泵站电气及其自动化设计特点

申寒冬

[摘    要]在城镇建设中，防汛排涝工程一直都是重要工作，关系着城镇居民生活质量。在防汛排涝工作中，泵站发挥着重要作用。随着社会发展，新建或改造的泵站不断增加，其电气及其自动化设计的合理性，对泵站运行安全性、可靠性和经济性有着直接影响。应与时俱进，加强泵站电气及其自动化设计，以满足泵站现代化、智慧化的运行目标，保障泵站安全运行，切实发挥其防汛排涝作用。简述了泵站电气及其自动化建设存在的一些问题，结合问题，阐述今后泵站电气及其自动化设计的主要要点。

[关键词]排涝泵站;电气设计;自动化设计;要点;信息化

[中图分类号]TV675 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）08–00–03

[Abstract]In the construction of cities and towns， flood prevention and drainage projects have always been an important task， which is related to the quality of life of urban residents. In flood prevention and drainage work， pumping stations play an important role. With the development of society， the number of newly-built or renovated pumping stations continues to increase， and the rationality of its electrical and automation design has a direct impact on the safety， reliability and economy of the pumping station's operation. It is necessary to advance with the times and strengthen the electrical and automation design of the pumping station to meet the modern and intelligent operation goals of the pumping station， ensure the safe operation of the pumping station， and effectively play its role in flood prevention and drainage. Briefly described some problems existing in the electrical and automation construction of pumping stations， combined with the problems， analyzed and explained the main points of the electrical and automated design of pumping stations in the future.

[Keywords]drainage pumping station; electrical design; automation design; key point; informatization

發生洪涝灾害造成的损失是相当严重的，为了提高抢排能力，应加强泵站的建设和管理，以预防洪涝灾害发生，降低损失。特别是在极端天气下，泵站的作用也更加突出。在汛期，如果水泵机组故障，会产生严重不良影响。因此，必须遵循相关规程规范严格设计泵站电气及其自动化，保证其运行中安全性和可靠性，发挥其防洪排涝的重要作用。

1 泵站电气及其自动化现状及存在问题

1.1 泵站电气设计现状及存在的问题

（1）电源系统参数的大小和供电距离的远近决定了泵站机组的启动方式以及供电电压等级是否需要提高等;

（2）4泵站接地系统的设计与当地土壤电阻率和年平均雷暴日数息息相关;

（3）泵站消防系统在泵站运行过程中使用情况较少，且自动化的设备配置较少，不能得到很好的重视;

（4）泵站继电保护系统配置时大多数情况下仅实现了高压部分的继电保护配置和上下级配合，但低压的继电保护配置和上下级配合没有得到较好的设计。在泵站的电气设计中应特别注意这些方面的设计，以加强泵站的安全运行效率和运行的可靠性。

1.2 泵站自动化建设现状及存在的问题

目前，国内已兴建许多的泵站工程，但总体而言，泵站的自动化水平不高，大部分泵站仅配置有简易的计算机监控系统，仅能实现泵站的基本信息的监控，但泵站的机组控制多以常规现地控制为主，整体的自动化水平落后，数据采集可靠性和稳定性差，自动控制系统软件无法实现标准化管理，泵站综合数据应用未能实现深层次运用，无法实现“无人值守、少人值班”的自动化控制功能，也无法实现泵站在监控中心远程控制泵站机组的启停操作。

1.3 泵站电气及其自动化设计需求

根据泵站的规模可分为：小型泵站、中型泵站、大型泵站。各种类型的泵站其自动化建设的标准应有区别，可按以下标准进行建设。

（1）小型泵站可按无人值班的模型进行设计，泵站的电气参数、非电气参数及运行状态、故障报警信号均可上传到泵站监控管理中心进行集中显示管理，在保证机组安全的前提下，监控中心可远程控制泵站机组启停。

（2）大中型泵站应按“无人值守，少人值班”的模式进行设计，泵站的电气参数、非电气参数及运行状态、故障报警信号全部上传到监控管理中心进行集中显示管理，在保证机组安全的前提下，监控中心可以远程控制泵站机组启停。

（3）泵站计算机监控系统结构应采用分层分布式结构，按对象进行监控设备配置，充分体现系统设计的安全性、灵活性和开放性，网络设计尽可能采用环型网络，以太网模式通讯。

（4）泵站集群应设置监控中心，并配置自动控制终端、显示装置、电源系统等。

2 泵站电气及其自动化设计主要内容

2.1 电气设计要点

泵站电气设计首先应结合泵站装机台数和单机容量，确定站内电机母线电压等级，再结合电源点的远近以及可提供的电压等级，确定泵站是否采用变压器—电动机组方式供电还是采用直配线供电。此外，根据电源点的数量以及泵站的装机台数，合理确定泵站的电气主接线型式，一般情况下，如果电源点提供双电源或双回路供电，或者泵站装机台数大于6台时，大部分泵站采用单母线分段接线，其他情况则可采用单母线接线。

