独立箱式变电站的恒压供水系统设计

独立箱式变电站的恒压供水系统设计

唐广强胡鹏时洪杰

（中国铁路济南局集团有限公司调度所山东济南250001）

摘要：随着社会的迅速发展，人们对不间断供水和稳定的供水压力的要求不断提高，因此，为确保供水系统可靠性运行，不断采用先进的自动化技术、控制技术以及网络通讯技术成为必然趋势。本设计是由潜水泵、变频器、PLC、PID调节器、箱式变压器和以太网组成控制系统，控制和调节水泵的运行状态，使系统运行在最合理状态，满足供水需求。

关键词：变频控制；变压器；恒压供水；PID调节；PLC；通讯

一、设计要求：

图1

1、新开凿2眼水井，编号定为7号水井8号水井，在厂区内东南角水井顺河岸向东400米定义为7号水井，从7号水井再向东400米定义为8号水井。同时在7号水井位置建设一面箱式变压器（SCB10315KVA）为7、8号水井的供电电源。高压供电电源从中心配电室引出，设计长度2200米。将两台控制柜放入箱式变电站内，采用一体化设计。

2、水井深水泵采用变频恒压控制，本项目是包含箱变供货、恒压供水控制系统设备供货、电缆施工及系统安装调试包工包料的交钥匙采购。

3、本方案预留通讯接口，以便后期接入全厂自动化系统，实现水井遥控。

4、系统供电条件：380VAC。

二、技术要求：

1、潜水泵的技术参数：安装在井下120米、扬程162米、流量100m³/h、电机功率75KW，电机额定工作电流152A。

2、控制要求：

2.1潜水泵为变频控制恒压供水，供水压力为0.4MPa，控制压力可通过触摸屏调节，系统可以自动运行，同时也具备远程控制功能；具有手动按钮启动功能及手自动转换，配电压、电流表；

2.2触摸屏作为人机界面，可以显示供水压力、流量、累积流量、工作模式，修改PID调节参数等信息；

2.3预留RJ45以太网通讯接口，具备接入工厂DCS系统，实现遥控的功能；

2.4具备电量计量功能，计量精度0.2%；

自控控制原则为无人值守，需具备缺水等必要的联锁报警装置。

本系统的核心是电气设计和自控设计

电气设计：

1、高压柜的技术要求：电动操作负荷开关一台，10KV/220VPT一台，采集高压电源电压信号，分别提供给低压PLC和高压微机保护单元供电，设置30/5CT两台，提供微机电流保护，微机保护单元具备MODBUSRTU通讯功能并提供断路器分合闸位置指示干接点一组。系统设计如图1：

2、变压器技术要求：SCB10315KVA，带铝合金外壳，变压器冷却风机控制器支持MODBUSRTU通讯。可以读取变压器三相线圈温度值。高压柜至变压器采用电缆连接。

3、低压配电柜的技术要求：柜体选择标准PS柜，尺寸（高*宽*深）2000*1000*600，底部加装200MM底座。上部开风机孔并加防护罩，采用一个风机排风。前下部开一个进风口，配置进风过滤网。采用行程开关进行柜内照明及风机控制。总进线断路器选择630A电动操作塑壳断路器一台，变压器至低压进线开关采用尽量采用铜母线连接，变压器低压瓷瓶出线采用软铜带连接。加装600/5电力互感器配置安科瑞PZ96多功能电力仪表一台，三相四线电度表一台。出线选择400A、250A塑壳断路器两台供两台变频器工作，断路器出线因出一段铜母线采用绝缘子进行加固。提供100A断路器一台用作两台电容补偿器，电容补偿单组容量20Kvar电压等级450V,标准配置7%电抗器，分别配置DZ47-D63断路器，63A标准接触器，45A热继电器，电容器组提供接触器分合闸接点4个。PLC控制系统通过继电器干接点进行分合闸操作，同时提供40A塑壳断路器一台，分别给自控柜、箱变冷却风机、仪表、电辅助加热，检修电源等外围设备供电。将PLC控制系统安装在低压配电柜中，PLC控制系统通过绝缘板单独安装，将控制及仪表地引至独立的仪表接地端，箱变基础施工时将电力接地与仪表接地分别独立施工，以便与系统独立仪表地进行连接。

4、变频器柜的技术要求：柜体选择标准PS柜，尺寸（高*宽*深）2000*1000*600，底部加装200MM底座。上部开风机孔并加防护罩，采用两个风机排风。任何一台变频器运行后立即启动风机进行散热排风；变频器并列安装，安装时请遵循变频器安装间隔、散热距离等相关技术要求。8号变频器既正面看右边的变频器加装电抗器一台，采用绝缘子固定铜母线的方式提供变频器的进线及出线侧，方便现场施工。变频器柜要有可靠的接地端子，确保变频器接地与接地网进行可靠连接。

5、箱式变电站整体技术要求：在原设计基础上尽量减小箱变外形尺寸，高压室，变压器室，低压室要加装温度传感器和散热风机，高压室、变压器室按照标准配置即可；特别是低压室，因变频器在运行时会产生大量的热量，低压室设计两个温度传感器，四个大功率散热风机，四个风机分两组控制，进风口在下边，以便从箱变基础下吸进冷风。制作箱变基础时，安装进风铝合金窗。

自控设计：

自控柜自控系统如图2所示：

图2

PLC硬件地址分配设计（PLC型号选择西门子ST40）：

I0.0-I0.7地址定义如下：

7号泵供电准备，7号水泵运行反馈，7号泵故障反馈，8号泵供电准备，8号水泵运行反馈，8号泵故障反馈；1#电容器组过流保护，2#电容器组过流保护；

I1.0-I1.7地址定义如下：

远程就地选择开关，系统故障复位，高压室开门警告，变压器室开门警告，低压室开门警告，高压负荷开关合闸指示。

Q0.0-Q1.7地址定义：

7号水泵启动信号，7号水泵故障复位，8号水泵启动信号，8号水泵故障复位，变频柜风机启停，高压室风机启停，变压器室风机启停，低压室1组风机启停，低压室2组风机启停，故障报警。

AIW0-AIW14模拟量输入选择两块4路输入模块，箱变高压室温度，变压器室温度，低压室温度两路，7号泵压力传感器，7号泵流量传感器，8号泵压力传感器，8号泵流量传感器。温度传感器选择PT100，采用隔离变送器模拟信号转换，量程选择-50-100度，4-20mA信号隔离变松器一台，一路输入四路输出。

AQW模块1块，7号变频频率给定，8号变频频率给定。

RS485通讯模板一块实现与电力多功能仪表、变压器温度控制仪表、高压微机保护仪表进行通讯。

CSM1277以太网交换机一台，实现一台PLC与多个触摸屏进行通讯。

光纤转以太网模块2台。

参考文献

1.关醒凡，《泵的理论与设计》，机械工业出版社，1987年

2.高仁斗，电力变压器的安装与运行安全，1994年05期

3.张万钟，可编程控制器入门与应用中国电力出版社2005

4.吴忠智、吴加林，变频器应用手册机械工业出版社2000

5.滕俊沛，基于PLC变频调速恒压供水系统的设计2007

6.李关飞，变频器在恒压供水控制系统中的应用变频器世界2007/03

7.王树主，变频调速系统设计与应用[M]机械工业出版社2006