“一拖多”变频控制模式下的泵站监控系统设计要点及应用.pdf

第11期2023年11月文章编号：16 7 3-9 0 0 0（2 0 2 3)11-0 134-0 3“一拖多”变频控制模式下的泵站监控系统设计陕西水利ShaanxiWaterResourcesNo.11November,2023要点及应用高璐，解辰（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西西安7 10 0 0 1)【摘要以延安黄河引水工程延水关二级泵站为例，介绍“一拖多”变频控制模式在供水泵站中的应用，并从系统结构、系统配置、系统功能三方面对泵站计算机监控系统设计进行介绍。同时，结合工程实际情况，对“一拖多”变频控制与计算机监控系统的信息交互过程进行简述，设计运行流程。“一拖多”变频控制方案及监控系统的成功应用为泵站的运行管理、安全运行提供了有力的支撑和保证。【关键词“一拖多”变频控制；计算机监控系统；信息交互；运行流程中图分类号TV675文献标识码BDesign Key Points and Application of Pump Station Monitoring System Under“OneDrag and Many Frequency Conversion Control ModeGao Lu,Xie Chen(Shaanxi Province Institute of Water Conservancy and Electric Power investigation and Design,Xi an 710001,Shaanxi)Abstract:Taking Yanshuiguan secondary pumping station of Yanan Yellow River Diversion Project as an example,this paper introduces the application of one tow and many frequency conversion control mode in water supply pumpingstation,and introduces the design of computer monitoring system of pumping station from three aspects:system structure,system configuration and system function.At the same time,combined with the actual situation of the project,the informationinteraction process of one tow many frequency conversion control and computer monitoring system is briefly described,andthe operation flow is designed.The successful application of One tow and many frequency conversion control scheme andmonitoring system provides strong support and guarantee for the operation management and safe operation of pumping station.Key words:“One drag more frequency conversion control;computer monitoring system;information interaction;operationflow动机组，机组运行方式为5运2 备，运行容量40 0 0 kW，总装1工程概况机容量56 0 0 kW。延安黄河引水工程位于延安市东北部，是以黄河为主要2“一拖多”变频控制方案取水水源的长距离引水工程。工程建设目的是解决延安市及周边县区的长期缺水问题，属延安市“十二五”重点水利基础设施建设项目，工程年供水总量为8 9 7 7 万m/a，设计引水流量为4.2 m/s，梯级泵站总装机功率48.1MW，该工程为等中型供水工程。工程主要建筑包括取水枢纽、提水泵站、输水管(洞)线、泥沙处理、调蓄及应急水库、净水厂等六部分。其中，延水关二级泵站主厂房内有安装7 台8 0 0 kW水泵电2.1“一拖多”变频控制接线为匹配工程运行过程中的流量变化，泵站工艺要求每台机组均具备变速运行的能力，通过变频调速运行，实现不同供水工况的需求。同时兼顾节能和设备投资的因素，泵站采用了“一拖多”变频控制方案，接线图见图1。收稿日期 2 0 2 3-0 7-0 6【作者简介高璐（19 8 9-），女，陕西西安人，工程师，主要从事水利水电工程电气设计工作。