- 城市泵站的分类
从应用场景划分，城市泵站可以分为三大类：排水泵站、污水泵站和供水泵站，排水泵站主要用以排水、排涝的泵站；污水泵站用来输送生活废水；而供水泵站主要用于城市生活供水。这三类泵站对于城市运转都必不可少，如何让泵站高效、安全、低耗运行是管理者首先需要关注的问题。泵站管理平台通过现场监测控制传感器、边缘计算、云平台结合本地PLC为城市泵站的管理提供解决方案。
- 城市排水泵站的电气设计
根据DJG 08-22-2018《城镇排水泵站设计标准》，排水泵站根据功率需求和当地供电条件，一般采用35kV或10kV供电。城市排水泵站负荷等级为二级负荷，重要地区的泵站应按照一级负荷设计。二级负荷的泵站一般需要有两路电源互为备用或一路常用一路备用；一级负荷的泵站需要有两路独立的电源，一路电源故障时另外一路电源可以不受影响独立供电，特殊情况下还需要设置自备电源。以一个排水泵站为例，设置3台10kV高压异步电动机和2台0.4kV异步电动机，平时2台0.4kV异步电机运行即可满足排涝要求，在汛期*大可以5台电机同时运行，见图1。
10kV母线采用单母分段接线，0.4kV母线采用单母线或单母分段接线。为了减小电机启动对系统造成的冲击，功率较大的电机采用软启动器启动。10kV电动机无功补偿采用就地补偿机制，并确保补偿后功率因数为0.95左右；0.4kV电动机采用集中式无功补偿，补偿后功率因数不低于0.9。
图1 中小型排水泵站电气接线示意图
- 泵站的电气自动化二次设计
3.1 泵站电气设备的自动控制、测量、保护、监视、通讯方面。其内容包括：泵站高压送、变电系统；泵站0.4kV配电系统；泵站直流系统；电机的综合保护系统。泵站的保护测控装置配置如图2所示。所有装置均具备通讯接口，可通过智能网关接入本地监控系统或者区域泵站管理平台，智能网关具备边缘计算和逻辑控制功能，可根据现场运行工况进行自动控制。
图2 泵站保护测控装置配置图
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名称 |
图片 |
型号 |
功能 |
应用 |
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微机保护装置 |
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AM6 |
提供35kV和10kV线路、变压器、电动机、电容器、母联保护备自投 |
保护测控装置 |
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多功能综合测量仪表 |
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APM520 |
三相电流、线电压/三相相电压、双方向有功/无功功率、双方向有功/无功电能、功率因数、频率、谐波畸变率、电压合格率统计，RS485/Modbus-RTU接口 |
高低压回路电气参数测量 |
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电动机测控装置 |
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ARD3M |
适用于额定电压至 660V 的低压电动机回路，集保护、测量、控制、通讯、运维于一体。（过流、欠流）、电压的（过压、欠压）及断相、堵转、短路、漏电、三相不平衡、过热、接地、轴承磨损、定转子偏心时、绕组老化予以报警或保护控制。 |
低压电动机保护控制 |
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抗晃电装置 |
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ARD-KHD |
电压短暂失压时防止接触器脱扣，电压恢复后不间断运行，避免系统受到冲击。 |
抗晃电 |
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无功补偿控制器 |
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ARC |
根据目标功率因数投切电容器实现无功补偿 |
无功补偿控制 |
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无线测温传感器 |
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ATE400 |
监测35kV及以下电压等级配电系统母排、线缆连接点温度和温升预警。 |
适用于35kV及以下电压等级开关柜母排、断路器、电缆接头等接点温度监测 |
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无线测温接收器 |
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ATC600 |
接收无线测温传感器数据并通过RS485上传。 |
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智能网关 |
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ANet-2E4SM |
边缘计算网关，嵌入式linux系统，提供AES加密及MD5身份认证等安全需求，支持断点续传，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104协议，支持逻辑判断和控制。 |
数据采集、转换和逻辑判断 |
表1 泵站保护测控装置选型