泵站电气设计中还应特别注意泵站的电动机启动时对母线产生的电压降是否满足机组堵转转矩的要求。电气设备的选择需注意其正常工作状态下最大工作电压、长期工作下允许电力，还要考虑在最大运行方式下短路电流对设备动、热稳定校验，设备可以将故障电流安全切断。

泵站的过电压保护主要包括直接雷保护、雷达侵入波保护、操作过电压保护等。其中直接雷防护主要采用接闪杆或接闪带进行防护，雷电波入侵和操作过电压保护主要采用避雷器或过电压保护器进行防护。但过电压保护的效果及其配置与接地系统的接地电阻值密切相关。接地系统设计之前应测量工程所在地的土壤电阻率以及地质构造情况，在充分利用建筑物的结构钢筋的基础上，计算接地电阻值的大小，计算时，需要考虑建筑物的基础外形尺寸以及如何完成接地系统的电气通路链接，应特别注意桩基对于接地电阻计算的影响。接地电阻值的大小应满足规程规范的要求，如条件恶劣，应补充基础接地网或更换土壤或在土壤中添加降阻剂等措施来降低整个接地网的接地电阻值。

2.2 泵站自动化设计要点

泵站自动化主要是泵站计算机监控系统建设，目前大多数泵站计算机监控系统结构采用分层分布式结构，网络结构采用星型以太网结构。根据操作权限，泵站一般都设置有远程监控层、泵站监控层和现地控制层。泵站控制层与远程监控层采用光纤连接，泵站监控层与现地控制层采用工业以太网连接，网络协议采用TCP/IP协议。

泵站自动化应具有数据采集与处理、安全运行监视、实时操作控制、运行记录与报表生成、正常操作和故障操作指南、自动开停机和自动故障停机措施、系统诊断与自恢复等功能。

泵站计算机监控系统如图1所示。

2.3 泵站信息化设计

泵站信息化主要是通过信息采集、处理、分析和诊断，为泵站监控及调度提供数据支撑，同时及时发现并消除泵站各种故障和隐患，提高泵站运行可靠性。借助网络及信息技术，利用自动控制、业务管理等应用系统，实现泵站的现场及远程监控、运行数据的统计分析等，提高泵站运行和管理效率。根据泵站的运行条件，建立科学、实用的模型，优化涉泵站的运行工况，实现泵站的优化调度。利用地理信息和三维建模等相关技术，建设三维可视化管理系统，实现直观、高效的泵站信息可视化展示与应用。构建信息系统安全体系，保障泵站网络通信系统、计算机监控系统及泵站信息管理平台的安全运行。同时以信息技术为手段，促进泵站与上级管理部门的之间信息共享，充分发挥泵站信息资源在水利信息化中的作用。

泵站信息化建设包括通信及计算机网络系统、计算机监控系统、视频监视系统、数据库建设、业务应用系统和信息网络安全等。系统涉及到信息采集、传输、存储、信息管理及应用系统等建设，其关键在于实现各种采集数据的采集、整合及调度分析，为泵站监控及调度管理提供信息技术支撑。应特别注意泵站信息化系统的信息网络安全设计，其中泵站控制网络应按安全保护等级三级进行建设，泵站信息传输网络应按安全保护等级二级进行建设，以确保网络系统的信息安全，抵御病毒等对泵站安全运行的影响。系统总体框架如图2所示。

2.4 电气消防系统设计

泵站消防系统涉及电气的设计内容主要包括电气防火和电气消防等。

电气防火主要是针对电气设备、设施的防火设计。主要包括电气设备安装间距的要求以及阻燃电缆使用，电缆开孔和不同防火分区的孔洞均设置防火堵料封堵等措施。

电气消防主要包括消防电源设计、消防应急照明和疏散指示以及火灾自动报警系统等。消防用电设备负荷等级一般按二级负荷考虑，应提供双回路供电，保障其供电的可靠性，两路电源应取自不同的電源点或两段不同的母线之上。消防应急照明和疏散指示应在主要疏散通道、楼梯间、消防电梯以及安全出口等处设置，且应满足照度的基本要求。泵站均应配置火灾自动报警装置，以实现火灾早期发现和火灾报警，及时采取有些措施控制和扑灭火灾。火灾报警装置的应设置在中控室，控制器应与泵站计算机监控系统有接口。

3 结束语

在泵站建设过程，电气及其自动化设计是保障泵站基本运气的条件，泵站信息化是提升泵站管理水平的手段。在实际运用中，应结合实际，借助新一代信息技术，推动泵站电气化向智慧化发展。利用大数据、人工智能等新技术，强化泵站信息化建设，提升泵站安全运行能力，提高泵站高效管理水平，实现泵站智慧化发展。

参考文献

[1] 本刊编辑部.《工业与民用供配电设计手册（第四版）》新书首发仪式举办[J].中国勘察设计，2017（3）：9.

[2] 杜根兴.浅谈防洪排涝泵站的电气设计[J].今日自动化，2020（7）：40-42.

[3] 杨常生.泵站电气自动化设计探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2015（35）：35-36.