CN112196783B - 一种长距离大管径输调水泵站泵组自动控制启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长距离大管径输调水泵站泵组自动控制启动方法，因启泵前提水管道为满水状态，启泵过程中为了消除泵组启泵水锤，防止提水管道水倒流回泵站，必须精确控制液控阀的打开时间，所以出水侧液控阀压力必须大于阀后压力，即水泵出口压力大于管道工作压力时打开液控阀，以保证提水管道内水不会倒流回泵站，防止泵组反转，损害站内设备。通过以上技术方案，有效解决了提启泵消除水锤的技术问题，确保了整个管网系统及设备的安全，促使管网系统安全稳定经济高效地运行。

Description

一种长距离大管径输调水泵站泵组自动控制启动方法

技术领域

本发明涉及液体运输领域，特别是涉及一种长距离大管径输调水泵站泵组自动控制启动方法。

背景技术

随着城市建设的发展和生活水平的日益提高，以及自然干旱，需水量不断剧增。同时由于人类的生产、生活和社会活动等原因城市附近水源地下水位不断下降，湖泊等取水地水资源日益枯竭。为保证社会经济的可持续发展，生态水资源的保护已迫在眉睫，利用泵站管道调水，让湖泊水等流动起来、合理用水是治理水污染、保护生态水资源有效方法。因此，采用长距离、高扬程、大流量、复杂地形管道输调水项目也越来越多。

长距离大管径管道输送业务在国内方兴未艾，由于其有节能环保、损耗低、均衡稳定等优势受到了越来越多的资源业主的欢迎。管道输送比公路运输费用低，可以满足现代工厂连续生产的要求，而管道的运行寿命为30年，所以经济效益比较可观。

管道运输是可持续发展的项目。管道输送费用比公路运输费用大幅度降低，除管道运输系统的自身运营成本费用外，不产生其他费用，管道输送系统通过各个监控系统实施管道输送系统自动化及流程化控制，采用自动化控制流程进行管道输送，减少泵站运行人员及劳动强度，提高安全运行水平和企业经济效益，并降低费用成本的重要举措，因此，本发明具有不可限量的前景。

在输调水系统中,管道的安全性尤为重要,但因自动控制及操作问题引发的管道爆管及泵组设备损坏事故时有发生,因而在输水泵站机组自动化启动流程的实施，对输水管道的安全使用具有重要意义。为保证管道输水系统的安全性,应采取必要的措施，本发明针对以上存在的问题，能够有效解决复杂地形长距离输水管道的启泵消除水锤，保护泵组在启动时设备不被水锤冲击而损坏的问题，促使管道输调水系统安全稳定高效经济运行。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种长距离大管径输调水泵站泵组自动控制启动方法，在长距离大管径高扬程输调水系统中有效解决启泵消除水锤，保护泵组设备不被水锤冲击而损坏的技术难题，泵组在启动时，因启泵前提水管道为满水状态，启泵过程中为了消除泵组启泵水锤，防止提水管道水倒流回泵站，必须精确控制液控阀的打开时间，所以出水侧液控阀压力必须大于阀后压力，即水泵出口压力大于管道工作压力时打开液控阀，以保证提水管道内水不会倒流回泵站，防止泵组反转，损害站内设备。在工作阀前后设置压力变送器及压力表,能及时的反馈压力值至控制系统，并发出准确操作指令。

本发明采用的技术方案如下：

一种长距离大管径输调水泵站泵组自动控制启动方法，包括以下步骤：

S1.设备发出启动指令时，首先确定入水侧阀门和出水侧检修阀在全开位置，各设备处于正常状态；启动润滑水泵，润滑水泵对泵组进行润滑供水，满足泵组基础供水压力及流量，确保润滑充分，并保持3分钟；

S2.检测水位、水压、流量信号，每30S检测循环一次，未达到预定值继续运行润滑水泵，超时后3分钟后停止流程；达到预定值后进入下一步；

S3.启动变频器，启动变频器时设定启动转速，在10S内重复变频器断路器合位，若合闸成功进入下一步，若超时变频器断路器合位合闸失败，进入正常停机流程；

S4.变频器限时80s运行到预定转速，若启动成功进入下一步，若超时变频器投入运行失败，进入正常停机流程；

S5.当变频器运行成功后，同时检测出水侧液控阀压力与阀后压力，当压力达到整定值，并保持3S后，打开进入下一流程；若未达到整定值，进入正常停机流程；

S6.出水侧液控阀限时10S启动打开动作，未启动打开动作自动调用停机流程，若启动打开动作进入下一流程；

S7.出水侧液控阀限时30S完全打开，超时自动调用停机流程，若完全打开启动流程完成；

S8.转速由管道运行压力及输调水情况决定，是否需要满负荷运行，如满负荷运行，将电源切换至工频电源。

一种长距离大管径输调水泵站泵组，包括控制系统，所述控制系统包括信息层、控制层和设备层，所述信息层与控制层信号相连，所述控制层与设备层相连接；所述信息层通过控制层控制设备层，所述控制层可直接控制设备层；

