城市供水多级加压泵站电气设计优化研究

城市供水多级加压泵站电气设计优化研究

卢大龙

陕西西咸新区水务集团有限公司 陕西省西安市 710000

摘要：当前城市建设规模不断扩大，市政建设规范化要求不断提升情形下，供水系统设计需要满足多场景条件下安全稳定运行要求。多级加压泵站是确保城市供水稳定性的基本保障，在系统设计中，必须要强化新型技术应用要求，做好电气设计优化。本文以某山区城市为例，说明供水系统多级加压泵站电气设计基本内容与自动化系统优化方式，以此为同类项目设计优化提供参考，为提升项目运行稳定性提供坚实保障。

关键词：城市供水；多级加压泵站；电气设计

城市供水多级加压泵站设计中，需要考虑水泵效率、气蚀余量、造价控制及运行安全等各个方面因素[1]。电气设计是泵站保持良好运行状态的基本条件，设计工作开展，必须要遵循规范化、创新性、稳定性要求，确保各项参数能够达到最优化组合，以此在有效提升泵站运行水平基础上，提升供水安全水平。

1、项目概况

某小型景区供水工程，项目地址距离中心城区较远，周边区域环境较为复杂，海拔起伏相对较高，因此供水系统采用多级加压方式建设。工程项目主要由三部分组成：（1）取水工程，包括取水泵站和取水二级泵站各1座。（2）净水工程，建设水厂1座。（3）管道工程，主要包括配水管道、配水加压管道、配水二级泵站、高位水池等设施。

2、电气设计

2.1 负荷等级

电气负荷等级确定是整体设计的起始环节，以本工程项目为例，运行中无需考虑工业用水需求，服务对象主要是当地居民及游客，依照相关规范要求，负荷等级确定为二级。电源直接采用原有电网，泵站、净水厂等设施，各引入10kv电源一路，在净水厂内设置移动式柴油发电机一台，满足二级负荷供电安全稳定需求。

2.2 负荷容量及电源设计

根据项目负荷等级及设计规范要求，各个系统负荷容量确定如下：（1）取水泵站，主要设备包括取水泵及低速卷扬机各2台，起吊、照明及自动化设备等。结合现场情况及技术条件，选择箱式变电站最为合适，能够便于现场施工并有效控制施工成本，但是变压器负荷率应当控制在75%以下，以确保冗余量能够保证泵站安全稳定运行要求。（2）取水二级泵站，主要设备包括加压泵2台，相关附属设施等，同样选择箱式变电站，变压器负荷率应当控制在80%以下。（3）净水厂，主要设备包括加压泵、自动供水设备、加药系统及附属设施等，变压器选择为室外杆上变压器，负荷率控制在75%以下。（4）配水二级泵站，主要设备包括加压泵及附属设施等，选择箱式变电站，负荷率控制在80%以下。由于本项目采用四级加压及一个净水厂设计方案，供电布局较为分散，为确保系统快速启动、稳定运行，采用移动式柴油发电机组作为备用电源。

2.3 供配电系统结构设计

城市供水多级加压泵站建设模式中，各个设施距离相对较远，因此应当采用在各个泵站分散布置变电站方式进行建设，以有效控制线路损耗。在变压器设施中，应当加装跌落式熔断器及避雷器等安全监测防护设备。移动式柴油发电机组布置在净水厂内，并根据系统运行故障要求，转移至故障点，保障正常供电。配电柜布置于配电室内，并设置双电源切换开关，以便于移动式柴油发电机组接入。

2.4 控制方式

当前城市供水系统电气设计工作开展，不仅需要考虑工艺规范方面的要求，同时还应当适应绿色节能理念转变，选择合理的控制方式。以本工程项目设计为例，取水泵和加压泵选用变频控制方式，小功率设备则采用全压直接启动方式，通过就地控制和远程控制相结合的方式，满足系统运行调整要求。

