探究南水北调解台泵站主电机自动顶车装置设计应用

程坤，刘斌

（江苏省沙集闸站管理所，江苏 睢宁 221200）

泵站设备是由主电机、水泵、辅助设备等组成，涉及的电气设备也相对较多，传统操作方式已经无法满足现有的工程需要。自动化控制技术的应用可以全面优化南水北调解台泵站工程技术管理方式，保障工程安全稳定运行，实现区域内水资源的合理配置。因此，探究南水北调解台泵站主电机自动顶车装置设计应用，对我国大型水利工程现代化管理水平提升具有十分重要的现实意义。

1 工程概况

南水北调解台站是南水北调东线工程的第八级抽水泵站，工程主体包括泵站、节制闸、相关变配电设施等工程设施。解台泵站设计调水流量125m3/s，设计扬程5.83m，安装5台套2900ZLQ32-6型立式轴流泵（备机1台），配TL2800-40/3250型同步电动机。单机设计流量可达31.5m3/s，总装机容量为14000kW。快速进步的自动化技术促使南水北调工程将测量、保护、控制、通讯集于一体，以此实现泵站工作效率和安全性的提升。

2 改造应用思路

解台泵站采用的是立式轴流泵，配套同步电动机，在开机前，必须进行顶转子操作。解台泵站原来顶转子时采用由一台移动式液压装置分别对5台机组的液压顶组加压，人工观测液压顶的位置，判断转子是否顶起和复位。在这一过程中，工作人员需要踩爬冷却水管，若观测不准则会造成顶车或液压顶回位不足，进而影响机组运行的安全性与稳定性。此外，在拆卸移动式液压装置的过程中，可能会有液压油渗出，对周围环境造成一定污染，不利于工程环保节能水平的提升。因此，针对以往解台泵站主电机顶转子工作中存在的问题，管理单位根据顶转子操作的特点，提出了以下设计思路：一是将独立的固定式液压装置作为液压顶的动力源；二是由独立的控制系统测控每台机组顶转子的运行；三是在原有手动测控系统的基础上，增加触摸屏监控，以此实现远程调度功能；四是当无系统操作或系统操作完成后，系统可自动切除液压动力操作电源。

3 系统总体框架

解台泵站主电机自动顶车装置改造后，主要由位置传感器组、测控装置、液压装置、液压顶组组成，其中，传感器组的主要任务是将接收的信息转换为传感信号，并传输至测控系统中，随即测控系统便会响应相应的执行任务，使得接收到控制信号的液压装置做出“供油”或“回油”操作，使得液压顶组“伸出”或“回落”，以此实现系统自动化控制。若要单独进行回油操作，则可在触摸屏“测控”界面上点击“回油控制”页面键，根据弹出的“回油控制”页面进行相应操作。其中“供油”与“回油”操作是互相闭锁的，为提升系统智能化与安全性奠定了坚实的基础。

各装置的技术参数如下：（1）顶车行程为3～5mm； （2）液压装置电源为AC380V，0.75kW；测控系统电源为DC24V，120W；（3）控制器的隔离输入、隔离输出分别为40路、8路；（4）液压顶位置传感器可调检测距离为50cm，分辨率、响应时间分别小于3mm、2ms，转子位置传感器检测距离为15±10mm，响应频率为0.5kHz；（5）液压系统,工作压力20Mpa，最高压力为24MPa，系统流量为2.0L/min。

4 系统设计方案

4.1 液压系统

自动顶车装置的液压系统主要是液压站和液压管路等组成。液压站主要包括电机、油泵、电磁换向阀、溢流阀组、油箱等，工作压力以及最高允许压力分别为20MPa、24MPa，流量为2.0L/min，功率为0.75kW，使用380V电源作为液压源的动力源。液压管路采用原插拔式高压软管作为液压系统管路与液压顶组的连接装置，使得在特殊的情况下仍可以继续使用原有的移动式液压装置进行顶转子操作，进而有效提升了系统的通用性。液压系统实际工作过程的实现，依靠系统中油泵与电磁换向阀的相互协作，当液压系统出现泄露现象时，触发低压力限位开关，油泵及配套电机会在测控系统的控制下启动运转，当压力达到要求时，便会触发高压力限位开关，然后，油泵机及配套电机自动停止运转，从而达到液压装置功能要求。