进一步地，本发明公开了一种长距离大管径输调水泵站泵组的优选结构，包括中控室，所述信息层设置于中控室中，所述中控室中设置有两台上位机，所述控制层包括公用LCU与现场LCU，所述现场LCU与所对应的现场电器设备信号相连，所述公用LCU连接所有现场电器设备，用于非现场控制设备。

进一步地，所述设备层包括机械设备，所述机械设备包括水泵，所述水泵的输出端连接有出水侧液控阀，水泵的输出端与出水侧液控阀之间设置有泵出口压力变送器；所述出水侧液控阀的输出端连接有工作阀出口压力变送器，所述水泵的输入端连接有入水侧阀门。

进一步地，所述入水侧阀门入口端设置有入口压力变送器，所述入口压力变送器管道连接取水池；所述工作阀出口压力变送器出口连接有出水侧检修阀，所述出水侧检修阀出水侧连接有出水侧压力变送器，所述出水侧压力变送器管道连接有高位水池。

进一步地，包括润滑水泵，所述润滑水泵串联在水泵进水端管道上。

进一步地，包括流量调节阀、防水锤空气阀、压力波动预防阀、压力波动预防检修球阀，所述流量调节阀、防水锤空气阀、压力波动预防阀、压力波动预防检修球阀串联进供水管路系统。

进一步地，所述水泵连接有电机，所述电机连接有变频器，所述变频器设置于变频器进线柜中，所述水泵连接有现场水泵控制柜、泵组在线监测柜，所述电机连接有水泵电机进线柜，所述电机连接有电机保护柜。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.通过采用本方法，有效解决了泵组在启动过程消除水锤的技术难题，实现了管道及泵组设备的有效保护，该方法可以利用自动化系统接入泵组控制回路，在泵组停机过程中可以直接调用自动启动流程，精准控制泵组各阀门、水泵、电机和辅助设备；

2.有效解决了提启泵消除水锤的技术问题，确保了整个管网系统及设备的安全，促使管网系统安全稳定经济高效地运行；有效防止了输调水系统管道的爆管及设备损坏事故发生，有效确保了管网系统的安全；

3.提高了管道输调水系统的稳定性及管道输送的工作效率，延长管道的使用寿命，提高了输调水的经济效益。

附图说明

图1是本发明系统结构示意图；

图2是本发明在变频器条件下流程框图；

图3是本发明在工频条件下流程框图。

图中标记：1是取水池，2是入口压力变送器，3是入水侧阀门，4是水泵，5是泵出口压力变送器，6是出水侧液控阀，7是工作阀出口压力变送器，8是出水侧检修阀，9是出水侧压力变送器，10是高位水池。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

如图1和图2所示，本发明公开了一种长距离大管径输调水泵站泵组的优选实施方式，包括控制系统，所述控制系统包括信息层、控制层和设备层，所述信息层与控制层信号相连，所述控制层与设备层相连接；所述信息层通过控制层控制设备层，所述控制层可直接控制设备层；所述信息层设置于中控室中，所述中控室中设置有两台上位机，所述控制层包括公用LCU与现场LCU，所述现场LCU与所对应的现场电器设备信号相连，所述公用LCU连接所有现场电器设备，用于非现场控制设备。

设备层包括机械设备，所述机械设备包括水泵4，所述水泵4的输出端连接有出水侧液控阀6，水泵4的输出端与出水侧液控阀6之间设置有泵出口压力变送器5；所述出水侧液控阀6的输出端连接有工作阀出口压力变送器7，所述水泵4的输入端连接有入水侧阀门3。

入水侧阀门3入口端设置有入口压力变送器2，所述入口压力变送器2管道连接取水池1；所述工作阀出口压力变送器7出口连接有出水侧检修阀8，所述出水侧检修阀8出水侧连接有出水侧压力变送器9，所述出水侧压力变送器9管道连接有高位水池10。包括润滑水泵，所述润滑水泵串联在水泵4进水端管道上。

流量调节阀、防水锤空气阀、压力波动预防阀、压力波动预防检修球阀，所述流量调节阀、防水锤空气阀、压力波动预防阀、压力波动预防检修球阀串联进供水管路系统。所述水泵4连接有电机，所述电机连接有变频器，所述变频器设置于变频器进线柜中，所述水泵连接有现场水泵控制柜、泵组在线监测柜，所述电机连接有水泵电机进线柜，所述电机连接有电机保护柜。