134第11期2023年11月陕西水利Shaanxi Water ResourcesNo.11November,202310GG工频1段母线5GG1#变频器出线开关柜1BPQ1#变频器变频I段母线1#变频母线进线开关柜变频母线1#电动机2BG出线开关柜1D2.2变频器运行及切换功能变频控制系统由变频器、同步切换柜以及逻辑控制屏组成。正常情况下，二级泵站工频及变频母线均按单母线分段运行。1#变频器实现I段母线的3台电机的逐台启动，自动旁路及同步投切功能，并实现对该变频器所带3台电动机中的任1台的变频运行；2#变频器实现段母线的4台电机的逐台启动，自动旁路及同步投切功能，并实现对该变频器所带4台电动机中的任一台的变频运行；当有1台变频器故障或检修情况下，二级泵站工频、变频母线均按单母线运行。两台变频器通过切换，实现任意一台变频器，对全站7 台电动机中的任意一台机组的启动、变频运行。3计算机监控系统设计延水关二级泵站由于“一拖多”变频控制方案的应用，使得其自动化控制系统相较于常规泵站要复杂的多。如果将各电机工频、变频母线侧开关的合分、变频器的选择全部按照常规泵站监控系统控制，不仅增加了泵站运行流程、操作流程设计的难度，同时也对运行人员的操作及管理水平提出了更高的要求。运行人员必须对泵站的管理调度、控制流程以及需要具备的条件做到充分的了解。考虑到上述问题，此次变频控制增加了1面逻辑控制屏，将变频器的选择、变频器与各机组LCU通讯及各电机工频、变频母线侧开关的控制交由逻辑控制屏完成，以此对泵站计算机监控系统进行设计。3.1系统结构延水关二级泵站按照“无人值班”（少人值守）的监控模式、分层分布开放式体系结构设计计算机监控系统2。泵站设置站用控制级（主控层）和就地监控（现地层）两层，网络采用穴余交换式以太网。主控层为全站设备监视、测量、控制、管理的中心，通过光缆或屏蔽双绞线与现地层相连。泵站主控层即为上位机系统，泵站现地层即为泵站现地机组LCU,主控层与现地层采用10 0 0 M工业以太网通讯。现地控制单元通信采用现场总线或以太网通信方式。正常情况，运行人员通过中控室计算机监控系统的键盘、鼠标进行人机对话，实现对泵站主要设备的控制和监视，当操作员工作站运行出现故障退出或者操作员工作站与现地控制单元之间的通信中断时，各现地机组LCU均应能独立完成*21CG工频母线联络开关柜11CG6GG7GG1#电动机出2#电动机出3#电动机出线开关柜线开关柜线开关柜2BPQ2#变频器变频母线2#电动机变频母线3#电动机1BG出线开关柜3BG2D图1延水关二级泵站“一拖多”变频控制接线图运行，实现设备的控制管理，从而确保泵站运行安全。延水关二级泵站计算机监控系统结构见图2。1#主机兼操作员工作站打印机（A3）打印机（A4）GPSNTP卫星同步时钟接人交换机保护装置接人交换机I/0I/0触摸屏触摸屏触摸屏触摸屏触摸屏1#阀门信号2#阀门信号3#阀门信采集及控制1#机组信2#机组信采集及控制采集及控制采集及控制1#机组LCU3#机组LCU2#机组LCU4#机组LCU.图2 多延水关二级泵站计算机监控系统结构图3.2系统功能泵站计算机监控系统负责完成泵站所有设备的监视、控制和调节，包括机组及附属设备等的开关量、电量及非电量的数据实时采集，机组的启停、变频控制、有功及无功调节，断路器的分合闸和进出水阀门的启闭等操作。泵站计算机监控系统具有数据采集与处理、控制与调节、人机接口、数据通信、系统自诊断、培训仿真和软件开发、时钟系统、维护与开发等功能。3.3系统配置泵站主控层配置有2 套操作员工作站、1套卫星时钟设备、1套微机五防系统、1台便携机、4台工业以太网交换机、1台通信管理机、2 台打印机等。现地层配置有微机保护装置、智能仪表，根据泵站现地控制单元功能结构和现场设备分布情况，站内共配置9 套现地控制单元，其中每台机组配置1套机组LCU（1 7 JZLCU），全站配置1套公用LCU（G YLCU），1面逻辑控制屏（LCP）。4变频控制与计算机监控系统的信息交互计算机监控系统可根据变频控制系统的采集数据及各电机的运行情况，对7 台电机的运行状态进行自动调节。经过系统运算来判断电机的启动数量及运行状态（工频运.135.工频段母线8GG14GG2#变频器出线开关柜6BG9BG变频母线5#电动机变频母线6#电动机变频母线7#电动机出线开关柜出线开关柜2#变频母线进线开关柜变频母线联络开关柜4BG变频母线4电动机10 OBG出线开关柜3D4D15GG4#变频器出5#变频器出6#变频器出7#变频器出线开关柜线开关柜线开关柜线开关柜出线开关柜出线开关柜变频段母线11BG12BGSD6L核心交换机光纤光纤/01/0触摸屏触摸屏变频器信号采集及控制6V配电装置信号及控制#假信5#阀门信6#机组信集及控制采集及控制采集及控制辅机设备信号采集及控制5#机组LCU7#机组LCUJ公用LCU6#机组LCU16GG17GG13BG7D2#主机兼操作员工作站通信管理机逻辑控制屏接人拉换机EVO1/01/06#阀门信号7#阀门信号4进线配电装置信号及控制采集及控制水力测量信号采集7#机组信号直流系统信号采集18GG五防主机曲触摸屏第11期2023 年11 月行/变频运行）。