4.2 测控系统

4.2.1 功能设计

南水北调解台泵站主电机组的设计、试验与运行，与测控系统的工况、性能有着较大联系。在对其功能进行设计的过程中，需要充分考虑主电机组设备的在线监测、自适应控制等方面存在影响因素，并利用时间数据对测试系统的模型及其进行预测试，从而得到相关设备的性能曲线，确保在测试条件以及环境良好的情况下，能够保障主电机组以及相关设备可靠、稳定、安全运行。解台泵站主电机自动顶车装置的运行主要由测控系统控制，系统会根据实际情况处理传输信号，同时触发控制功能、操作功能、保护功能、显示功能等，进而实现对监控机组转子、液压顶位置、触摸屏的控制，并对一些开关量进行控制，实现节能降耗的目标。

4.2.2 系统组成

测控系统主要由控制器、触摸屏、继电器、按钮、液压顶位置以及转子位置传感器等组成，两个转子位置传感器安装在机组内部，而测控单元安装在控制箱中。

测控系统工作流程如下：供油开始—液压顶伸出—转子顶到位—供油停止—延时（5S）—回油开始—转子回到位—液压顶落到位—延时（5S）—回油停止—延时关机。当工作中出现突发情况，则可直接按下“急停”按钮，确保第一时间内电源切断。测控系统组成如图1所示。

图1 测控系统框图

为实现泵站主电机自动顶车装置能够形成一个具有反馈通道的闭环结构，需要使用模糊控制系统提升整体控制的数字化与智能化水平，确保装置在面对复杂工况的情境下，仍可保持稳定的运行状态，并根据下游水位不同情况下转子的负荷变化情况执行相应控制程序，从而提升解台泵站整体的智能化水平，保障南水北调工程调水工作能够顺利开展。

4.3 控制箱

控制箱的组成包括主控制器、触摸屏、液压装置控制以及输出继电器、按钮等，其中，传感器部分包括液压顶位置以及转子位置传感器。由于解台泵站内部与的电气设备会受到工作中电流、电压的影响出现各种不确定的安全隐患，因此，需要在设计阶段对设备的各种参数进行优化与调整，确保泵站主电机组能够始终保持良好的运行状态。由于内部各设备间的关系较为复杂，需要使用智能化技术建立起知识库、数据库、推理机等，然后，对各设备的运行数据进行综合计算，并将其作为设备试运营阶段的训练依据，在此基础上，采用推理手段明确各设备调试过程中出现的问题。与此同时，PLC以及其他高性能的设备调试方式可以保障泵站主电机组的在线调试、标准程序等具备修改功能，系统管理人员可以利用较为简便的个性化应用程序解决出现的问题，以此避免改造的泵站主电机自动顶车装置在应用中仍存在安全隐患多、液压油渗漏等问题。

4.4 改造结果与分析

经过优化后的南水北调解台泵站主电机自动顶车装置，其工艺系统的可靠性与稳定性均得到极大的进步与升级，同时，也降低了工程投资的成本，与传统运行模式相比，其自动化效率、自动投入率等均得到极大的进步。此外，运行过程中产生的能量损耗也相对减少，促使南水北调工程的环保节能性能得到提升，相关技术指标得到优化，弥补了因为系统故障造成的负面影响，充分发挥出众多设备参数的优势与作用，进一步推动南水北调解台泵站自动化持续发展进程。

5 结语

综上所述，南水北调解台泵站主电机自动顶车装置自动化改造完成后，自动顶车装置触摸屏一键启动，顶转子操作过程就能自动完成，人们对解台泵站主电机组的自动化设计、控制与使用有了全新的认识。控制系统具有无操作及操作结束后自动切断电源功能技术，避免了无意识操作与误操作带来的安全隐患，进一步凸显出转子自动顶升系统的优势与作用，为泵站智能化领域的发展奠定坚实的基础。