摘要：某灌区抽水站有1座大型农田灌溉抽水泵站，它共有3级站，它的改造具有很多的制约因素。因此，抽水站改造在技术上有很多方面需要综合考虑。本文分析了水利系统灌区抽水站自动化设备的改造。
关键词：水利系统；抽水站自动化设备；改造；
随着我国农业集约化的发展，服务于农业的水利系统泵站的年运行时间将增加, 抽水站抽水时受新建坝区丰水期和枯水期的影响水位组合也发生了较大变化, 针对其中存在的问题提出相应的改造措施。
一、水泵形式选择与流道改造
泵站改造的水泵选择既要考虑适用性、效率及空蚀性能, 还应考虑泵站土建结构的限制。抽水站抽水时受坝区丰水期和枯水期的影响, 泵站下游水位变化幅度一般在2～3m, 丰水期时受下游的水位及上游需水要求, 上游水位变化幅度一般在2m 左右, 下游水位变化幅度一般在1.5m 左右。某灌溉区大坝建成以后,年运行时间加长, 水位上下游组合变化幅度将进一步增大。经多年水位资料分析, 最终确定泵站最小扬程为5.62m , 最大扬程为48m。水泵的选择既要满足不同扬程的需要, 又要提高运行效率。根据目前我国已有水泵模型特性,选用混流泵比较理想。但抽水站主泵进、出水流道及泵身段均为混凝土结构, 若选用混流泵, 原混凝土结构改变较大, 难以保证泵站原土建结构的强度, 经多次反复论证、综合考虑, 最终仍选择适合灌区抽水站需要的卧式泵。进水流道采用不完全平面蜗壳结构形式, 因进水流态不好, 空蚀严重, 有间隙性强烈振动和噪声, 后改为不完全肘形, 但效果不太明显。此次改造, 根据三维流动CFD 数值计算研究及模型试验, 在原流道结构基础上采用不同收缩比及喉管高度进行优化比较, 最终确立了肘形流道最佳结构尺寸及进水流道中隔墩在出口处缩短2m 的方案,为掌握进、出水流道性能情况, 改造前对其进、出水流道进行三维流动CFD 计算研究,验证结果良好, 设计基本合理, 流道水力损失为0.558m, 设计基本合理。
二、水泵叶片调节系统选用及运行
卧式全调节水泵叶片调节主要有液压调节和机械调节2 种形式。机械调节一般在35 t左右, 现已做到50 t 以上;液压调节的特点是调节力大、技术成熟, 但需要辅助设备, 投资费用较大。由于调节力等因素, 大型水泵叶片调节一般采用液压调节。水泵原叶片调节均采用液压调节, 结构和原理差别较大。近期研发的结构形式主要有2 种:一种是由分配阀、杠杆、操作结构组成的受油器;另一种是由电磁阀组、控制系统进行调节的受油器。第1 种结构较复杂, 但运行相对可靠;第2 种结构简单, 控制精确, 但在控制系统出现故障时叶片角度不能实现自动跟踪。经充分论证, 改造后水泵叶片调节仍旧采用液压调节。采用经改进后的受油器, 为受油器本体与电磁阀组组成一体的结构形式。改造时对受油器进行了改进, 使其具有以下基本特点:一是受油器本体外壳采用单一缸体;二是金属密封采用浮动环密封结构;三是采用分配阀、机械杠杆调节结构形式;四是操作油管为单一管道;五是受油器本体、分配阀、调节结构紧凑, 外形美观。
三、变电所改造设计方案的优化
1.新建变电所所址的选择。原抽水站变电所位于一站、二站之间,不涉及新征土地问题，所以本次在原址重建变电所。
2.主电机电压等级的选择。改造前4 座泵站主电机电压等级均为6kV。抽水站改造时设计方案为:共用1个变电所, 电压等级为35kV变到10kV。由于一站 为35变10kV。从供电灵活性及主变压器互为备用考虑，二站、三站仍为10kV，存在新老机组及新老电气设备的并用现象必须选择为10kV。
