【摘要】針對新民排澇站機(jī)電部分專業(yè)特點，介紹水泵及附屬設(shè)備，電動機(jī)、電氣一次，電氣二次的設(shè)計，在設(shè)計中采用新技術(shù)，新工藝。如采用低揚程水頭損失較小的斜式水泵，斷流設(shè)備采用節(jié)能型自由側(cè)翻式拍門，采用分層分布式的開放式結(jié)構(gòu)的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)用冗余技術(shù)等。
　　【關(guān)鍵詞】排澇站機(jī)電設(shè)計；斜式軸流泵；電動機(jī)；節(jié)能型自由側(cè)翻式拍門；計算機(jī)監(jiān)控
　　1概述
　　新民排澇站工程任務(wù)是排除新民倉內(nèi)澇水,控制集雨面積29.7km2,排澇標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇24小時暴雨所產(chǎn)生徑流量1天排干，以確保圍內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民的正常生活，免受內(nèi)澇危害，保證社會穩(wěn)定和人民安居樂業(yè)。排澇站設(shè)計總排澇流量49.72m3/s，共裝設(shè)4臺斜30°安裝半調(diào)節(jié)軸流泵,總裝機(jī)容量4×800kW=3200kW。本文針對新民排澇站機(jī)電主要部分設(shè)計進(jìn)行回顧。
　　2水力機(jī)械
　　主要設(shè)計包括：水泵及其附屬設(shè)備選型及布置，泵站輔助系統(tǒng)等。
　　新民排澇站總設(shè)計流量49.72m3/s，最高揚程5.73m，設(shè)計揚程3.05m，為大流量、低揚程的排澇站。
　　適應(yīng)大流量、低揚程的水泵型式主要有貫流泵、立式軸流泵、臥式軸流泵和斜式軸流泵。本泵站選用斜式軸流泵。
　　斜式軸流泵結(jié)構(gòu)特點：
　�。�1）水泵為斜式結(jié)構(gòu)，配用斜式電機(jī)，主要部件包括底座、進(jìn)水伸縮管、動葉外圈、導(dǎo)葉體、彎管、葉輪部件、水中軸承部件、泵軸部件、推力軸承部件、出口墻管等。
　�。�2）泵軸向力由設(shè)置于泵出口處的推力軸承承受。泵轉(zhuǎn)輪重量及泵運轉(zhuǎn)時徑向力由設(shè)置于泵導(dǎo)葉體內(nèi)金屬巴氏合金水導(dǎo)軸承及設(shè)置在推力軸承箱內(nèi)的徑向軸承支承。水泵推力軸承箱內(nèi)的兩個軸承采用稀油潤滑，潤滑油由與水導(dǎo)軸承共用的高位油箱供給，并有冷卻夾套通水冷卻。
　�。�3）水泵結(jié)構(gòu)設(shè)計充分考慮方便安裝、檢修。水泵從進(jìn)水錐管、動葉外圈、導(dǎo)葉體、出水彎管均設(shè)計成上下剖分結(jié)構(gòu)，當(dāng)拆去泵的上半部殼體后，泵的轉(zhuǎn)子部件即可裝入或拆去，當(dāng)需要改變?nèi)~片角度時，在停機(jī)情況下，可通過改變泵葉片定位銷孔的位置，重新固定，并擰緊葉片螺母即可。
　　目前國內(nèi)最大的斜式軸流排澇站單泵口徑已達(dá)4.1m，為斜15°結(jié)構(gòu)，并已運行多年，狀況良好。
　　裝機(jī)臺數(shù)從靈活性、經(jīng)濟(jì)性以及后期維護(hù)等方面綜合考慮，確定裝機(jī)4臺，單機(jī)流量12.43m3/s。
　　進(jìn)水流道選擇：大流量軸流泵的進(jìn)水流道型式有肘形流道、鐘形流道及喇叭口進(jìn)水流道等。肘形進(jìn)水流道是目前國內(nèi)外采用最廣泛的一種流道型式，具有水流狀態(tài)良好、水力損失小、運行和施工經(jīng)驗豐富等優(yōu)點。因此，采用肘形進(jìn)水流道。
　　出水流道選擇：斜式軸流泵出水流道布置型式有直管式和肘形漸擴(kuò)式。由于本泵站的水泵口徑小于2m，故采用直管式出水流道。
　　斜式軸流泵典型安裝角度一般采用15°、30°或45°。本泵站水泵采用30°較大角度安裝。