实施例2：

基于实施例1的基础上，本发明公开了一种长距离大管径输调水泵站泵组自动控制启动方法，包括以下步骤：

S1.设备发出启动指令时，首先确定入水侧阀门3和出水侧检修阀8在全开位置，各设备处于正常状态；启动润滑水泵，润滑水泵对泵组进行润滑供水，满足泵组基础供水压力及流量，确保润滑充分，并保持3分钟；

S2.检测水位、水压、流量信号，每30S检测循环一次，未达到预定值继续运行润滑水泵，超时后3分钟后停止流程；达到预定值后进入下一步；

S3.启动变频器，启动变频器时设定启动转速，在10S内重复变频器断路器合位，若合闸成功进入下一步，若超时变频器断路器合位合闸失败，进入正常停机流程；

S4.变频器限时80s运行到预定转速，若启动成功进入下一步，若超时变频器投入运行失败，进入正常停机流程；

S5.当变频器运行成功后，同时检测出水侧液控阀6压力与阀后压力，当压力达到整定值，并保持3S后，打开进入下一流程；若未达到整定值，进入正常停机流程；

S6.出水侧液控阀限时10S启动打开动作，未启动打开动作自动调用停机流程，若启动打开动作进入下一流程；

S7.出水侧液控阀限时30S完全打开，超时自动调用停机流程，若完全打开启动流程完成；

S8.转速由管道运行压力及输调水情况决定，是否需要满负荷运行，如满负荷运行，将电源切换至工频电源。

泵组自动控制启动流程为解决启泵消除水锤，控制流程可进行自动控制分析、判断及处理保护泵组启动时，设备不被水锤冲击而损坏的技术方案阐述，只是代表性的举例。

在实际的复杂地形长距离输水泵站泵组自动控制启动流程中还有多种辅助设备，如电机冷却水系统、泵组润滑水系统、渗漏及检修排水系统等。主要设置自动控制系统、机械设备及启泵流程。如图1、图2、图3设置了控制系统设备、机电设备及启动流程为例，正常开机分为现场机旁开机由触摸屏设定机组启动转速；及中控室远程开机，由手动设定机组启动转速。

无论现场开机还是远程开机，开机前应具备：事故量或故障量、状态量、远方信号等各系统信号接入上位机，并由控制流程进行自动控制分析、判断及处理，保护泵组启动时，设备不被水锤冲击而损坏。

见图1及图2，事故量或故障量：泵组主保护无动作信号；泵站变频器出线柜无保护动作信号；电机主保护装置无故障信号；电机后备保护装置无故障信号；变频器出线柜保护装置无故障信号；变频器无故障信号；泵组润滑供水泵无故障信号；泵组进水侧电动阀门无故障信号；泵组出水侧液控阀无故障信号；泵组出水侧检修阀无故障信号；泵组无温度故障信号；泵组无压力故障信号。

状态量：变频器待机；变频器出线柜断路器分闸位；泵组出线柜断路器分闸位；泵组进水侧电动阀门在全开位置；泵组出水侧工作阀在全关位置；泵组出水侧液控阀在全关位置；泵组进水侧压力达到整定值；液控阀阀后压力达到整定值；变频器出线柜断路器弹簧已储能；泵组出线柜断路器弹簧已储能。

远方信号：泵组进水侧电动阀控制在远方位置；泵组出水侧检修阀控制在远方位置；泵组出水侧液控阀控制在远方位置；泵组变频器控制在远方位置；变频器出线柜断路器控制在远方位置；泵组出线柜断路器在远方位置；泵组出线柜接地开关分闸位置。变频器既软启动器。

见图3泵组启动流程，开机前确认进水侧电动阀及出水侧检修阀8在全开位置，且必须满足各事故量、故障量无报警且信号正常，各开关状态显示正常，远方信号显示正常，所有模拟量输入增加品质位判断，当模拟量输入小于3.2mA或大于20.4mA时，模拟量品质为坏，模拟量品质置位。

启泵条件满足，一键启动泵组，由控制系统自动完成整个启动过程，首先启动润滑水泵对泵组进行润滑供水，满足泵组基础供水压力及流量，确保润滑充分，并保持3分钟后，启动变频器，启动变频器时设定启动转速，限时10s变频器断路器合位。

断路器合闸失败，自动调用停机流程，限时80s变频器运行，变频器投入运行失败，自动调用停机流程，当变频器运行成功，限时120s出水侧液控阀6压力大于阀后压力，并保持3S，打开出水侧液控阀，当压力未达到整定值，即主管道工作压力时流程退出。

