重庆市多山，别称山城，在重庆的市政供水行业经常需要设计加压泵站对取水或配水进行加压。而市政供水又关系到国计民生，是不得不解决的民生大事。尤其是农村地区及高山景点，虽然人口不多，但是农村饮水安全问题一直是党中央关心的大事。随着人民生活水平的提高，人民对饮水安全的要求也越来越高。随着外出旅游的人越来越多，旅游景点的基础设施也亟待提高，有些高山景点也急需解决供水问题。因此设置多级加压泵站也成了在所难免的事情。多级加压泵站的电气及自动化设计是一个难题，怎样设计不但科学合理而且经济安全是设计时需要考虑和解决的问题。下面我就从具体项目入手讨论多级加压泵站的电气及自动化设计。

 

一、项目概况

      某景区供水工程由取水工程、净水工程、管道工程三部分组成。取水工程有取水泵站 1 座（规模 80m3/h，海拔高度 180m），取水二级泵站 1 座（规模 80m3/h，海拔高度 400m），取水管道 2094m。净水工程有水厂 1座，日处理能力 1600m3，海拔高度 655m。配水管道4849m。配水二级泵站 1 座（规模 10.7m3/h，海拔高度1040m），配水加压管道 3247m。山顶高位水池（容量约100m3，海拔高度 1380m）。

 

二、电气设计

1. 确定负荷等级

      本工程供水区域以旅游资源为核心，无工业用水，以居民及游客生活用水为主，服务对象主要为游客及旅游地常住人口。根据用水性质及规范要求，本工程负荷等级定为二级。本工程电源引自景区内电网，取水泵站、取水二级泵站、净水厂、输水二级泵站分别引来一路 10KV 电源，并在净水厂设 1 台移动式柴油发电机，以保证二级负荷供电。

 

2. 负荷容量及电源选择

      取水泵站的主要用电设备有 2 台 110KW 取水泵，一用一备 ；2 台 15KW 低速卷扬机，一用一备 ；还有起吊、照明、自动化设备等。总计算负荷 134.8KW，选用 1 台容量为 200KVA 的箱式变电站，变压器负荷率为 73.2%。选择箱式变电站不仅省去了变配电房，节省投资，而且方便施工。

 

      取水二级泵站的主要用电设备有 2 台 160KW 加压泵，一用一备 ；还有起吊、照明、自动化设备等。总计算负荷174.3KW，选用 1 台容量为 250KVA 的箱式变电站，变压器负荷率为 75.8%。

 

      净水厂的主要用电设备有 2 台 55KW 加压泵，一用一备 ；1 套 7.5KW 自动供水设备 ；还有加药系统、加氯系统、石灰乳投加系统、起吊、照明、自动化设备等。总计算负荷 90.33KW，选用 1 台容量为 125KVA 的室外杆上式变压器，变压器负荷率为 72.9%。配水二级泵站的主要用电设备有 2 台 45KW 加压泵，一用一备 ；还有起吊、照明、自动化设备等。总计算负荷58.6KW，选用 1 台容量为 80KVA 的箱式变电站，变压器负荷率为 79.6%。

 

      本多级加压泵站有四级加压及一个净水厂，供电较分散，考虑经济性，考虑用移动式柴油发电机组作为备用电源，结合各加压泵站及净水厂的负荷计算及电机的启动要求，本次选择 1 台常载功率 460KW 的移动式柴油发电机组。

 

3. 供配电系统结构形式

      根据工程特点，各泵站、净水厂距离较远，在各泵站分别设置箱式变电站，减少线路损耗。在净水厂设置一杆上式变压器，高压电源自架空终端杆引至杆上变压器，在引入处加装跌落式熔断器及避雷器。配电柜安装在配电室内。因净水厂基本在中间位置，移动式柴油发电机组平时放置在净水厂内，哪里出现电源故障时就将移动式柴油发电机组运至故障点供电，在各泵站、净水厂的低压总进线柜设置双电源切换开关，手动切换，方便移动式柴油发电机组的接入。

 

