０ 引言

通過(guò)對(duì)泵站智能電磁流量計(jì)優(yōu)化選型及監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)進(jìn)行研究，一方面可以有效幫助人們掌握當(dāng)前泵站中已有的智能電磁流量計(jì)類型，明確智能電磁流量計(jì)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(kāi)發(fā)，也能為落實(shí)泵站監(jiān)督管理工作、有效提高其監(jiān)控自動(dòng)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(jì)優(yōu)化選型及監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)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(jì)灌溉面積與提水流量分別超過(guò)３４６ｋｍ２和２１ｍ３／ｓ，總裝機(jī)及樁機(jī)容量分別為１１８臺(tái)和２０００００ｋＷ，總揚(yáng)程接近７１３ｍ，分１３級(jí)。工程規(guī)模等級(jí)為大（２）型Ⅱ級(jí)，地震設(shè)防烈度為Ⅶ度。其內(nèi)部現(xiàn)有智能電磁流量計(jì)眾多，包括主電機(jī)、站用變壓器以及各種一次智能電磁流量計(jì)與二次智能電磁流量計(jì)等，但由于泵站工程在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行下，其中部分智能電磁流量計(jì)存在老化失修等問(wèn)題，因此使得當(dāng)前泵站內(nèi)的部分智能電磁流量計(jì)也出現(xiàn)老化、運(yùn)行效率較低、耗能較大等問(wèn)題。加之泵站一直以來(lái)采用人工監(jiān)控管理的方式，整體監(jiān)控效率相對(duì)較低，也直接影響著泵站整體運(yùn)行實(shí)效的全面提升，故而需要重新對(duì)泵站智能電磁流量計(jì)進(jìn)行優(yōu)化選型，并積極研發(fā)高性能的泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。

 

２泵站智能電磁流量計(jì)優(yōu)化選型分析

２．１主電動(dòng)機(jī)

在對(duì)泵站中的主電動(dòng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化選型時(shí)，要求工作人員充分結(jié)合泵站電源容量、電壓等級(jí)等實(shí)際情況，結(jié)合具體傳動(dòng)方式與水泵轉(zhuǎn)速等，有效完成電動(dòng)機(jī)的合理選型，并確定其具體容量與轉(zhuǎn)速等各項(xiàng)重要參數(shù)，其中確定泵站電動(dòng)機(jī)功率是關(guān)鍵。泵的功率即電動(dòng)機(jī)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(shí)間內(nèi)泵輸送的液體從中獲取的有效能量Ｐｅ。在確定電動(dòng)機(jī)功率時(shí)需要使用如下公式：

 

 

上式中，Ｑ、Ｈ與η分別表示泵的流量、揚(yáng)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(dòng)機(jī)運(yùn)行安全，在對(duì)電動(dòng)機(jī)較優(yōu)功率進(jìn)行選擇時(shí)，還需要工作人員預(yù)留出一定安全余量，通過(guò)利用計(jì)算功率Ｐｊ確定具體電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)功率為１８．５～５５ｋＷ，安全系數(shù)應(yīng)�。保保�；若電動(dòng)機(jī)功率超過(guò)５５ｋＷ，對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)應(yīng)當(dāng)設(shè)定為１．１。出于節(jié)能降耗、低碳環(huán)保的考量，同時(shí)為便于后續(xù)對(duì)泵站的自動(dòng)化控制，本項(xiàng)目在對(duì)泵用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行選型時(shí)，將其功率設(shè)定為２００ｋＷ，并設(shè)計(jì)搭配使用高性能的專業(yè)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，其電機(jī)中心高度為４００ｍｍ。

 

２．２站用變壓器

在對(duì)泵站中的站用變壓器進(jìn)行優(yōu)化選型時(shí)，工作人員同樣需要結(jié)合泵站工作實(shí)際以及國(guó)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(dòng)機(jī)的負(fù)荷系數(shù)、效率以及功率因數(shù)，Ｐｅｄ表示站用電動(dòng)機(jī)總功率。為了能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器節(jié)能運(yùn)行，在選型過(guò)程中還需對(duì)其負(fù)載進(jìn)行充分考慮。一般情況下，將變壓器負(fù)載率控制在０．５～０．６，被許多人認(rèn)為此時(shí)的變壓器較具節(jié)能性。但經(jīng)過(guò)深入分析后，發(fā)現(xiàn)將變壓器負(fù)載率設(shè)定在０．５～０．６時(shí)會(huì)使得站用變壓器選型容量明顯增加，進(jìn)而大大增加泵站年運(yùn)行成本費(fèi)用。因此在該泵站工程中，可以適當(dāng)將變壓器負(fù)載率提高至０．７，以有效保障其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。而按照具體類型來(lái)看，當(dāng)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(diǎn)，因此在選型時(shí)也需要工作人員結(jié)合實(shí)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(jì)

