抽水站机电一体数字自控系统简述

侯红妮 张春萍

（凤翔县东风水库灌溉管理处 陕西 凤翔 721400）

1 构建抽水站机电一体数字自控系统的必要性

抽水站是灌区在不具备自流条件的情况下，把低水位水抽送到高水位灌溉的供水设施，在灌区生产中占有重要的位置。凤翔县自20世纪70年代以来，先后共建成58座抽水站，总装机123台8013kW，设施灌溉面积11333hm2，占全县总设施面积的34%，其中国营抽水站16座，装机37台5843kW，占73%。

抽水站由建筑物、机械设备和电气设备三大部分组成，机房、水泵、电机、管道、高低压线路、变压器、熔断器、隔离开关、油开关、空气开关、电缆是常用的重要设施和设备。

凤翔县国营抽水站大多数建于20世纪70年代，均已运行了30多年，发挥了重要的作用。随着科技日新月异的发展，特别是机电一体化数字自动控制技术的发展，抽水站建设和管理运行中暴露出不少问题。一是机电设备自动化程度低，工人劳动强度大。现有设备中，除必需的电气化自动保护装置外，大多数设备均需人工操作，费时费力，操作不稳定，可靠性低。二是设备老化，设施落后，维修困难。抽水站原有设备都是20世纪60、70年代产品，80、90年代有些设备虽已改造，但改造不彻底，绝大多数设备现已淘汰，维修更换零配件很困难，即使去厂家定制，厂家也会以此为由拒绝生产或要价很高，给运行管理造成很大困难。三是设备效率低，不节能，灌溉成本高。现在节能变压器、节能电机已普遍应用，而抽水站的机电设备大多数还是非节能产品，如1992年更新的东风抽水站最大单机容量为280kW、上水量为0.8m3/s的机组，与洞口抽水站最大单机容量为380kW的机组相比，上水量仅仅减少了0.08m3/s，而功率却整整降低了100kW，每kW·m出水量提高了一半以上。该电机为节能电机，效率高，嗓音低，运行极稳定，实为抽水站运行的理想产品。因此，为了提高抽水站的经济效益，改善运行质量，保障灌溉，减轻劳动强度，适应科技发展需要，以机电一体数字化自动控制为核心的抽水站更新改造工程势在必行。

2 抽水站机电一体数字自控系统构建方案

抽水站机电一体数字自控系统由四个子系统组成。见图1。

2.1 数据采集系统

数据采集系统功能是采集数据，摄录工作现场，即采集水位、闸门开闭程度、流量、电压、电流、功率、时间、温度等指标，如人的双脚。要求将各类仪器采集的第一手资料通过采集装置全部转换成数字信号，主动、及时、准确地传到下一系统，并通过录像设备将工作现场不间断地如实显示。如前池水位（或库水位）采用自动水位计测量，闸门开启程度由电动闸门控制装置反映，输水管道装置流量计即可自动测量流量，时间自动生成，则出水总量自动显示，变压器、电机和水泵温度均由遥感式温度计反映，各项电气指标全部使用数字式仪表计量。

2.2 存储分析处理系统

存储分析处理系统功能是将采集到的数据进行存储，综合分析，提出处理意见，向下一系统发出动作命令。它是机电一体数字自控系统的核心和大脑，能将各项目的数据均以数字形式按整定值和采集值二组分别存储，采集值（即实际值）达到整定值，系统立即发出命令，指挥下一系统开始工作，达不到整定值则会给出提示信号，以便工作人员及时巡查。

2.3 操作系统

操作系统功能是执行上一级命令，实施具体动作，如人的双手。要求接到正确命令后迅速动作，命令错误后拒绝动作。如变电站油开关接到合闸命令后立即合闸，给变压器送电；电动机油开关接到合闸命令后立即合闸，启动电动机运转；闸阀控制电机接到开闸命令后立即启动闸阀，达到正常出水状态。

2.4 监视保护系统

监视保护系统功能是对各项运行指标进行监视，保护设备，如人的双眼。即当水位、电压、电流、负荷、温度等运行指标突然出现异常情况时，监视保护系统直接迅速反馈给操作系统，操作系统立即动作，停止运行，保护机电设备完好无损。如线路或变压器出现过负荷、故障等现象后，立即切断油开关，备用电源立即投入，关闭闸阀，阻止机组大逆转等现象出现。

四个子系统互为一体，其中存储分析处理系统是核心，它们既共同工作，又相互独立，缺一不可，其首端安装在中心控制室内。水库式抽水站如有必要，可与水库防汛现代化系统链接，有条件的还可以实现远程通信和联网运行。

3 方案及实施步骤

抽水站机电一体数字自控系统工程实施可从以下几方面着手。第一步，以现有机电设备为骨架，对不能实现自控的设备进行更新改造。对测量、监视仪表等软件设备全部使用数字仪表，使读数方便正确，一目了然；将熔断器、隔离开关、油开关、闸阀等硬件设备更新或改造成可自控的设备。第二步，安装上述由四个子系统组成的机电一体数字自控系统。可购置成套装置，也可由厂家单独设计制作安装。第三步，建立中心控制室。将四个子系统全部布置于设施完备，功能齐全，配套高档的中心控制室，足不出户，便可将抽水站的操作、运行状态始终尽收眼底，一览无余，实现高效运行。第四步，调试运行，进入正常工作状态。陕西水利