打开出水侧液控阀，限时10S液控阀动作，未动作自动调用停机流程，限时30S液控阀全开，液控阀全开失败调用停机流程，当全开完成，正常开机流程结束，完成整个泵组启动，其中转速由管道运行压力及输调水情况决定，是否需要满负荷运行，如满负荷运行，可切换至工频电源。在启动过程中或启动完成后，出现泵组基础供水压力及流量未达到整定值，阀门未开到全开位置，变频器启动失败等任意一项未满足要求，控制系统自动调用停机流程，进行停机。

因启泵前提水管道为满水状态，启泵过程中为了消除泵组启泵水锤，防止提水管道水倒流回泵站，必须精确控制液控阀的打开时间，所以出水侧液控阀6压力必须大于阀后压力，即水泵出口压力大于管道工作压力时打开液控阀，以保证提水管道内水不会倒流回泵站，防止泵组反转，损害站内设备。

通过以上技术方案，有效解决了提启泵消除水锤的技术问题，确保了整个管网系统及设备的安全，促使管网系统安全稳定经济高效地运行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种长距离大管径输调水泵站泵组自动控制启动方法，其特征在于：包括控制系统，所述控制系统包括信息层、控制层和设备层，所述信息层与控制层信号相连，所述控制层与设备层相连接；所述信息层通过控制层控制设备层，所述控制层可直接控制设备层；所述设备层包括机械设备，所述机械设备包括水泵(4)，所述水泵(4)的输出端连接有出水侧液控阀(6)，所述出水侧液控阀(6)的输出端连接有工作阀出口压力变送器(7)；

所述水泵(4)的输入端连接有入水侧阀门(3)，所述工作阀出口压力变送器(7)出口连接有出水侧检修阀(8)；

控制方法包括以下步骤：

S1.设备发出启动指令时，首先确定入水侧阀门(3)和出水侧检修阀(8)在全开位置，各设备处于正常状态；启动润滑水泵，润滑水泵对泵组进行润滑供水，满足泵组基础供水压力及流量，确保润滑充分，并保持3分钟；

S2.检测水位、水压、流量信号，每30S检测循环一次，未达到预定值继续运行润滑水泵，超时后3分钟后停止流程；达到预定值后进入下一步；

S3.启动变频器，启动变频器时设定启动转速，在10S内重复变频器断路器合位，若合闸成功进入下一步，若超时变频器断路器合位合闸失败，进入正常停机流程；

S4.变频器限时80s运行到预定转速，若启动成功进入下一步，若超时变频器投入运行失败，进入正常停机流程；

S5.当变频器运行成功后，同时检测出水侧液控阀(6)压力与阀后压力，当压力达到整定值，并保持3S后，打开进入下一流程；若未达到整定值，进入正常停机流程；

S6.出水侧液控阀限时10S启动打开动作，未启动打开动作自动调用停机流程，若启动打开动作进入下一流程；

S7.出水侧液控阀限时30S完全打开，超时自动调用停机流程，若完全打开启动流程完成；

S8.转速由管道运行压力及输调水情况决定，是否需要满负荷运行，如满负荷运行，将电源切换至工频电源。

2.如权利要求1所述的一种长距离大管径输调水泵站泵组自动控制启动方法，其特征在于：包括中控室，所述信息层设置于中控室中，所述中控室中设置有两台上位机，所述控制层包括公用LCU与现场LCU，所述现场LCU与所对应的现场电器设备信号相连，所述公用LCU连接所有现场电器设备，用于非现场控制设备。

3.如权利要求2所述的一种长距离大管径输调水泵站泵组自动控制启动方法，其特征在于：所述水泵(4)的输出端与出水侧液控阀(6)之间设置有泵出口压力变送器(5)。

4.如权利要求3所述的一种长距离大管径输调水泵站泵组自动控制启动方法，其特征在于：所述入水侧阀门(3)入口端设置有入口压力变送器(2)，所述入口压力变送器(2)管道连接取水池(1)；所述出水侧检修阀(8)出水侧连接有出水侧压力变送器(9)，所述出水侧压力变送器(9)管道连接有高位水池(10)。

5.如权利要求4所述的一种长距离大管径输调水泵站泵组自动控制启动方法，其特征在于：包括润滑水泵，所述润滑水泵串联在水泵(4)进水端管道上。

6.如权利要求5所述的一种长距离大管径输调水泵站泵组自动控制启动方法，其特征在于：包括流量调节阀、防水锤空气阀、压力波动预防阀、压力波动预防检修球阀，所述流量调节阀、防水锤空气阀、压力波动预防阀、压力波动预防检修球阀串联进供水管路系统。

7.如权利要求6所述的一种长距离大管径输调水泵站泵组自动控制启动方法，其特征在于：所述水泵(4)连接有电机，所述电机连接有变频器，所述变频器设置于变频器进线柜中，所述水泵连接有现场水泵控制柜、泵组在线监测柜，所述电机连接有水泵电机进线柜，所述电机连接有电机保护柜。

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