4. 控制方式

      本次取水泵及加压泵的功率均较大，从节能考虑，结合工艺专业的要求，取水泵及加压泵均采用变频控制器控制。其余小功率设备均采用全压直接起动。现场设备可以通过就地控制箱切换就地控制和远程控制，远程控制由PLC 控制器完成。

 

三、自动化系统设计

1. 自动化系统设计原则

      自动化系统设计遵循可靠性、先进性、开放性等原则。各泵站按无人值守方式设计。自动化系统主控制器选用目前国内外水行业中广泛运用的可编程序逻辑控制器（PLC）。

 

2. 自动化系统结构形式

      在净水厂的综合楼设置中央控制室，内设监控主机、打印机、显示大屏幕、不间断电源（UPS）、光纤网络交换机及无线传输终端。在净水厂的配电室设一套 PLC 控制站（PLC1 控制站），监控范围包括一体化水处理设备、清水池、加药间、加氯间、加压泵房、自动供水设备等全厂设备。

 

      在取水泵站、取水二级泵站、配水二级泵站各设 1套由 PLC 控制器组成的远程控制终端，分别称为 RTU1、RTU2、RTU3，分别监控各自对应泵站的所有设备及仪表。在山顶高位水池设超声波液位计、电磁流量计及无线数据传输终端，将液位、流量信号远程传输至各 RTU 站及 PLC1 控制站，通过水池液位信号联锁控制水泵启停。

 

3. 通讯方式

      由于取水泵站、取水二级泵站、净水厂、配水二级泵站、山顶高位水池彼此距离较远，信息采用无线远程传输方式或光纤通信方式。无线通信方式采用 GSM、GPRS、3G、4G 等无线网络，在各 RTU 控制站及 PLC1 控制站设无线通讯模块，在净水厂的中控室设无线传输终端，信息传输采用冗余码进行差错控制。为了提高通信的可靠性，同时可以利用电信公司的公用光纤网络进行光纤通信。平时正常通讯采用无线通信方式，无线通信发生故障时则采用光纤通讯方式。

 

4. 在线检测仪表设计

      为了及时准确地掌握水量及其变化过程，通过工艺要求的液位、压力等参数联锁控制现场设备，提高管理水平，在重要工艺环节设置了在线监测仪表，以采集相关工艺参数。在线检测仪表的设置如下 ：

 

      根据工艺需要及控制逻辑要求选择合适的在线监测仪表，检测参与控制的各种水质参数和物理参数。在取水泵站设置液位检测，在出水管设压力变送器和电磁流量计检测出水压力及流量。在各级加压泵站在出水总管安装电磁流量计和压力变送器，在调节池设超声波液位计，将流量、压力、液位信号接入对应的 RTU 控制系统中。在净水厂设电磁流量计、浊度计、PH 计、余氯分析仪、压力变送器、超声波液位计，将信号接入 PLC1 控制站中。

 

5. 视频安防监控系统

      在取水泵站、净水厂、各级加压站、山顶高位水池分别设一套视频监控系统，为正常生产及经营管理提供辅助手段和工具。

 

      在单体内配置网络枪机，在室外配置网络球机。净水厂的加氯间的摄像机采用防爆型、加药间的摄像机采用防腐型。

 

      为了完成云台、镜头的控制及报警处理的需要，在中控室配置视频监控管理主机及网络硬盘录像机。在取水泵站、各级加压站、山顶高位水池分别设置网络硬盘录像机，采用就地存储的模式。在取水泵站、各级加压站、山顶高位水池及净水厂的中控室分别设置无线传输终端，实现各泵站、山顶高位水池及净水厂之间视频监控信号的传输并可使净水厂中控室远程控制各监控摄像机。

 

四、结语

      多级加压泵站的电气及自动化设计不但要考虑当地的经济实力、运行管理要求、人员综合水平等实际情况，而且还应该考虑电气及自动化系统的防雷、接地及其他安全措施，设计时就努力做到技术合理、安全可靠。尤其是农村地区及高山景点，电气设计时要考虑到用地紧张、一般没有双回路 10KV 电源的情况，自控设计时还要考虑各控制站之间合理的通讯方式。做好多级加压泵站的电气及自动化设计，从源头上保证了多级加压泵站的安全性和可靠性，为保障供水安全提供了技术支持。