　　排澇站不要求進(jìn)行流量動態(tài)調(diào)節(jié)，因此，從節(jié)省投資考慮，采用半調(diào)節(jié)方式。為減少油系統(tǒng)、水系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)復(fù)雜性，方便運行管理，采用水泵電機(jī)直接傳動方式。
　　水泵啟動和斷流方式選擇：排澇站采用直管式出水流道，水泵啟動和斷流方式有快速閘門、快速多葉閘門和拍門。快速閘門、快速多葉閘門啟閉設(shè)備較復(fù)雜，造價較高，本泵站選用節(jié)能型自由側(cè)翻式拍門作為排澇站水泵啟動和斷流方式。目前在國內(nèi)多座排澇站得到了應(yīng)用，實踐證明該拍門節(jié)能效果顯著、可靠性高，同時造價僅比常規(guī)拍門高約30%。
　　
　　3電氣一次
　　主要設(shè)計包括：10KV供電專線，泵站變配電設(shè)備，電動機(jī)及附屬設(shè)備選型，站內(nèi)防雷接地、照明等。
　　3.1電氣主接線
　　電氣主接線根據(jù)供電電源、機(jī)組臺數(shù)、單機(jī)容量等確定，并遵循運行安全可靠、操作靈活方便、維護(hù)使用簡單、經(jīng)濟(jì)合理的原則設(shè)計。據(jù)此原則，排澇站電氣主接線采用一回進(jìn)線，不需降壓的單母線接線。
　　3.2電動機(jī)型式選擇
　　水泵配套電動機(jī)額定電壓選用10kV，單機(jī)功率為800KW，本站選用同步電機(jī)。
　　同步電動機(jī)優(yōu)點是功率因數(shù)高，無需裝設(shè)電容器組進(jìn)行無功補(bǔ)償，電機(jī)異步起動時，起動電流較小，對電網(wǎng)沖擊小，必要時還可向電網(wǎng)發(fā)無功，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，過載能力及抗系統(tǒng)干擾性強(qiáng)。缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，多了滑環(huán)、碳刷及勵磁系統(tǒng)，運行維護(hù)較復(fù)雜，整體造價比異步電動機(jī)多約10%。
　　電動機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下。
　　電動機(jī)型號：TXZ800-24/2150額定功率：800kW
　　額定電壓：10kV額定轉(zhuǎn)速：250rpm
　　相數(shù)：3功率因數(shù)：0.9(超前)
　　頻率：50Hz防護(hù)等級：IP23
　　絕緣等級：F冷卻方式：開啟式自然通風(fēng)冷卻
　　工作制：SI(連續(xù)定額)勵磁方式：可控硅
　　3.3站用電配電
　　站用電壓為0.4KV，采用單母線接線，電源采用雙電源供電，設(shè)一臺柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源，柴油發(fā)電機(jī)作防洪閘門、技術(shù)供水泵及廠房事故照明等重要負(fù)荷的應(yīng)急電源,手動控制啟動方式。
　　4電氣二次
　　4.1監(jiān)控系統(tǒng)
　　排澇站采用“計算機(jī)監(jiān)控為主、簡化常規(guī)控制為輔”的監(jiān)控方式。監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式的開放式結(jié)構(gòu)，監(jiān)控系統(tǒng)分為三層，分別為調(diào)度中心層、集中監(jiān)控層、現(xiàn)地控制單元層(LCU)。其中調(diào)度中心層為預(yù)留功能，以便將來實現(xiàn)遠(yuǎn)程集中調(diào)度。集中監(jiān)控層采用100Mbps以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)采用工業(yè)級產(chǎn)品，保證數(shù)據(jù)、圖形和語音信息的高速可靠傳輸。集中監(jiān)控層與現(xiàn)地級監(jiān)控層LCU采用光纖連接，保證信號的可靠傳輸。
