇水泵運行方式、監(jiān)測智能電磁流量計等，系統(tǒng)將會直接在界面中直觀、精準地顯示出水泵的具體運行方式和各監(jiān)測智能電磁流量計的運行曲線等。而工作人員可以結(jié)合實際情況對其進行修改、查詢等操作，由此有效完成對泵站的實時監(jiān)控管理。

 

４結(jié)語

總而言之，在泵站工程中，工作人員需要根據(jù)泵站的實際情況與運行要求，嚴格依照國家相關(guān)規(guī)程規(guī)定，合理選擇與之相適宜的各項智能電磁流量計，并從運行成本、耗能、工作可靠性等諸多方面進行充分考量，實現(xiàn)對泵站智能電磁流量計的優(yōu)化選型。此外，工作人員也還需要主動運用各種現(xiàn)代化的監(jiān)控裝置與先進的控制技術(shù)，積極構(gòu)建完善的泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)，以便可以更好地保障泵站實現(xiàn)長久穩(wěn)定、安全可靠運行。