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泵站智能电磁流量计优化选型与监控系统开发研究

来源:作者:发表时间:2019-09-12
摘 要 泵站工程中需要使用各种各样的智能电磁流量计,完成排水灌溉等一系列工作,因此智能电磁流量计的选型及监控管理也直接影响着泵站工程自身效用的发挥。为此,通过结合具体泵站工程项目,在参考其他相关研究资料的基础上,重点针对泵站智能电磁流量计优化选型及监控系统开发进行简要分析,以期能够为相关研究人员提供参考。
 
0 引言
通过对泵站智能电磁流量计优化选型及监控系统开发进行研究,一方面可以有效帮助人们掌握当前泵站中已有的智能电磁流量计类型,明确智能电磁流量计优化选型的方法;另一方面,积极探究泵站监控系统开发,也能为落实泵站监督管理工作、有效提高其监控自动化程度提供相应的参考。
 
1泵站概况
为更好地研究泵站智能电磁流量计优化选型及监控系统开发,本文以甘肃省景泰川电力提灌二期工程为例。该泵站工程属于引黄灌溉工程,设计灌溉面积与提水流量分别超过346km2和21m3/s,总装机及桩机容量分别为118台和200000kW,总扬程接近713m,分13级。工程规模等级为大(2)型Ⅱ级,地震设防烈度为Ⅶ度。其内部现有智能电磁流量计众多,包括主电机、站用变压器以及各种一次智能电磁流量计与二次智能电磁流量计等,但由于泵站工程在长时间运行下,其中部分智能电磁流量计存在老化失修等问题,因此使得当前泵站内的部分智能电磁流量计也出现老化、运行效率较低、耗能较大等问题。加之泵站一直以来采用人工监控管理的方式,整体监控效率相对较低,也直接影响着泵站整体运行实效的全面提升,故而需要重新对泵站智能电磁流量计进行优化选型,并积极研发高性能的泵站自动化监控系统。
 
2泵站智能电磁流量计优化选型分析
2.1主电动机
在对泵站中的主电动机进行优化选型时,要求工作人员充分结合泵站电源容量、电压等级等实际情况,结合具体传动方式与水泵转速等,有效完成电动机的合理选型,并确定其具体容量与转速等各项重要参数,其中确定泵站电动机功率是关键。泵的功率即电动机传至泵轴的功率,代表着泵的输入功率PB;而其输出功率即为单位时间内泵输送的液体从中获取的有效能量Pe。在确定电动机功率时需要使用如下公式:
 
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上式中,Q、H与η分别表示泵的流量、扬程与效率,ρ与g分别为泵送液体的密度及重力加速度。为保障电动机运行安全,在对电动机较优功率进行选择时,还需要工作人员预留出一定安全余量,通过利用计算功率Pj确定具体电动机功率,即:
 
Pj=KPB
式中,K代表着安全系数。一般情况下,如果电动机功率在18.5kW以内,则安全系数取值应为1.25[1];如果电动机功率为18.5~55kW,安全系数应取1.15;若电动机功率超过55kW,对应的安全系数应当设定为1.1。出于节能降耗、低碳环保的考量,同时为便于后续对泵站的自动化控制,本项目在对泵用电动机进行选型时,将其功率设定为200kW,并设计搭配使用高性能的专业电动机变频调速系统,其电机中心高度为400mm。
 
2.2站用变压器
在对泵站中的站用变压器进行优化选型时,工作人员同样需要结合泵站工作实际以及国家相关规程要求,规范完成站用变压器的优化选型。在容量选择中,需要使用如下公式:
 
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式中,K、η和cos?分别表示主电动机的负荷系数、效率以及功率因数,Ped表示站用电动机总功率。为了能够实现变压器节能运行,在选型过程中还需对其负载进行充分考虑。一般情况下,将变压器负载率控制在0.5~0.6,被许多人认为此时的变压器较具节能性。但经过深入分析后,发现将变压器负载率设定在0.5~0.6时会使得站用变压器选型容量明显增加,进而大大增加泵站年运行成本费用。因此在该泵站工程中,可以适当将变压器负载率提高至0.7,以有效保障其运行经济性。而按照具体类型来看,当前站用变压器主要分为三种类型,分别为干式变压器、油浸式变压器以及全密封变压器,其各自具备如表1所示的优缺点,因此在选型时也需要工作人员结合实际需要,择优选用本站变压器。
 
