长距离大管径输水泵站泵组事故停机自动控制方法及系统
阅读说明：本技术 长距离大管径输水泵站泵组事故停机自动控制方法及系统 (Automatic control method and system for pump set accident shutdown of long-distance large-pipe-diameter water delivery pump station ) 是由 周江松 李剑勇 陈建军 赵增佳 韩军刚 李剑锋 于 2021-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了长距离大管径输水泵站泵组事故停机自动控制方法及系统,包括：检测泵站泵组设备的电机轴承温度、电机绕组温度、冷却设备冷风温度、机械转速、泵组轴承温度、泵组润滑油温等系统信号,当检测的电机轴承温度、电机绕组温度等参数其中任意一个或多个机械系统信号超过预设值时,判断系统出现机械故障,控制系统自动启动机械事故停机流程；当出现电机主保护动作、电动机变频器出现故障等情况中任意一项或多项情况时,判断系统出现电气事故,控制系统自动启动电气事故停机流程。该自动控制方法根据相应的情况用不同的流程关闭泵组出口工作阀,能够有效减小水锤对设备影响,保证管道内水不会倒流回泵站,防止泵组反转,损害站内设备。(The invention discloses an automatic control method and system for pump set accident shutdown of a long-distance large-pipe-diameter water delivery pump station, which comprises the following steps: detecting system signals such as motor bearing temperature, motor winding temperature, cooling equipment cold air temperature, mechanical rotating speed, pump set bearing temperature, pump set lubricating oil temperature and the like of pump station and pump set equipment, judging that a mechanical fault occurs in a system when any one or more mechanical system signals of the detected parameters such as the motor bearing temperature, the motor winding temperature and the like exceed a preset value, and controlling the system to automatically start a mechanical accident shutdown process; when any one or more conditions of main protection action of the motor, failure of a motor frequency converter and the like occur, an electrical accident of the system is judged, and the control system automatically starts an electrical accident shutdown process. According to the automatic control method, the pump group outlet working valve is closed by different processes according to corresponding conditions, so that the influence of water hammer on equipment can be effectively reduced, the condition that water in a pipeline cannot flow back to a pump station is ensured, and the pump group is prevented from reversing to damage equipment in a station.)
技术领域
本发明一种输调水泵站泵组事故停机控制方法及系统，具体涉及一种长距离大管径输水泵站泵组事故停机自动控制方法和一种长距离大管径输水泵站泵组事故停机自动控制系统。
背景技术