变频控制与计算机监控系统的信息交互见图3。EIZLCUIZICUBIZICU工频I段母线LM6GGA7GGA8GG1BPQ变频I段母线1BC2BGR13B陕西水利Shaanxi WaterResources1)开机准备检查机组开机前需对机组运行相关的各个控制设备状态进行检查，具备机组开机条件。包括：各电气设备、变频器、阀LLCG工频段母线LA14GC150G7160G7dG18GG2BPQ6BCBCNo.11November,2023门无故障报警；各控制设备均处于远方工作位；1#机泵前、泵后检修阀全开；泵后液控蝶阀全关；出水母管检修阀全开，吸水池水位不低于开机水位；机组电机轴承温度、管道压力、变频段母线水位等监测数据准确，满足运行条件。31图3变频控制与计算机监控系统的信息交互图泵站在变频启动过程中及变频运行模式下，5GG、14G G、1BG、9 BG、2 BG 4 BG、10 BG 13BG 均由LCP控制。电机在同步切换过程中，电机所对应的6 kV工频断路器的合闸控制由LCP负责完成。电机同步启动过程完成后，电机已运行在工频模式下，此时电机及其6 kV工频断路器由机组LCU对其进行控制和保护。当单台变频器故障时，2 台变频器进线侧断路器5GG、14G G 都分断后，由LCP锁定相应的变频器才可由LCP控制变频母联断路器6 BG合闸。5运行流程设计泵站运行流程的设计既要考虑单台机组的运行工况，也要顾及不同工况下其他机组的运行状态。同时采用“一拖多”变频控制方案也增加了泵站运行流程的复杂程度。运行流程设计要标准化、规范化，以便运行人员运维管理。以1#机组为例，对1#机组的开机流程（工频运行、变频运行）、停机流程（正常停机）进行分析设计。（1）1#机组开机流程（工频运行、变频运行）根据泵站运行工艺，需要先将1#机组电机启动后再控制泵后液控蝶阀开启，开机流程见图4。其中，1#机组电机由变频转工频运行的切换条件是由变频控制系统中同步切换柜实现的。同步切换柜通过检测网侧和电机侧电压，调节电机电压与电网电压同步。由LCP完成1、2#BPQ的选择及电机工频、变频母线侧开关的控制。上位机发令满足开机准备检查不满足满足#机组工频运行令是LCP选择变频器是#ZLCU收到变频器备妥信号否是1JZLCU发出变频器启动令LCP控制合5GG2BG开始运行是满足切工频条件后，LCP控制合查6GG、断开2 BG开泵后液控阀是聚后液控阀全开,各频参数是正留否是开机流程结束图41#机组开机流程图:1362）1#电机工作在软启模式的LCP控制流程LCP首先LCP向1BPQ发送1#电机软启动命令。同步切换柜控制6 GG断路器处于分断状态,2 BG断路器处于闭合状态。然后LCP控制5GG断路器闭合，1BPQ启动运行并启动1#电机至额定转速。变频器和同步切换柜通过检测输入及输出电压，调节电机电压与电网电压同步。当同步切换柜确定1#电机同步状态已锁定时，先控制6 GG断路器闭合，再控制2BG断路器断开。此时1#电机进人工频运行状态。3）1#电机工作在变频模式的LCP控制流程首先LCP向1BPQ变频器发送1#电机变频运行命令。同步切换柜控制6 GG断路器处于分断状态,2 BG断路器处于闭合状态。LCP控制5GG断路器闭合，1BPQ启动运行并启动1#电机至设定转速。此时1#电机进入变频运行状态。（2）1#机组停机流程（正常停机）根据泵站运行工艺，需要先将泵后液控蝶阀关闭，再停1#机组电机，停机流程见图5。当工频运行停机时，LCP不再参与控制,1#电机工频断路器6 GG由1JZLCU进行控制分断。当变频运行停机时，由LCP停变频器，控制断路器5GG分断。上位机发令是1#机组停机令是关1#泵后液控阀是泵后液控阀全关泵后液控阀未全关是1#JZLCU断开工频断路器6 GCH6GG未断开是停机流程结束图51#机组工频、变频停机流程图6结语开机条件不具备泵站中“一拖多”变频控制方案的成功应用较好地解决#机组变频运行令了梯级泵站流量匹配难题，在变频控制系统中逻辑控制屏的LCP选择变频器增加，有效地降低了泵站计算机监控系统中运行流程的设计是难度。目前延安黄河引水工程延水关二级泵站已投入运行多#ZLCU收到变频器备妥信号查年，运行效果一直良好。“一拖多”变频控制方案及计算机是1JZLCU发出变频器启动令LCP控制合5GG、2 BG 开始运行是达到设定转速否开泵后液控阀报故障停机流程退出上位机发令#机组停机令匙关1#泵后液控阀是后液控阀全关泵后液控阀未全关匙变频器未停是LCP断开断路器SCC否5CC未断开是流程退出停机流程结束监控系统的设计得到了实际验证，为泵站的运行管理、安全运行提供了有力的支撑和保证，其设计经验也为类似项目计算机监控系统设计提供了借鉴。1孙军平.延安黄河引水工程延水关枢纽取水口设计方案探讨.陕西水利,2 0 19.2苏兆景，周海燕.邦山泵站计算机监控系统设计.机电信息，2 0 17.流程退出参考文献