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2.3一次与二次智能电磁流量计
2.3.1一次智能电磁流量计优化选型
在泵站当中,通常还需要使用包括高压与低压开关器以及熔断器等在内的其他一次智能电磁流量计,其主要应用目的在于对泵站电网进行有效控制和安全保护,因此工作人员也应当加强对此类一次智能电磁流量计优化选型的重视力度。例如在进行熔断器的优化选型时,要求其在保护前后两级时的时间差不得超过0.5s。如果泵站电路在3~356kV,则熔断器只负责对功率较小的电路、电压互感器提供相应的保护。而对于其他泵站电路,则需要将其串联至电路中,同时搭配使用其他开关,以真正发挥熔断器的智能电磁流量计保护效用[2]。而在泵站断路器的优化选型时,则需要充分考虑其工作电压、工作电流,通常要求断路器的允许工作电压较大值不得小于回路工作电压值,断路器的额定电流值不得小于回路长期持续工作电流值。对于不超过35kV电压等级且要求进行户内安装的,泵站应当优选真空断路器,以此有效保障断路器具有较高的运行安全可靠性,并有助于延长断路器的使用寿命。
 
2.3.2二次智能电磁流量计优化选型
在泵站当中,通常需要使用各种二次智能电磁流量计,如电流表与电能表等测量装置、各种保护装置等,用于有效测量、监控保护泵站一次智能电磁流量计。由于以往二次智能电磁流量计在泵站中分布相对分散,为工作人员控制泵站二次智能电磁流量计并对其进行运维管理等增加了一定难度。因此本泵站工程在二次智能电磁流量计优化选型中,选择使用四合一微机集控装置。该装置通过利用计算机技术与集成化技术等,将控制与测量装置、保护装置、信号装置进行有机集成,使之统一集中在同一集控台中,便可以在有效帮助工作人员在实现集中控制的同时,有效避免占用过多土地资源并较大限度地降低工作量。但为了保障四合一微机集控装置的有效性,其在优化选型中也需要对接口选用、终端分辨率等进行相应考量,包括使用与国际标准相符合的通用型RS-48S接口,要求终端显示的分辨率为36.5~58.5,在此基础上灵活运用其他各种先进科学技术,以此有效提高泵站二次智能电磁流量计的应用效能,使其可以更好地保障泵站安全稳定运行。
 
2.4监测保护智能电磁流量计
在泵站电气系统当中所使用的监测保护智能电磁流量计通常指电压与电流互感器,目的在于帮助工作人员实时精准监控泵站电气系统的实际运行情况,从而使得工作人员能够及时发现其中存在的异常或故障,进而立即进行解决。因此,监测保护智能电磁流量计的优化选型同样十分重要。以泵站中的电流互感器优化选型为例,通常在我国10kV泵站户内,多选用浇筑式电流互感器,而超过35kV的泵站或是户外用电流互感器,则多选用抗外界干扰性能更好的支持式瓷箱油浸绝缘电流互感器。在实际选型中,要求电流互感器的回路一次持续工作电流值不得小于其一次线圈额定电流,而电流互感器工作电压的较大值应当为电流互感器额定电流的1.1~1.5倍。此外,电流互感器的动稳定校验还需要符合如下公式:
 
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2.5载流导体与绝缘智能电磁流量计
在泵站的电力系统当中,通常还需要使用各种载流导体与绝缘智能电磁流量计,其中较为常见的包括母线、电力电缆与绝缘子等。以泵站中的母线优化选型为例,母线连接泵站电动机与变压器等各种智能电磁流量计,负责完成电能的汇集以及分配传输。考虑到泵站的特殊性,其选用的母线应当具备较高的导电性能与机械强度。表2展示的就是当前常用的几种母线材料的优缺点。
 