长距离大管径管道输送业务在国内方兴未艾，由于管道输送具有节能环保、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。管道运输是目前国家积极推广的节能减排和环保项目，符合国家的可持续发展要求，是国家产业政策支持的项目。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，本发明具有广阔的应用前景的前景。
大型输调水工程的设计理念都是从低点取水，通过水泵加压后送到高点后让其自流至水库，以此在输调水系统中,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。因提水管道为满流水状态，发生电气事故及机械事故时，阀门无法关闭，管道内的水即将改变运动方向，从高点急速往回下落，强大的水锤将会对设备造成损害或出现输调水系统管道的爆管现象，同时在提水管道水流会突然倒流回泵站，从而损坏泵站泵组设备降低了管道输调水系统的稳定性及管道输送的工作效率，缩短了整个输调水系统的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于：针对目前大型输调水工程中发生电气事故及机械事故时，事故过程中管道中设备受到水锤的冲击和提水管道水流突然倒流回泵站损坏设备的问题，提供了长距离大管径输水泵站泵组事故停机自动控制方法及系统，能够有效解决复杂地形长距离输水管道的事故状态突然停机减小水锤，保护泵组在事故发生时及时有效的停止泵组使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。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种长距离大管径输水泵站泵组事故停机自动控制方法，包括：检测泵站泵组设备的电机轴承温度、电机绕组温度、冷却设备冷风温度、机械转速、泵组轴承温度、泵组润滑油温、泵组振动摆渡参数、电机是否出现主保护动作、电动机变频器是否出现故障、电流或电压信号、泵组转速各系统信号；当检测的电机轴承温度、电机绕组温度、冷却设备冷风温度、机械转速、泵组轴承温度、泵组润滑油温、泵组振动摆渡参数其中任意一个或多个系统信号超过预设值时，判断系统出现机械故障，控制系统自动启动机械事故停机流程；当出现电机主保护动作、电动机变频器出现故障、电流及电压信号消失、泵组反转机械100％过速中任意一项或多项情况时，判断系统出现电气事故，控制系统自动启动电气事故停机流程。使用该自动控制方法，根据相应的情况用不同的流程关闭泵组出口工作阀，切断电机电源，减小水锤对设备影响，保证提水管道内水不会因发生事故而倒流回泵站，防止泵组反转，损害站内设备。
进一步的，当电机轴承温度、电机绕组温度、冷却设备冷风温度、泵组轴承温度、泵组润滑油温、泵组振动摆渡参数其中任意一系统信号超过预设值时，1s内进行分析判断并发送启动机械事故停机流程信号；当系统信号显示机械转速超过预设值时，在100ms内进行判断并发送启动机械事故停机流程信号；所述机械事故停机流程包括：液控阀、电机、泵组收到启动机械事故停机流程信号，泵组出口工作阀关闭，切断电机电源，保证提水管道内水不会因发生事故而倒流回泵站。由于提水管道为满流水状态，设备出现机械事故时，水锤传导速度快，设备需要快速对事故进行反应以达到，减小水锤对设备影响，保证提水管道内水不会因发生事故而倒流回泵站，防止泵组反转，损害站内设备的效果，但设备反应时间越短对设备的要求越高，从而增加长距离大管径输水泵站的建设和维护成本，因此根据不同的机械设备故障的具体情况设置不同的反应时间能够有效降低设备的建设和维护成本。
进一步的，械事故停机流程还可以通过现场手动操作，当现场操作急停按钮后，在500ms内进行判断并发送启动机械事故停机流程信号。距离大管径输调水泵站泵组项目所处地形复杂，未避免出现检测设备未考虑到的复杂事故情况，设置了现场手动操作功能。
进一步的，系统信号出现电动机变频器出现故障、电流及电压信号消失、泵组反转机械100％过速中任意一项情况时，在100ms内进行分析判断并发送启动电气事故停机流程信号；系统信号显示出现电机主保护动作时，在200ms内进行分析判断并发送启动电气事故停机流程信号。由于提水管道为满流水状态，设备出现电气事故时，水锤传导速度快，设备需要快速对事故进行反应以达到，减小水锤对设备影响，保证提水管道内水不会因发生事故而倒流回泵站，防止泵组反转，损害站内设备的效果，但设备反应时间越短对设备的要求越高，从而增加长距离大管径输水泵站的建设和维护成本，因此根据不同的设备故障的具体情况设置不同的反应时间能够有效降低设备的建设和维护成本。
进一步的，所述电气事故停机流程包括以下步骤：
S1.上机位手动控制按钮或中控室公共PLC根据判断发出电气事故停机指令；
S2.收到电气事故停机指令，关闭出水侧的液控阀，切断电机电源，停止电机运行；
S3.关闭出水侧的检修阀；
S4.开始关闭出水侧的检修阀后限时60s，如果液控阀全关，开始确认进线柜断路器是否分闸；如果液控阀和检修阀均全关失败，自动流程退出，手动将液控阀和检修阀调整关闭后，然后确认进线柜断路器是否分闸；
