浅谈污水提升泵站机械电气设备升级改造

薛红梅

（济宁市城市水务服务中心，山东济宁 272006）

0 引言

济宁市老城区建有5 座污水提升泵站和超过50 km 的截污主干管，汇水面积约50 km2。污水管网收集各厂矿企业、学校、医院、居民等所有用水户的污水，绝大部分通过污水泵站提升，少部分污水通过自流，最后输送至市污水处理厂进行集中处理。污水提升泵站能否安全高效运行，体现城市治理水平并直接影响市民生活质量。

老城区的5 座泵站中的1～4 号污水提升泵站已运行15～25 年，提升泵站安全系数低、设备自动化程度低。为确保污水提升泵站的安全高效运行，对1～4 号泵站机械电气设备进行升级改造。

1 配电系统的升级改造

以1 号泵站为例，其为配电室改造工程，10 kV 系统为双电源进线，采用单母线分段运行的接线方式，一路引自10 kV 运河线，一路引自10 kV 太济线。变压器选用2 台SCB10-500 kV·A/10 kV 型干式变压器，其防火性能好、损耗低、噪声低、无污染、免维护、绝缘性能好、无局部放电、耐雷电冲击能力强、机械强度好、耐潮湿，可在高湿度下运行，替代原有的2 台老旧油浸式变压器。

10 kV 高压开关设备选用KYN28A-12 金属铠装移开式开关柜，开关柜的防护等级为外壳IP4X，断路器室门打开时为IP2X，柜体具备“五防”闭锁功能；装设避雷器及带电显示装置；开关柜内设照明，照明灯的开关在柜门外；开关柜内装设加热器，由智能操控装置控制加热器投入或切除。10 kV 高压开关柜有计量柜2 面、进线柜2 面、PT 柜2 面、出线柜2 面、母联柜和提升柜各1 面，计量装置装设在配电室计量柜处，计量方式为高供高计，接线方式为三相三线，计量点电压10 kV，电压互感器变比为10/0.1，准确度等级为0.2 级；电流互感器变比为50/5，准确度等级为0.2 S 级。

低压开关柜采用GGD 型，额定工作电压400 V、额定绝缘电压690 V，耐震能力按7 级震区设防，外壳防护等级为IP40，母线设置为三相五线制。其中柜内智能框架式断路器额定电流1250 A，极限、运行短路分断能力为65 kA，具有多功能保护特性，脱扣器有液晶彩色中文图形化操作界面，断路器保护单元自带通信/测量功能。其中，配电室0.4 kV 系统安装主变进线柜2 面、低压出线柜3 面、电容器柜2 面、联络柜1 面；泵房配电室0.4 kV 系统安装低压进线柜2 面，低压出线柜4 面。

现场控制柜设计智能电参数采集模块，并与中心控制系统建立联系，在中心控制系统设置电力监控程序，显示各主要用电设备状态和电流、高压进线、低压进线处的电量数据等，实现监控、管理污水泵站电力消耗。所采用的电参数采集模块为标准PT、CT 输入，适用于各种电压等级及接线方式；标准RS-485 光隔通信接口，标准MODBUS－RTU 通信规约；各种参数（地址、波特率、变比等）均可通过计算机“远方”设定或仪表面板设定；模块的测量精度采用智能化自动校准模式，免维护设计。

2 水泵控制系统的升级改造

控制系统采用水泵自动轮启的方式，使泵站的每个水泵在一段时间内运行的时间大体相同。根据污水池水位确定开启水泵的台数，按顺序依次开启水泵，并执行先启动的水泵先停止、累计运行时间多的水泵先停止、累计运行时间少的水泵先启动的工作原则。水泵累计运行时间的保护设计，不会造成一台水泵长时间连续运行。

在水泵开启过程中，不断检测水泵的电流与电压，如不相符则立即停止该水泵的运行，并发出警报声，同时显示出故障类别，以供维修或操作人员及时处理。在运行过程中还不断收集水泵的本体信息（如过载、超温、泄漏、过电流等），并与正常运行时设定的水泵参数相比较，当实际参数跟设定参数出现偏差时，控制程序便会给出声音报警，同时停止该水泵的运行，并自动切换到另一台无故障的水泵继续运行。

水泵控制主要是根据水位来控制启/停。每台水泵设有现场自动、现场手动及远程控制3 种方式。为优化水泵的控制，现场配置有变频调速设备，根据污水池的水位进行变频调节，从而达到节能控制目的。当水位超过系统的设定值时，水泵便开启；水位达到最低值时，水泵便停止。其中，污水池水位的设定值与最低值可在线设置。

3 格栅机控制系统的升级改造

根据现场情况，格栅机智能控制系统采用时间控制、手动控制及远程控制3 种控制方式。在不下雨的情况下，格栅机可按照时间控制方式自动运行，一般间隔1～2 h 运行20 min（也可根据具体情况进行适当调整）；下雨时（尤其是下雨初期），栅渣量比较大，这时应缩短格栅机的运行间隔时间，可采用手动方式或修改自动设置的间隔时间，一般间隔20 min 运行20 min；同时，可根据情况在远程监控中心对格栅机进行远程控制。智能控制系统能够根据程序控制格栅机和输送机的顺序开停，并且任意一台格栅机运行时，输送机均会同时运行。

4 远程智能监控系统

为提高4 座泵站的自动化程度，新建泵站远程智能监控系统。该系统将泵站的设备运行状态信号、开关量信号、故障信号及视频信号上传到指挥中心并能对设备实行远程控制和自动控制。通过对泵站进行必要的电气化改造和增加必要的通信设备和通信软件、接口实现泵站监控信息的远程传输，接入指挥中心，实现泵站的集中化管理、远程监控、历史数据查询、手机APP 等应用功能。

泵站远程智能监控系统按照B/S 架构的开发与部署模式，主要功能有泵站地图分布、工艺监控、监控画面展示、移动应用，可远程通过手机、电脑系统查看泵站的分布情况、运行开停状况、工艺监控画面、泵池水位监控及视频展示。老城区泵站远程监控系统位置分布如图1 所示；泵站远程监控系统参数设置界面如图2 所示；泵站远程监控系统运行监控界面如图3 所示。

图1 老城区泵站远程监控系统位置分布

图2 泵站远程监控系统参数设置界面

图3 泵站远程监控系统运行监控界面

泵站配置各自的摄像监视系统，每个泵站在泵池、格栅机、大门等关键位置安装多个360°摄像头，远程监控中心的监控计算机可实时监视泵站的情况。

泵站测控终端安装在污水泵站现场，支持对水泵和格栅机的现场自动控制、现场手动控制以及远程控制，采用模块化集散式控制模式，每个污水泵站设置一个主控制器，泵站中的每台水泵由分控制器控制；通过设备自带HMI控制PC，操作控制水泵及格栅机，现场显示设备的工作状态（如污水池水位、水泵及格栅机的启停状态、电压与电流值、电能消耗量与保护状态），现场读取、修改、设置测控终端的工作参数，生成与提取数据报表，记录开关日志及报警记录等。

5 结束语

经过一年多时间的运行验证，4 座污水泵站设备运行效率及安全系数得到极大提高，保证了污水的顺利输送及后续处理，降低了运行成本，设备故障率显著降低。自动化控制系统先进可靠、实时性好、操作简单，降低了工人劳动强度，提升了泵站运行管理水平，为实现无人值守提供了可能。