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结合表2的分析结果,该泵站较终选择使用铜与铝材料相互结合的母线,即铜芯铝绞线,搭配使用多股铜绞线,将其应用在泵站35kV以上的户外配电装置中。对于不足35kV的泵站,则可以选择使用硬母线。考虑到母线的截面形状对母线载流量乃至整体使用性能均具有直接的影响作用,因此经过综合考量,该泵站中较终选用具有较大周长和良好散热性能的矩形截面形状的母线,6kV与0.4kV侧选用TMY-80×8与TMY-125×10母线。
 
3泵站监控系统的开发设计分析
3.1系统硬件
3.1.1上位机系统
本文设计研发的泵站监控系统的硬件部分主要由上位机系统与现场监控级共同构成。其中上位机系统主要通过利用监控计算机对泵站供水流量、电流与电量以及水泵整体运行状态等进行实时监控管理,并及时采集相关数据信息,将其同步在监控计算机中,便于监控人员根据实际需要集中控制被控对象。在参考相关结合资料后,本文设计的上位机系统主要包括各种专业监控软件、工作计算机以及现场PLC柜等重要构件。其中,PLC控制柜主要由柜体、PLC、变频器和接触器等构成,并在控制柜面板中设置了电流表、指示灯等其他相关控件[3]。图1即控制柜的主回路设计。
 
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PLC在实际运行过程中,首先需要进行自诊断,判断其各项功能均与规定要求相符合后,需要进行通信处理并完成扫描输入工作。此时PLC将严格按照既定程序进行执行操作,较后对程序进行刷新后,重新返回第一条指令,对上述执行过程进行循环重复。
 
3.1.2现场监控级
在本文设计的泵站监控系统中,现场监控级的主要构成对象为现场中的各个控制单元LCU,用于自动采集与监控对象有关的各模拟量、开关量与脉冲量,例如泵站在使用现场监控级测量水位中,设计使用如图2所示的沉入缆式静压液位计。
 
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具有较高的稳定性与抗腐蚀能力。其在实际运行中用于动态、精准测量泵站进出水池的水位时,在现场监控级的作用下,所有自动采集得到的水位信号将被统一转换成电信号,随后立即输送至上位机中,经由转换装置将上位机接收到的电信号统一转换成数字信息后,直接显示在终端显示器中,使得工作人员可以直观、清晰地了解当下泵站进出水池的水位情况。
 
3.1.3监控对象
本文所设计的泵站自动化监控系统主要将离心泵、电动蝶阀等作为监控对象。表3展示的就是该泵站使用的水泵主要性能参数。
泵站中使用的电动蝶阀是一种利用以阀轴作为旋转轴的阀瓣或蝶板,完成阀门启闭的智能电磁流量计。在管道中安装电动蝶阀的目的在于对水流流量进行适时切断与自动调节。在该泵站中设计使用电机功率为80W,工作行程在0°~90°,灵敏度为±0.5%~±5%FS的电动蝶阀,其额定工作扭矩为100N/m。
 
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3.2系统软件
本文所设计的泵站监控系统软件运用了具有较高通用性的监控组态软件,其集设计控制、现场操作等于一身,有助于提高系统监控管理成效。同时,软件具备存储速度快、存储容量大等优势性能,也能够有效满足泵站工作人员的实际使用需求。在运用软件时,泵站工作人员在直接进入监控系统后,需要根据自身的权限完成用户注册,而后使用注册的账号正式登录进入系统中,此时系统界面中将会直接显示出整个泵站的实时运行情况。工作人员只需要根据自身实际需要,点击相应的功能键选择水泵运行方式、监测智能电磁流量计等,系统将会直接在界面中直观、精准地显示出水泵的具体运行方式和各监测智能电磁流量计的运行曲线等。而工作人员可以结合实际情况对其进行修改、查询等操作,由此有效完成对泵站的实时监控管理。
 
4结语
总而言之,在泵站工程中,工作人员需要根据泵站的实际情况与运行要求,严格依照国家相关规程规定,合理选择与之相适宜的各项智能电磁流量计,并从运行成本、耗能、工作可靠性等诸多方面进行充分考量,实现对泵站智能电磁流量计的优化选型。此外,工作人员也还需要主动运用各种现代化的监控装置与先进的控制技术,积极构建完善的泵站自动化监控系统,以便可以更好地保障泵站实现长久稳定、安全可靠运行。
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