２．３．１一次智能電磁流量計(jì)優(yōu)化選型

在泵站當(dāng)中，通常還需要使用包括高壓與低壓開(kāi)關(guān)器以及熔斷器等在內(nèi)的其他一次智能電磁流量計(jì)，其主要應(yīng)用目的在于對(duì)泵站電網(wǎng)進(jìn)行有效控制和安全保護(hù)，因此工作人員也應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)此類一次智能電磁流量計(jì)優(yōu)化選型的重視力度。例如在進(jìn)行熔斷器的優(yōu)化選型時(shí)，要求其在保護(hù)前后兩級(jí)時(shí)的時(shí)間差不得超過(guò)０．５ｓ。如果泵站電路在３～３５６ｋＶ，則熔斷器只負(fù)責(zé)對(duì)功率較小的電路、電壓互感器提供相應(yīng)的保護(hù)。而對(duì)于其他泵站電路，則需要將其串聯(lián)至電路中，同時(shí)搭配使用其他開(kāi)關(guān)，以真正發(fā)揮熔斷器的智能電磁流量計(jì)保護(hù)效用［２］。而在泵站斷路器的優(yōu)化選型時(shí)，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(zhǎng)期持續(xù)工作電流值。對(duì)于不超過(guò)３５ｋＶ電壓等級(jí)且要求進(jìn)行戶內(nèi)安裝的，泵站應(yīng)當(dāng)優(yōu)選真空斷路器，以此有效保障斷路器具有較高的運(yùn)行安全可靠性，并有助于延長(zhǎng)斷路器的使用壽命。

 

２．３．２二次智能電磁流量計(jì)優(yōu)化選型

在泵站當(dāng)中，通常需要使用各種二次智能電磁流量計(jì)，如電流表與電能表等測(cè)量裝置、各種保護(hù)裝置等，用于有效測(cè)量、監(jiān)控保護(hù)泵站一次智能電磁流量計(jì)。由于以往二次智能電磁流量計(jì)在泵站中分布相對(duì)分散，為工作人員控制泵站二次智能電磁流量計(jì)并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)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(jì)優(yōu)化選型中，選擇使用四合一微機(jī)集控裝置。該裝置通過(guò)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)與集成化技術(shù)等，將控制與測(cè)量裝置、保護(hù)裝置、信號(hào)裝置進(jìn)行有機(jī)集成，使之統(tǒng)一集中在同一集控臺(tái)中，便可以在有效幫助工作人員在實(shí)現(xiàn)集中控制的同時(shí)，有效避免占用過(guò)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(jī)集控裝置的有效性，其在優(yōu)化選型中也需要對(duì)接口選用、終端分辨率等進(jìn)行相應(yīng)考量，包括使用與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)用其他各種先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，以此有效提高泵站二次智能電磁流量計(jì)的應(yīng)用效能，使其可以更好地保障泵站安全穩(wěn)定運(yùn)行。

 

２．４監(jiān)測(cè)保護(hù)智能電磁流量計(jì)

在泵站電氣系統(tǒng)當(dāng)中所使用的監(jiān)測(cè)保護(hù)智能電磁流量計(jì)通常指電壓與電流互感器，目的在于幫助工作人員實(shí)時(shí)精準(zhǔn)監(jiān)控泵站電氣系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，從而使得工作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的異常或故障，進(jìn)而立即進(jìn)行解決。因此，監(jiān)測(cè)保護(hù)智能電磁流量計(jì)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(guó)１０ｋＶ泵站戶內(nèi)，多選用澆筑式電流互感器，而超過(guò)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(shí)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(dāng)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(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)還需要符合如下公式：

 

 

２．５載流導(dǎo)體與絕緣智能電磁流量計(jì)

在泵站的電力系統(tǒng)當(dāng)中，通常還需要使用各種載流導(dǎo)體與絕緣智能電磁流量計(jì)，其中較為常見(jiàn)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(dòng)機(jī)與變壓器等各種智能電磁流量計(jì)，負(fù)責(zé)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(dāng)具備較高的導(dǎo)電性能與機(jī)械強(qiáng)度。表２展示的就是當(dāng)前常用的幾種母線材料的優(yōu)缺點(diǎn)。