3、自动化系统设计

3.1 设计原则

自动化控制已经成为当前城市供水系统设计的基本方向，在设计工作开展中，应当遵循如下方面原则：（1）可靠性原则，电气自动化控制技术的应用，应当以供水系统可靠运行为基本前提，要能够满足设计范围内用水需求。（2）先进性原则，所采用的技术类型，应当具有先进水平，能够满足市政工程建设绿色节能环保要求。（3）开放性原则，各个子系统接口设计要符合规范，设定适当的冗余量，能够满足系统后续更新优化要求。

3.2 自动化系统结构形式

城市供水多级加压泵站电气自动化整体上采用总分结构进行设计，中央控制室布设在净水厂办公楼中，主要设备包括监控主机、打印机、显示屏、不间断电源及网络传输系统等。监控范围应当覆盖水处理、加压泵房、加药和加氯间、自动化供水设备等各个方面。在取水泵站、取水二级泵站及配水二级泵站等位置，设计基于PLC控制器的远程控制终端，能够实现对所有仪表设备运行状态的监控[2]。在高位水池部位，设计相关监测设备和传感设备，能够实时采集液位、流量等信号，并将信号传输至中央控制室。中央控制系统在接收到各个设备运行数据后，能够准确分析系统运行状态，并发出启停及故障预警信号，便于运维人员合理调整运行状态，做好设备维护工作。

3.3 通讯设计

电气自动化系统的稳定运行，离不开各个环节数据的精准传输，由于各个泵站、高位水池距离中央控制室较远，地形条件较为复杂，因此通讯系统采用无线远程方式进行传输，部分环节可以采用光纤通信方式。信号传输应当以准确性为基本前提，利用冗余码进行差错控制，能够实现特殊场景下传输方式的切换，能够确保信号数据实施、精准传输到位。

3.4 在线监测系统

电气自动化系统运行常会受内外部干扰因素影响，因此在设计方案中，还应当增加合适的在线监测系统。通过对水量、液位、压力等参数的实时监测，采集相关工艺参数，能够更为精准的分析电气负荷状态，及时调整供水系统运行参数，以此确保系统运行安全性。在线监测设备主要包括如下组成部分：（1）取水泵站设计液位检测装置，出水管设计压力和流量检测装置；（2）加压泵站出水总管处，设置流量和压力检测装置；（3）净水厂内设计流量、浊度、余氯、压力、液位等检测装置。上述各种装置都能够将所采集的模拟信号转换为数字信号，利用通讯网络传输至中控系统。系统在接收到数字信号后，能够根据设定好的程序，分析供水系统运行情况，分析电气系统负荷状态，自动发出调节指令，确保供水系统保持稳定运行状态。

3.5 安防监控系统

安防监控系统是有效规避外部因素影响，确保供水系统保持安全运行状态的重要组成。在取水泵站、净水厂、加压站及高位水池等关键设施部位，需要设计视频监控系统。在建筑单体设施方面，还应当设计网络枪机和球机等视频监控设备，加氯及加药间所选用的摄像机，应当具备防爆、防腐等功能[3]。监控数据传输利用无线和光纤传输相结合方式，在中控室内布置管理主机及网络硬盘录像机，实现监控数据的同步云存储。安防监控系统能够有效规避设施偏远，人为监控不到位情形，确保电气设备及供水系统保持安全运行状态。

4、结束语

城市供水多级加压泵站电气系统设计较为复杂，受内外部因素影响较为显著，在设计工作中，还应当考虑防雷、接地及其他安全防护措施的具体要求。所选择的设备应当符合规范要求，参数设计应当保持合理的冗余量。同时在技术应用方面，还应当考虑创新、可靠性及安全稳定运行等方面要求，能够确保自动化系统保持良好运行状态，确保供水设施稳定运行，以此才能够为区域经济发展提供坚实的供水保障，有效提升项目运营效益。

参考文献

[1]郭光普.多级加压泵站的电气及自动化设计[J].中华建设,2020,No.206(03):168-169.

[2]韩小亮.浅谈取水泵站形式及电气控制系统设计[J].甘肃水利水电技术,2019,55(03):40-43.

[3]王义才.杨家杖子供水工程中途加压泵站设计探析[J].黑龙江水利,2016,2(01):74-75+94.