3.2泵站及重要辅机系统的自动控制、测量、监视、通讯方面。其内容包括：为主机配套的油系统的控制（例如：水泵叶片调节压力油系统、快速闸门液（油）压操作系统、油系统、齿轮箱冷却油系统等）；为主机配套的气系统的控制（为真空破坏阀（虹吸式泵站）所配的低压气系统、为水泵叶片调节配套的压力油及其它气动工具用的中压储能气系统）；泵站水系统（为主机组配套的冷却水系统、泵站排水系统和消防用水系统等）。
3.3 各种非电量的自动测量、监视、通讯方面。其内容如下：水工安全方面的位移、沉降、扬压力、应力等各种监测；水文、水位、水情、水量、水质等各种监测；各种温度、湿度的监测；绝缘监测；各闸门开度、荷重等监测。
这些信号均为模拟量和开关量形式输出，采集信号为4-20mA模拟量信号和开关量信号，这些信号主要PLC装置采集并进行相应的告警和控制，数据可上传泵站管理平台。
为了提高可靠性，4-20mA或者0-5V模拟量信号需要增加信号隔离装置来实现限压、限流、隔离等措施，增加系统的抗干扰能力。
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名称 |
图片 |
型号 |
功能 |
应用 |
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隔离式安全栅 |
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BM200 |
采用了限压、限流、隔离等措施，防止危险能量从本安端子进入危险现场，提高系统的本安防爆性能，增加了系统的抗干扰能力。输入4-20mA、0-5V、PT100/0-10kΩ等信号，输出4-20mA、0-5V等信号。 |
模拟量信号安全隔离 |
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信号隔离器 |
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BM100 |
对电流、电压等电量参数或温度、电阻等非电量参数进行快速测量，经隔离转换成标准的模拟信号输出。既可以直接与指针表、数显表相接，也可以与自控仪表（如PLC）、各种A/D转换器以及计算机系统等设备配接。 |
信号转换隔离 |
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遥信单元 |
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ARTU100-K8 ARTU100-K16 ARTU100-K32 |
可采集8~32路开关量，具备SOE事件顺序记录，RS485/Modbus-RTU接口。 |
开关量采集 |
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遥信遥控单元 |
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ARTU100-KJ8 |
8路开关量采集和8路继电器输出，RS485/Modbus-RTU接口。 |
开关量采集 继电器输出 |
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模拟量采集单元 |
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ARTU100-MA84 |
8路4-20mA/0-5V采集和4路4-20mA/0-5V输出，RS485/Modbus-RTU接口。 |
模拟量采集输出 |
表2 泵站信号采集及隔离装置选型
3.4 泵站应设置正常工作照明和应急照明，并满足各场所照度要求，应急照明持续供电时间应不少于30min。
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工作场所 |
工作面名称 |
规定照度被照面 |
工作照明(lx) |
应急照明(lx) |
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泵房间、格栅间 |
设备布置和维护地区 |
离地0.8m水平面 |
150 |
10 |
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高低压配电装置室 |
设备布置和维护地区 |
离地0.8m水平面 |
200 |
15 |
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控制室 |
设备布置和维护地区 |
离地0.8m水平面 |
300 |
30 |
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变压器室 |
设备布置和维护地区 |
离地0.8m水平面 |
100 |
15 |
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楼梯 |
离地0.8m水平面 |
50 |
5.0 |
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通道 |
离地0.8m水平面 |
50 |
1.0 |
表3 泵站照明系统要求
安科瑞为泵站提供消防应急照明和疏散指示系统和智能照明控制系统解决方案。正常工作照明可以采用感应控制、定时控制、远程控制等控制方式，满足泵站工作照明要求。应急照明和疏散指示系统提供不少于90min的应急照明，采用集中电源供电，确保消防安全。消防应急照明和工作照明控制均可接入泵站管理平台实现集中监测和控制。
图3 泵站消防应急照明和工作照明系统
3.5全站的视频监视系统及视频信息上传。
- 泵站管理系统
泵站管理平台由本地保护测控装置、测量采集仪表、PLC自控装置、视频安防、本地控制系统以及区域泵站管理平台组成。通过泵站管理平台可以实现对区域内泵站的数据采集、运行监测、控制调节、能耗分析、事故预告报警、事件记录、运维管理等功能，实现泵站无人值守、集中运维管理，提高泵站的运行可靠性。