　　監(jiān)控系統(tǒng)具有以下功能：數(shù)據(jù)采集和處理、安全運行監(jiān)視及事件報警、自動控制與調(diào)節(jié)、人機(jī)聯(lián)系、運行管理、歷史數(shù)據(jù)記錄、系統(tǒng)自診斷、軟件編輯等功能。
　　現(xiàn)地控制單元包括1～4號泵組現(xiàn)地控制單元(1～4LCU)、公用設(shè)備現(xiàn)地控制單元(5LCU)及防洪事故閘門現(xiàn)地控制單元(6LCU)。每個現(xiàn)地控制單元均以PLC為控制核心，采用10.4吋彩色觸摸屏作為人機(jī)界面。公用設(shè)備現(xiàn)地控制單元(5LCU)通過通訊接口與技術(shù)供水泵控制箱、消防供水泵控制箱、檢修滲漏排水泵控制箱、格柵除污機(jī)控制箱進(jìn)行通訊，各控制箱均采用小型PLC控制。
　　中控室設(shè)置1套模擬屏顯示系統(tǒng)。模擬屏的結(jié)構(gòu)形式采用馬賽克模擬屏和1臺AP-84Series型一體化背投式大屏幕顯示器，該模擬屏結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)實用，易于修正有關(guān)畫面。
　　模擬屏采用PLC控制，TCP/IP協(xié)議通訊，通過雙絞線與集中監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接，通訊可靠性高，實時數(shù)據(jù)和信號反應(yīng)速度快。
　　4.2繼電保護(hù)系統(tǒng)
　　保護(hù)裝置選用微機(jī)保護(hù)裝置，裝置設(shè)有通訊口，可與監(jiān)控系統(tǒng)通訊。
　　保護(hù)裝置根據(jù)《電力裝置的繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計規(guī)范》及《排澇站設(shè)計規(guī)范》配置。
　　4.3直流系統(tǒng)
　　排澇站設(shè)置220V直流系統(tǒng)一套。用于保護(hù)、操作、信號裝置電源及事故照明。直流裝置選用高頻開關(guān)電源設(shè)備，裝置由65Ah鉛酸蓄電池充電屏和直流饋線屏組成。裝于直流饋線屏上的智能高頻開關(guān)整流模塊和監(jiān)控系統(tǒng)能實現(xiàn)智能化的充電/浮充電運行。
　　4.4圖像系統(tǒng)
　　為配合監(jiān)控系統(tǒng)的運行，排澇站設(shè)置一套對現(xiàn)場進(jìn)行實時監(jiān)視的圖像系統(tǒng)。通過設(shè)置多媒體監(jiān)視設(shè)施，使運行人員能夠?qū)ΜF(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行直接觀察了解，作為對監(jiān)控系統(tǒng)的補(bǔ)充，幫助運行人員進(jìn)行綜合判斷。該系統(tǒng)能夠與監(jiān)控系統(tǒng)相連，并通過光纜將圖像信號傳輸至調(diào)度中心。
　　5結(jié)束語
　　目前，新民排澇站已進(jìn)入實施階段，機(jī)電專業(yè)結(jié)合我國水利水電設(shè)施發(fā)展趨勢，基于現(xiàn)代計算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用，以“無人值班（少人值守）”的科學(xué)化、現(xiàn)代化工程管理設(shè)計定位下，在設(shè)計中開拓思路，勇于創(chuàng)新，積極采用新技術(shù)，新工藝。如采用低揚程水頭損失較小的斜式水泵，斷流設(shè)備采用節(jié)能型自由側(cè)翻式拍門，采用分層分布式的開放式結(jié)構(gòu)的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)用冗余技術(shù)等。經(jīng)充分討論、調(diào)研、咨詢的基礎(chǔ)上，在各專業(yè)積極配合下，順利完成了設(shè)計任務(wù)。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]GB/T50265-97,泵站設(shè)計規(guī)范[S]