 

 

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(duì)于不足３５ｋＶ的泵站，則可以選擇使用硬母線�？紤]到母線的截面形狀對(duì)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(guò)綜合考量，該泵站中較終選用具有較大周長(zhǎng)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(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)分析

３．１系統(tǒng)硬件

３．１．１上位機(jī)系統(tǒng)

本文設(shè)計(jì)研發(fā)的泵站監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分主要由上位機(jī)系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控級(jí)共同構(gòu)成。其中上位機(jī)系統(tǒng)主要通過(guò)利用監(jiān)控計(jì)算機(jī)對(duì)泵站供水流量、電流與電量以及水泵整體運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，并及時(shí)采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，將其同步在監(jiān)控計(jì)算機(jī)中，便于監(jiān)控人員根據(jù)實(shí)際需要集中控制被控對(duì)象。在參考相關(guān)結(jié)合資料后，本文設(shè)計(jì)的上位機(jī)系統(tǒng)主要包括各種專業(yè)監(jiān)控軟件、工作計(jì)算機(jī)以及現(xiàn)場(chǎng)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(jì)。

 

 

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

 

３．１．２現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控級(jí)

在本文設(shè)計(jì)的泵站監(jiān)控系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控級(jí)的主要構(gòu)成對(duì)象為現(xiàn)場(chǎng)中的各個(gè)控制單元ＬＣＵ，用于自動(dòng)采集與監(jiān)控對(duì)象有關(guān)的各模擬量、開(kāi)關(guān)量與脈沖量，例如泵站在使用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控級(jí)測(cè)量水位中，設(shè)計(jì)使用如圖２所示的沉入纜式靜壓液位計(jì)。

 

 

具有較高的穩(wěn)定性與抗腐蝕能力。其在實(shí)際運(yùn)行中用于動(dòng)態(tài)、精準(zhǔn)測(cè)量泵站進(jìn)出水池的水位時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控級(jí)的作用下，所有自動(dòng)采集得到的水位信號(hào)將被統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，隨后立即輸送至上位機(jī)中，經(jīng)由轉(zhuǎn)換裝置將上位機(jī)接收到的電信號(hào)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(dāng)下泵站進(jìn)出水池的水位情況。

 

３．１．３監(jiān)控對(duì)象

本文所設(shè)計(jì)的泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)主要將離心泵、電動(dòng)蝶閥等作為監(jiān)控對(duì)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(dòng)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(jì)。在管道中安裝電動(dòng)蝶閥的目的在于對(duì)水流流量進(jìn)行適時(shí)切斷與自動(dòng)調(diào)節(jié)。在該泵站中設(shè)計(jì)使用電機(jī)功率為８０Ｗ，工作行程在０°～９０°，靈敏度為±０．５％～±５％ＦＳ的電動(dòng)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(jì)的泵站監(jiān)控系統(tǒng)軟件運(yùn)用了具有較高通用性的監(jiān)控組態(tài)軟件，其集設(shè)計(jì)控制、現(xiàn)場(chǎng)操作等于一身，有助于提高系統(tǒng)監(jiān)控管理成效。同時(shí)，軟件具備存儲(chǔ)速度快、存儲(chǔ)容量大等優(yōu)勢(shì)性能，也能夠有效滿足泵站工作人員的實(shí)際使用需求。在運(yùn)用軟件時(shí)，泵站工作人員在直接進(jìn)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(cè)，而后使用注冊(cè)的賬號(hào)正式登錄進(jìn)入系統(tǒng)中，此時(shí)系統(tǒng)界面中將會(huì)直接顯示出整個(gè)泵站的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況。工作人員只需要根據(jù)自身實(shí)際需要，點(diǎn)擊相應(yīng)的功能鍵選擇水泵運(yùn)行方式、監(jiān)測(cè)智能電磁流量計(jì)等，系統(tǒng)將會(huì)直接在界面中直觀、精準(zhǔn)地顯示出水泵的具體運(yùn)行方式和各監(jiān)測(cè)智能電磁流量計(jì)的運(yùn)行曲線等。而工作人員可以結(jié)合實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行修改、查詢等操作，由此有效完成對(duì)泵站的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。

 

４結(jié)語(yǔ)

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