泵站中电气自动化控制的应用探析

泵站中电气自动化控制的应用探析

孙浩洋

山东协和学院 济南 250109

摘 要: 我国的水资源分布呈现南北分布不均匀的空间特点， 为改善我国水资源的开发与利用情况， 1979 年我国正式提出兴建把长江水引到黄河以北的南水北调工程。目前， 南水北调工程形成了以" 四横三纵" 为主体的整体布局， 实现了水资源的合理利用， 解决了我国北方地区的水资源短缺问题。但南水北调工程对泵站机组运行的可靠性、稳定性与经济型提出了更高的要求， 这也导致对泵站中电器的自动化控制有了更高的要求。

关键词: 泵站; 综合自动化; 控制系统; 监控系统

1 研究背景

泵站的基本是由泵房、管道、进出水建筑物以及变电站组成。它的作用是实现远距离调水、灌溉、城市供水、排涝、航运补水等。泵站的发展促使着我国的工农业发展与国民经济水平的提升。20 世纪 60 年代初期， 我国第一所大型泵站江苏江都一站的修建标志着我国的大型泵发展已进入萌芽期， 80 年代初期我国大型泵站的建设进行一个快速发展期。这段时期我国水利规划水平与大型水泵制造技术显著提升， 但依旧存在这效率过低等实际问题。80 年代中后期， 我国大型泵站的主要发展方向为技术改造。20 世纪 90 年代， 我国大型泵站的建设进行稳步发展阶段。目前我国已经初步形成了大型泵站为主体、以中小型泵站为基础的泵站体系。广东省清远市的飞来峡水利枢纽于 1994 年开始兴建， 1999 年全部完工。飞来峡水利枢纽作为广东省目前最大的综合性水利枢纽工程， 为广东省的抗洪事业做出了巨大的贡献， 同时该水利枢纽还能够在发电、航运、供水等方面提供帮助， 目前， 飞来峡水利枢纽水库总库容为 19 亿 m3， 月平均发电流量655m3 /s。泵站的自动化控制在我国的发展也可以划分为3 个阶段。起步阶段是指在江苏江都站尝试实施的监控自动化系统， 该实验主要想要实现对江都站内所有设备的集中监控， 从而通过总控室及时准确的了解各设备运行情况并及时进行控制。但在实验过程中由于元器件的质量问题而导致实验终止。随着计算机硬件与软件两种技术的不断提升， 泵站的自动化技术进行完善阶段。这一阶段， 不断有新的自动化设备与技术在泵站的生产中投入使用， 如皂河抽水站投入使用了微机监控技术， 新疆博斯腾湖泵站投入使用了晶体管集中控制装置。这一阶段的自动化技术并非完全成熟， 有一些技术可以保证泵站的安全运行， 但依然存在一些技术由于硬件或软件问题而无法正常使用。应用阶段， 自动化技术在泵站中得到了广泛的应用， 自动化技术使得泵站的安全性、经济性与智能型都得到了明显的提升。

2 自动化控制系统的结构

泵站的自动化系统将计算机技术、自动控制技术、通信技术、故障诊断技术、冗余技术与管理结合在一起， 根据实际情况与生产需求来定制其自身结构框架。该框架基本可分为四个层面， 第一层级是单元层。这一层级是指安装在泵站现场智能设备。这一层级的设备主要负责状态信号与保护信号的采集工作， 变电所、节制闸、主机等设备的现场控制工作以及变压器、主电机等设备的现场保护作用。第二层级是指机组层级， 该层级设置在泵站的总控室内。该层级主要对上一层级首先对收集到的所有数据进行处理、分析、存储以及报表， 其次是完成所有控制指令、保护动作的收集、分析与发布， 然后是以指定方式将泵站的整体数据、设备的运行启动情况呈现出来。第三层级指泵站管理级， 该层级对上一层级的数据进行接收工作同时与下一层级进行数据的发送与指示的接收。第四层级是指决策管理层级， 信息通过公共网络进行传输， 对泵站进行分析、

调度与决策。

3 电气自动化控制的主要问题

3. 1 功能方面

泵站系统的功能需要主要可分为基础功能、高级功能以及修饰性功能三方面。基础功能是指数据采集、机组控制、报警功能以及报表等。高级功能包含应急功能、远程维护功能、自动调节功能。而修饰性功能主要是提升视觉效果、提高操作的便利程度。随着计算机技术与设备技术的不断提升。人们对于泵站的需求也在不断地改变。最初自动化系统的功能是为了减轻人员手工作业的劳动强度， 因此在泵站中设置的自动化设备的功能都是继电保护、巡回检测、数据数据、打印报表、事故报警等功能， 这些自动化技术满足了当时的人民的需求， 但在后期的发展中我们发现许多的设备都存在设备复杂、体型较大、资源难以共享、故障时无法自诊断、必须定期维护的问题。后期随着技术的不断提升， 设备设置问题、体积问题以及资源共享问题都得到了解决， 但计算机系统本身的快速运算、海量存储、逻辑运算等优势并未得到充分的发挥， 从而导致自动化系统的安全性与可靠性的提升迫在眉睫。

3. 2 硬件方面

中国自 20 世纪 60 年代开始修建大型泵站， 目前很多的泵站的运行时间已经超过了 50a， 许多设备老化问题以及损坏问题都比较严重与突出了， 因此出现了设备操作的不灵敏的现象。这也导致出现了许多的安全事故与停机事故。在这些泵站建造的时期， 自动化控制的技术发展也很落后， 给予人们的选择也较少， 许多设备本身就存在一定的设计缺陷， 这些设备的缺陷也在长期的运行与使用中越发明显与突出， 但目前也没有合适的方法取代掉。另一方面， 这些泵站自建成之日起， 长时间做着繁多的灌排工作， 泵站中的电气设备与设施老化问题突出， 他们的效率也随着工作时限的延长而不断的下降， 他所浪费的能源也随着工作时限的增加而不断提升。这些问题导致了整个泵站运行的成本在不断地增加， 但创造的效益却在明显下降。许多泵站的运行问题都十分严重。

5 结 论

随着科学技术的不断发展， 人们对于泵站自动化控制系统的需求也在不断的改变。而正式这些需求才导致自动化控制系统不断进行提升， 在这个过程中， 我们解决了一部分问题， 改善了一部分问题，但同时又创造了一部分问题。正是由于问题不断地出现与解决才使得科学技术的不断发展。

参考文献:

［1］ 张淑芳 . 电气工程及其自动化低压电器中继电器的应用探究［J］ . 建材与装饰， 2019( 25) : 243 － 244.

［2］ 刘强 . 浅论电气工程及其自动化控制系统中 PLC 技术的应用［J］ . 中国设备工程， 2019( 13) : 143 － 144.