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3.FSR 大容量高速开关的应用。10kV主接线开关选择方案:一是仍设电抗器。优点是主接线简单可靠;缺点是增加电能损耗, 需建电抗器室,占用较大空间。二是按短路时电流直接选择设备。优点是主接线简洁;缺点是主要开关的开断电流达50kA 以上, 粗略估算仅设备投资增加约200 万元。三是采用FSR 大容量高速开关。FSR 大容量高速开关具有额定电流大(可达12kA)、断流能力强(可达240kA)、开断速度快(3ms内切除故障)等特点。当主回路发生故障短路时, 在短路电流尚未达到预期峰值时, 先于故障电路保护装置和断路器动作(断路器跳闸时间一般至少需80～120ms)迅速切断电网故障短路电流, 随后保护装置和断路器动作仅切断电机的反馈电流。该断路器在电力系统已有大量成功应用, 且体积较小, 尤其是总体投资较少, 每台主变压器在10kV出线配1 台大容量高速开关, 而10kV主接线中开关容量及费用可大幅度降低，决定此次抽水站变电所选用FSR 大容量高速开关方案。
四、泵站自动化监控系统保护
泵站自动化监控系统集测量、控制、保护、信号、管理等功能于一体, 实现中控室内集中数据显示、分析、处理;实现集中和分散控制, 通过计算机网络将泵站的运行数据和状态实时真实地展示在各级管理人员面前。实现主机组、辅机设备、配电设备的自动控制, 满足无人值班、少人值守的要求。同时自动化监控系统与上级调度控制管理系统通过网络链接,实现数据、指令传送和图像浏览。泵站自动化监控系统采用分层分布开放式结构, 分为远方、中控室、现地3 级。中控室监控主机采用双机热备用, 可自动切换;现地单元PLC, 原泵站自动化监控系统为1 站多套PLC 分步控制模式, 改变为1 站1套PLC 控制模式, PLC 分为主站和分站, PLC 主站按照冗余热备用方式配置, PLC的CPU、电源模块、远程通讯电缆冗余, 采用冗余热备用工作模式保证系统更加安全、可靠、简化和节省;分站按主机组、辅机设备和配电装置现地单元划分, 根据各个现地单元不同控制对象的类型、点数配置通讯模块、电源模块、开关量、模拟量I/O 模块等。自动化监控系统具有联网、数据采集与处理、系统诊断、统计与计算、参数在线修改、自动控制与调节、显示各类运行参数、运行状态识别、故障多重保护、自检、故障报警、硬件热插拔等功能。
五、调度控制管理系统
水利枢纽调度控制管理系统链接灌区管理处抽水站系统要求:接收工程运行状态、数据传输等信息, 实现对泵站、变电所、节制闸的远程控制, 并对泵站、变电所、节制闸的图像画面进行浏览控制。系统具有控制权限设定功能, 按照4级权限设计, 即现场为第1 级, 泵站、变电所、节制闸监控主机为第2 级,调度控制管理系统为第3级, 第4 级为灌区抽水站分中心。整个系统设立2套服务器, 实现4个工程站点数据共享。同时视频图像在同一个网络上进行传输, 需要考虑网络带宽和系统的稳定性, 环网采用1000M 带宽。由于各工程点分属不同的基层管理单位, 各工程站点之间加设路由设备, 网络采用带有3 层交换功能的千兆环网交换设备。为确保泵站调度控制管理系统安全运行, 泵站调度控制管理系统与办公自动化网络之间实行隔离, 设置硬件防火墙,对外部指令进行鉴别和过滤, 确保系统安全。
抽水站实施的自动化系统改造提高了泵站自动化水平和管理效率，受到了运行值班人员的一致好评。系统安全可靠，使用方便，技术先进。同时制定工程改造期间的度汛预案, 确保改造期间工程设备运行安全和施工安全。
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论文作者:赵亚芳1,陈淑芝2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/4
标签：抽水站论文; 泵站论文; 变电所论文; 结构论文; 水泵论文; 灌区论文; 水位论文; 《电力设备》2017年第14期论文;