魏新玲

（甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅 景泰 730400）

引言

高揚(yáng)程電力提灌工程在實(shí)際運(yùn)行過程中主要依托電動(dòng)機(jī)提供的驅(qū)動(dòng)力帶動(dòng)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動(dòng)壓力輪運(yùn)轉(zhuǎn)，將低位水提升至高位，主要應(yīng)用于地勢(shì)差較大的區(qū)域。隨著社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)高揚(yáng)程電力提灌工程提出了更高的要求，要求在滿足灌溉必需的水位控制功能的同時(shí)，具備自動(dòng)灌溉功能，提升灌溉效率，降低生產(chǎn)人員工作負(fù)荷。因此，高揚(yáng)程電力提灌工程電機(jī)自動(dòng)化控制，成為技術(shù)領(lǐng)域的主要研究?jī)?nèi)容。

1 高揚(yáng)程電力提灌工程電機(jī)自動(dòng)化控制的價(jià)值

傳統(tǒng)高揚(yáng)程電力提灌工程中，主要以電機(jī)作為主要驅(qū)動(dòng)力，系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中需要不同部件之間相互配合。手工操作模式下，在人工控制過程中不可避免地存在一定偏差，工作效率低下。通過對(duì)高揚(yáng)程電力提灌工程進(jìn)行自動(dòng)化改造、運(yùn)用軟件程序以及相應(yīng)的設(shè)備，工程控制及管理效率得到大幅提升，設(shè)備調(diào)整效率也隨之提升[1]。此外，人工控制模式在實(shí)際應(yīng)用中不可避免地會(huì)加大能源消耗量，而在自動(dòng)化控制模式運(yùn)行過程中，可隨時(shí)調(diào)整設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，避免資源浪費(fèi)，有效落實(shí)了我國節(jié)約資源的戰(zhàn)略目標(biāo)。

2 案例工程概述

為深入探究高揚(yáng)程電力提灌工程電機(jī)自動(dòng)化控制以及保護(hù)措施，本文將選取相應(yīng)的工程案例進(jìn)行具體說明。案例工程為某地區(qū)高揚(yáng)程電力提灌工程，其位置距離市區(qū)約200 km，設(shè)計(jì)從黃河五佛段提取水源。技術(shù)人員在對(duì)本工程進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，依據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際發(fā)展需求，規(guī)劃提水流量以及加大流量分別為28.6 m3/s、33 m3/s，設(shè)計(jì)裝機(jī)容量為2.487×105kW，設(shè)計(jì)泵站建設(shè)數(shù)量為43座，最大提水高度可達(dá)602 m，可以有效滿足周邊近百萬畝的農(nóng)田灌溉需求。當(dāng)前，自動(dòng)化技術(shù)不斷發(fā)展成熟，為切實(shí)提升該工程應(yīng)用效率，技術(shù)人員決定對(duì)其高揚(yáng)程電力提灌工程電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化改造。

3 高揚(yáng)程電力提灌工程自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)

3.1 泵站綜合控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

案例工程中，技術(shù)人員在綜合當(dāng)前技術(shù)水平以及泵站管理實(shí)際要求的基礎(chǔ)上，對(duì)高揚(yáng)程電力提灌工程控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要分為現(xiàn)地控制級(jí)、集中控制級(jí)，充分體現(xiàn)出泵站分散控制、集中管理的特征。

現(xiàn)地控制級(jí)設(shè)計(jì)中，主要包含PLC測(cè)控和微機(jī)綜合保護(hù)。該層級(jí)在實(shí)際運(yùn)行過程中，主要承擔(dān)泵站主機(jī)組工作電壓、電流、機(jī)組功率等運(yùn)行參數(shù)的采集、處理職能，其中，泵站微機(jī)綜合保護(hù)主要由進(jìn)線保護(hù)、電容保護(hù)和電機(jī)保護(hù)構(gòu)成[2]。