S5如果检测到进线柜断路器已分闸，限时120s泵组电机转速降低至额定转速的5％以下；如果检测到进线柜断路器未分闸，立即人工检查处理；
S6泵组电机转速按时降低至额定转速的5％以下直至完全停止，停机结束；如果泵组电机转速超过120s未将泵组电机转速降低至额定转速的5％以下时事故紧急流程继续，直至完全停止。使用该流程能够有效避免因事故停机时提水管道为满水状态泵组事故停泵水锤，防止提水管道水倒流回泵站，同时按相关流程切断电机电源，保证提水管道内水不会因发生事故而倒流回泵站，防止泵组反转，损害站内设备。
本发明提供一种长距离大管径输水泵站泵组事故停机自动控制系统，包括信息层、控制层和设备层；信息层设置有上位机，负责对全泵站生产数据进行收集以及集中控制；控制层对设备层的现场设备运行系统信号进行采集和对现场设备进行监控，控制层对现场设备运行系统信号的自动控制分析、判断及处理由设置在控制层中控室的公共PLC控制柜完成；系统从设备层采集事故量、状态量、远方信号三类系统信号，并将上述系统信号接入上位机。
进一步的，设备层包执行设备和检测设备；执行设备包括：电机、泵组、液控阀、检修阀、进线柜断路器，检测设备包括：压力计、流量计、温度计、振动监测探头、摆度监测探头和水位计。
进一步的，所述事故量包括：泵组主保护动作信号、泵站变频器出线柜保护动作信号、电机主保护装置故障信号、电机后备保护装置故障信号、变频器出线柜保护装置故障信号、变频器故障信号、泵组润滑供水泵故障信号、泵组进水侧电动阀门故障信号、泵组出水侧液控阀故障信号、泵组出水侧检修阀故障信号、泵组温度故障信号、泵组压力故障信号、泵组振动故障信号、泵站摆度故障信号。
进一步的，所述状态量包括：变频器出线柜断路器合闸位置、泵组出线柜断路器合闸位置、泵组进水侧电动阀门在全开位置、泵组出水侧工作阀在全开位置、泵组出水侧液控阀在全开位置、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和泵组出线柜断路器弹簧已储能。
进一步的，所述远方信号包括：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和泵组出线柜接地开关分闸位置。
与现有的技术相比本发明的有益效果是：
1.有效解决了泵组提水管道为满水状态,运行过程中突然出现电气事故及机械事故时，管道水锤损坏设备的技术难题，实现了管道及泵组设备的有效保护。
2.有效防止了输调水系统出现电气事故及机械事故时，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.有效防止了输调水系统出现电气事故及机械事故时，提水管道内水因发生事故而倒流回泵站，产生泵组反转，损害站内设备的情况。
4.由于提水管道为满流水状态，设备出现电气事故及机械事故时，水锤传导速度快，设备需要快速对事故进行反应以达到，减小水锤对设备影响，保证提水管道内水不会因发生事故而倒流回泵站，防止泵组反转，损害站内设备的效果，但设备反应时间越短对设备的要求越高，从而增加长距离大管径输水泵站的建设和维护成本，因此根据不同的设备故障的具体情况设置不同的反应时间能够有效降低设备的建设和维护成本。
4.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为长距离大管径输水泵站泵组事故停机自动控制系统示意图
图2为长距离大管径输水泵站泵组事故停机自动控制系统机械设备布置图
图3为长距离大管径输水泵站泵组事故停机自动控制方法机械事故停机流程图
图4为长距离大管径输水泵站泵组事故停机自动控制方法电气事故停机流程图
具体实施方式
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
如图1、图2所示控制系统采用分层控制结构，系统分为三层信息层、控制层、设备层，信息层位于中央控制室，利用(Intouch)组态软件设计完成整个监控系统的图形界面，以及监控数据报表等。可对全泵站生产数据进行收集以及集中控制，设有上位机2台(工程师站、操作员站各一台)以及相关打印机与不间断电源UPS，上位机通过以太网与PLC(可编程逻辑控制器)分站连接；并连接全泵站的电力监控系统。控制层由公用PLC与现场LCU(被控对象的运行工况进行实时监视和控制)组成。负责对现场仪表数据的采集，以及对现场设备进行监控。PLC主站通过以太网与上位机、远程IO子站进行连接。设备层包括机械设备、电气设备和检测设备高。机械设备包括水泵、进水侧电动阀、出水侧液控阀、出水侧检修阀、流量调节阀防水锤空气阀、压力波动预防阀(即水锤预防阀)、压力波动预防检修球阀。电气设备包括10kV电机、变频器进线柜、水泵电机进线柜、变频器、泵组在线监测柜(对泵站振动、温度、摆度等参数实时监测并发出报警及危险信号)、现场水泵控制柜(对各种电气保护信号、在线监测信号进行收集判断，并对泵站进行自动控制)、电机保护柜。检测而设备包括：压开关柜、变频器(软启动器)、水泵、电机、阀门、压力计、流量计、温度计、振动监测探头、摆度监测探头、水位计等现场设备。
