- 城市泵站的分類
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。這三類泵站對于城市運轉都必不可少，如何讓泵站高效、安全、低耗運行是管理者首先需要關注的問題。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。
- 城市排水泵站的電氣設計
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*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
- 泵站的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
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名稱 |
圖片 |
型號 |
功能 |
應用 |
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微機保護裝置 |
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AM6 |
提供35kV和10kV線路、變壓器、電動機、電容器、母聯保護備自投 |
保護測控裝置 |
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多功能綜合測量儀表 |
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APM520 |
三相電流、線電壓/三相相電壓、雙方向有功/無功功率、雙方向有功/無功電能、功率因數、頻率、諧波畸變率、電壓合格率統計，RS485/Modbus-RTU接口 |
高低壓回路電氣參數測量 |
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電動機測控裝置 |
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ARD3M |
適用于額定電壓至 660V 的低壓電動機回路，集保護、測量、控制、通訊、運維于一體。（過流、欠流）、電壓的（過壓、欠壓）及斷相、堵轉、短路、漏電、三相不平衡、過熱、接地、軸承磨損、定轉子偏心時、繞組老化予以報警或保護控制。 |
低壓電動機保護控制 |
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抗晃電裝置 |
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ARD-KHD |
電壓短暫失壓時防止接觸器脫扣，電壓恢復后不間斷運行，避免系統受到沖擊。 |
抗晃電 |
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無功補償控制器 |
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ARC |
根據目標功率因數投切電容器實現無功補償 |
無功補償控制 |
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無線測溫傳感器 |
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ATE400 |
監測35kV及以下電壓等級配電系統母排、線纜連接點溫度和溫升預警。 |
適用于35kV及以下電壓等級開關柜母排、斷路器、電纜接頭等接點溫度監測 |
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無線測溫接收器 |
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ATC600 |
接收無線測溫傳感器數據并通過RS485上傳。 |
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智能網關 |
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ANet-2E4SM |
邊緣計算網關，嵌入式linux系統，提供AES加密及MD5身份認證等安全需求，支持斷點續傳，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協議，支持邏輯判斷和控制。 |
數據采集、轉換和邏輯判斷 |
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。
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名稱 |
圖片 |
型號 |
功能 |
應用 |
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隔離式安全柵 |
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BM200 |
采用了限壓、限流、隔離等措施，防止危險能量從本安端子進入危險現場，提高系統的本安防爆性能，增加了系統的抗干擾能力。輸入4-20mA、0-5V、PT100/0-10kΩ等信號，輸出4-20mA、0-5V等信號。 |
模擬量信號安全隔離 |
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信號隔離器 |
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BM100 |
對電流、電壓等電量參數或溫度、電阻等非電量參數進行快速測量，經隔離轉換成標準的模擬信號輸出。既可以直接與指針表、數顯表相接，也可以與自控儀表（如PLC）、各種A/D轉換器以及計算機系統等設備配接。 |
信號轉換隔離 |
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遙信單元 |
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ARTU100-K8 ARTU100-K16 ARTU100-K32 |
可采集8~32路開關量，具備SOE事件順序記錄，RS485/Modbus-RTU接口。 |
開關量采集 |
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遙信遙控單元 |
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ARTU100-KJ8 |
8路開關量采集和8路繼電器輸出，RS485/Modbus-RTU接口。 |
開關量采集 繼電器輸出 |
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模擬量采集單元 |
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ARTU100-MA84 |
8路4-20mA/0-5V采集和4路4-20mA/0-5V輸出，RS485/Modbus-RTU接口。 |
模擬量采集輸出 |
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。
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工作場所 |
工作面名稱 |
規定照度被照面 |
工作照明(lx) |
應急照明(lx) |
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泵房間、格柵間 |
設備布置和維護地區 |
離地0.8m水平面 |
150 |
10 |
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高低壓配電裝置室 |
設備布置和維護地區 |
離地0.8m水平面 |
200 |
15 |
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控制室 |
設備布置和維護地區 |
離地0.8m水平面 |
300 |
30 |
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變壓器室 |
設備布置和維護地區 |
離地0.8m水平面 |
100 |
15 |
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樓梯 |
離地0.8m水平面 |
50 |
5.0 |
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通道 |
離地0.8m水平面 |
50 |
1.0 |
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。
圖3 泵站消防應急照明和工作照明系統
3.5全站的視頻監視系統及視頻信息上傳。
- 泵站管理系統
泵站管理平臺由本地保護測控裝置、測量采集儀表、PLC自控裝置、視頻安防、本地控制系統以及區域泵站管理平臺組成。通過泵站管理平臺可以實現對區域內泵站的數據采集、運行監測、控制調節、能耗分析、事故預告報警、事件記錄、運維管理等功能，實現泵站無人值守、集中運維管理，提高泵站的運行可靠性。