集中控制級(jí)在實(shí)際設(shè)計(jì)中，主要圍繞主控計(jì)算機(jī)這一中心，利用北京力控工控組態(tài)軟件作為二次開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的操作仿真界面，并采用I/O、通訊及視頻監(jiān)控設(shè)備。該層級(jí)在實(shí)際運(yùn)行過程中，主要通過計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)以及接收設(shè)備所采集的現(xiàn)地控制級(jí)信號(hào)，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與儲(chǔ)存，并提供事故報(bào)警、數(shù)據(jù)庫管理等服務(wù)。同時(shí)，在有需要的情況下，該層級(jí)可發(fā)布相應(yīng)的控制指令，對(duì)現(xiàn)地控制級(jí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整[3]。技術(shù)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)中在泵站關(guān)鍵地點(diǎn)設(shè)置視頻監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況、主控室情況等方面的實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控系統(tǒng)在一定程度上還承擔(dān)著安保系統(tǒng)職責(zé)。

3.2 泵站綜合控制系統(tǒng)操作設(shè)計(jì)

技術(shù)人員在進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)過程中，充分考量總供水目標(biāo)及優(yōu)化調(diào)度要求，將優(yōu)化調(diào)度與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行作為操作環(huán)節(jié)主要設(shè)計(jì)原則，做出如下設(shè)計(jì)：

1）在滿足總流量和水位控制條件要求的基礎(chǔ)上，以實(shí)際水泵運(yùn)行特性曲線為中心，遵循抽水量—功率消耗的等微增率原則，對(duì)泵站效率曲線進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，依照預(yù)定流量條件，確定泵組開啟臺(tái)數(shù)，有效達(dá)成多泵組自動(dòng)啟閉控制以及變速調(diào)節(jié)目標(biāo)[4]。

2）依據(jù)不同泵組及輔助設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，確定運(yùn)行泵組的啟閉順序。

3）對(duì)安全限制約束條件進(jìn)行校核，在對(duì)泵組、閥門特性以及泵組氣蝕區(qū)、振動(dòng)區(qū)等多個(gè)方面進(jìn)行綜合考量，設(shè)計(jì)泵組運(yùn)行限制條件。

4 電機(jī)保護(hù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

從實(shí)際應(yīng)用角度分析可知，泵站運(yùn)行過程中需要高壓電動(dòng)機(jī)提供必要的驅(qū)動(dòng)源。案例工程中，技術(shù)人員也認(rèn)識(shí)到高壓電動(dòng)機(jī)設(shè)備的重要性，并在充分考量實(shí)際需求的基礎(chǔ)上，決定采用差動(dòng)保護(hù)原理進(jìn)行電機(jī)保護(hù)設(shè)計(jì)[5]。

技術(shù)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，決定采用比例制動(dòng)模式。在該模式下，裝置運(yùn)行過程中可以對(duì)A、B、C各相兩側(cè)電流進(jìn)行采集，并得出I1、I2，經(jīng)過運(yùn)算，可得出如下公式：

Id=（兩側(cè)TA為同極性接線）。

由此，可得出如下動(dòng)作方程：

式中：Izd為制動(dòng)電流，實(shí)際進(jìn)行計(jì)算時(shí)取最大電流；Id、Icd分別為差電流以及差動(dòng)定值；Ig為拐點(diǎn)電流，其0.7倍情況下為額定電流Ie。

當(dāng)制動(dòng)電流Izd數(shù)值在拐點(diǎn)電流Ig數(shù)值之下時(shí)，其動(dòng)作方程表示為Id＞Icd。當(dāng)制動(dòng)電流Izd數(shù)值在拐點(diǎn)電流Ig數(shù)值之上時(shí)，其動(dòng)作方程表示為Id＞Icd+（Izd-Ig）K。

圖1為比例制動(dòng)動(dòng)作電流及拐點(diǎn)電流關(guān)系示意圖。

圖1 比例制動(dòng)動(dòng)作電流及拐點(diǎn)電流關(guān)系示意圖

5 結(jié)語

對(duì)電力提灌工程進(jìn)行自動(dòng)化改造后，機(jī)電設(shè)備及水工建筑運(yùn)行安全性、設(shè)備調(diào)度科學(xué)性、供水穩(wěn)定性得到大幅提升，取得了預(yù)期成效。除此以外，在自動(dòng)化改造完成后，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)得到有效優(yōu)化，裝置運(yùn)行效率提升幅度較為顯著，水資源優(yōu)化配置目標(biāo)完全達(dá)成，級(jí)間流量配合度大幅提升，節(jié)約水資源戰(zhàn)略目標(biāo)得到有效落實(shí)。