基于平臺的城市排水泵站管理系統設計

更新時間：2024-11-20

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近年來我國城市內澇災害頻發，造成人員傷亡以及經濟損失嚴重，嚴重威脅著城市的安全。數據顯示，2015-2018年我國平均每年受淹或發生內澇城市的數量約占我國城市數量的1/5；人民生命財產也損失嚴重，據統計，2021年截至上半年，我國因洪澇災害所死亡失蹤人數達26人，造成經濟損失達135億元。一方面，我們需要建設和管理排水設施；另一方面，建立城市防洪排澇監測預警系統。它不僅可以為管理部門提供城市河流和道路水位的實時信息，還可以為城市防洪管理提供技術和數據支持。泵站遠程監控系統基于物聯網和邊緣計算等技術，以本地自控結合大數據遠程監控平臺，為城市洪澇災情監測、內澇預警和治理等方面提供解決方案。

1泵站的分類

從應用場景劃分，城市泵站可以分為三大類：排水泵站、污水泵站和供水泵站，排水泵站主要用以排水、排澇的泵站；污水泵站用來輸送生活廢水；而供水泵站主要用于城市生活供水。泵站管理平臺通過現場監測控制傳感器、邊緣計算、云平臺結合本地PLC為城市泵站的管理提供解決方案。

2 城市排水泵站的設計

根據DJG 08-22-2018《城鎮排水泵站設計標準》，排水泵站根據功率需求和當地供電條件，一般采用35kV或10kV供電。城市排水泵站負荷等級為二級負荷，重要地區的泵站應按照一級負荷設計。二級負荷的泵站一般需要有兩路電源互為備用或一路常用一路備用；一級負荷的泵站需要有兩路獨立的電源，一路電源故障時另外一路電源可以不受影響獨立供電，特殊情況下還需要設置自備電源。以一個排水泵站為例，設置3臺10kV高壓異步電動機和2臺0.4kV異步電動機，平時2臺0.4kV異步電機運行即可滿足排澇要求，在汛期至大可以5臺電機同時運行，見圖1。

10kV母線采用單母分段接線，0.4kV母線采用單母線或單母分段接線。為了減小電機啟動對系統造成的沖擊，功率較大的電機采用軟啟動器啟動。10kV電動機無功補償采用就地補償機制，并確保補償后功率因數為0.95左右；0.4kV電動機采用集中式無功補償，補償后功率因數不低于0.9。

圖1 中小型排水泵站電氣接線示意圖

3 泵站的排水電氣自動化二次設計

3.1 泵站電氣設備的自動控制、測量、保護、監視、通訊方面。其內容包括：泵站高壓送、變電系統；泵站0.4kV配電系統；泵站直流系統；電機的綜合保護系統。泵站的保護測控裝置配置如圖2所示。所有裝置均具備通訊接口，可通過智能網關接入本地監控系統或者區域泵站管理平臺，智能網關具備邊緣計算和邏輯控制功能，可根據現場運行工況進行自動控制。

圖2 泵站保護測控裝置配置圖

表1 泵站保護測控裝置選型

3.2泵站及重要輔機系統的自動控制、測量、監視、通訊方面。其內容包括：為主機配套的油系統的控制（例如：水泵葉片調節壓力油系統、快速閘門液（油）壓操作系統、油系統、齒輪箱冷卻油系統等）；為主機配套的氣系統的控制（為真空破壞閥（虹吸式泵站）所配的低壓氣系統、為水泵葉片調節配套的壓力油及其它氣動工具用的中壓儲能氣系統）；泵站水系統（為主機組配套的冷卻水系統、泵站排水系統和消防用水系統等）。

3.3 各種非電量的自動測量、監視、通訊方面。其內容如下：水工安全方面的位移、沉降、揚壓力、應力等各種監測；水文、水位、水情、水量、水質等各種監測；各種溫度、濕度的監測；絕緣監測；各閘門開度、荷重等監測。

這些信號均為模擬量和開關量形式輸出，采集信號為4-20mA模擬量信號和開關量信號，這些信號主要PLC裝置采集并進行相應的告警和控制，數據可上傳泵站管理平臺。

為了提高可靠性，4-20mA或者0-5V模擬量信號需要增加信號隔離裝置來實現限壓、限流、隔離等措施，增加系統的抗干擾能力。

表2 泵站信號采集及隔離裝置選型

3.4 泵站應設置正常工作照明和應急照明，并滿足各場所照度要求，應急照明持續供電時間應不少于30min。

表3 泵站照明系統要求

安科瑞為泵站提供消防應急照明和疏散指示系統和智能照明控制系統解決方案。正常工作照明可以采用感應控制、定時控制、遠程控制等控制方式，滿足泵站工作照明要求。應急照明和疏散指示系統提供不少于90min的應急照明，采用集中電源供電，確保消防安全。消防應急照明和工作照明控制均可接入泵站管理平臺實現集中監測和控制。