在设备层采集到的故障量、状态量和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，保护泵组在出现故障时，设备不被水锤冲击而损坏。故障量包括泵组主保护动作信号；泵站变频器(软启动器)出线柜保护动作信号；电机主保护装置故障信号；电机后备保护装置故障信号；变频器(软启动器)出线柜保护装置故障信号；变频器(软启动器)故障信号；泵组润滑供水泵故障信号；泵组进水侧电动阀门故障信号；泵组出水侧液控阀故障信号；泵组出水侧检修阀故障信号；泵组温度故障信号；泵组压力故障信号、泵组振动故障信号、泵站摆度故障信号。
状态量包括变频器(软启动器)出线柜断路器合闸位置；泵组出线柜断路器合闸位置；泵组进水侧电动阀门在全开位置；泵组出水侧工作阀在全开位置；泵组出水侧液控阀在全开位置；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(软启动器)出线柜断路器弹簧已储能；泵组出线柜断路器弹簧已储能。
远方信号包括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(软启动器)控制在远方位置；变频器(软启动器)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。
如图3所示，当检测的电机轴承温度、电机绕组温度、冷却设备冷风温度、机械转速、泵组轴承温度、泵组润滑油温、泵组振动摆渡参数其中任意一个或多个系统信号超过预设值时，判断系统出现机械故障，控制系统自动启动机械事故停机流程；当出现电机主保护动作、电动机变频器出现故障、电流及电压信号消失、泵组反转机械100％过速中任意一项或多项情况时，判断系统出现电气事故，控制系统自动启动电气事故停机流程。使用该自动控制方法，根据相应的情况用不同的流程关闭泵组出口工作阀，切断电机电源，减小水锤对设备影响，保证提水管道内水不会因发生事故而倒流回泵站，防止泵组反转，损害站内设备。
启动机械事故停机流程中，当电机轴承温度、电机绕组温度、冷却设备冷风温度、泵组轴承温度、泵组润滑油温、泵组振动摆渡参数其中任意一系统信号超过预设值时，1s内进行分析判断并发送启动机械事故停机流程信号；当系统信号显示机械转速超过预设值时，在100ms内进行判断并发送启动机械事故停机流程信号；所述机械事故停机流程包括：液控阀、电机、泵组收到启动机械事故停机流程信号，泵组出口工作阀关闭，切断电机电源，保证提水管道内水不会因发生事故而倒流回泵站。由于提水管道为满流水状态，设备出现机械事故时，水锤传导速度快，设备需要快速对事故进行反应以达到，减小水锤对设备影响，保证提水管道内水不会因发生事故而倒流回泵站，防止泵组反转，损害站内设备的效果，但设备反应时间越短对设备的要求越高，从而增加长距离大管径输水泵站的建设和维护成本，因此根据不同的机械设备故障的具体情况设置不同的反应时间能够有效降低设备的建设和维护成本。
如图4所示，当出现电机主保护动作、电动机变频器出现故障、电流及电压信号消失、泵组反转机械100％过速中任意一项或多项情况时，判断系统出现电气事故，控制系统自动启动电气事故停机流程。
启动机械事故停机流程中，系统信号出现电动机变频器出现故障、电流及电压信号消失、泵组反转机械100％过速中任意一项情况时，在100ms内进行分析判断并发送启动电气事故停机流程信号；系统信号显示出现电机主保护动作时，在200ms内进行分析判断并发送启动电气事故停机流程信号。根据不同的电气设备故障的具体情况设置不同的反应时间能够有效降低设备的建设和维护成本。
所述电气事故停机流程包括以下步骤：1.上机位手动控制按钮或中控室公共PLC根据判断发出电气事故停机指令；2.收到电气事故停机指令，关闭出水侧的液控阀，切断电机电源，停止电机运行；3.关闭出水侧的检修阀；4.开始关闭出水侧的检修阀后限时60s，如果液控阀全关，开始确认进线柜断路器是否分闸；如果液控阀和检修阀均全关失败，自动流程退出，手动将液控阀和检修阀调整关闭后，然后确认进线柜断路器是否分闸；5如果检测到进线柜断路器已分闸，限时120s泵组电机转速降低至额定转速的5％以下；如果检测到进线柜断路器未分闸，立即人工检查处理；6泵组电机转速按时降低至额定转速的5％以下直至完全停止，停机结束；如果泵组电机转速超过120s未将泵组电机转速降低至额定转速的5％以下时事故紧急流程继续，直至完全停止。使用该流程能够有效避免因事故停机时提水管道为满水状态泵组事故停泵水锤，防止提水管道水倒流回泵站，同时按相关流程切断电机电源，保证提水管道内水不会因发生事故而倒流回泵站，防止泵组反转，损害站内设备。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
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