甘肃泵站改建初步设计报告

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1、 渠总干三泵站改建初步设计说明白银市水电勘测设计院二0一0年七月1 项目背景白银区 渠总干三泵站位于白银区白崖子村，属白银区大型泵站更新改造工程2009年实施项目。泵站更新改造方案为更新机组和配电设备。更新后泵站装机5台套，总装机容量3300kw。该项目于2009年9月开工建设，至2010年4月前，泵站机组、配电、自控等主要设备，以及起吊、通风等部分辅助设备安装完成。2010年4月6日凌晨发生泥石流自然灾害，冲毁泵站基坑，吊车梁以下厂房被埋没，使泵站厂房和已安装的设备受到不同程度的损坏。 渠泵站下游侧厂房基坑顶部有担负城乡间交通的白（银）金（沟口）公路和白银市动力公司城市供水管道穿过，自然灾害

2、同时也给这两项基础设施造成破坏。事故发生以后，相关部门各自对供水管道和公路进行了抢修，但此次抢修使白金公路底部成为透水的漂石和砼块，失去原来密实路基的挡水作用，白金公路西侧塌陷的凹坑汇集的地表、地下水经由公路下孔隙排泄。正当 渠管理单位积极完成基坑清淤、厂房鉴定和机组维护后，准备开展维修加固和机组重新安装之时，5月28日由于降雨再次引起洪水冲毁了基坑西面护坡，淹没厂房内设备，使已经维护的设备受到再次损坏。2 比较方案主要建设内容2.1 移址重建方案2.1.1 移址重建方案（方案）.1 站址确定 现三泵站距离金沟300m，地貌为金沟河道级阶地与山前洪积扇的交汇地带，地形走势向金沟倾斜，现已整理为

3、灌溉农田，地面高程1492.01498.0m之间，浅部地层主要为第四系冲、洪积物，岩性为黄土及黄土状粉土，厚度13.015.0m。下覆地层为第三系砂质泥岩（详见白银市白银区 渠总干三泵站地质勘察报告）。地质条件较好，适宜建设永久建筑物。因此可将现三泵站向上游移150m，作为方案的移址重建站址。.2主要建设内容 主要建设内容见表1。表2-1 主要建设内容及参数（方案）序号主要建设内容参 数1基坑土石方开挖基坑底部尺寸4050m，边坡按规范以0.33放坡计算2新建泵站主、副厂房主、副厂房为一列式布置，平面尺寸12.544.0m，排架结构，箱形基础，埋置深度5.0m3管槽土石方开挖开挖宽度4.5m4

4、新建进水池开敞式，宽长=16.020m5增加出水压力钢管L=2150m D=900mm（=10mm）6增加5台水泵进水钢管D=500800mm（=10mm）W=13.6T7增加泵站金沟防洪浆砌石护坡长度L=120m，高度H=8.0m8增加泵站出水侧浆砌石挡水墙长度L=120m，高度H=8.0m9暗渠改建196m现浇砼渠道，BH=1.72.2m10泄水闸改建1座11更换电机5台总装机容量=3300kw12更换SJ11-80/10变压器1台13更换配电盘柜19面包括进线柜、高压柜等14泵站自动化控制设备1套15水泵电机安装5台（套）16其它零星工程.3 征地范围 方案中基坑开挖时占地面积2824m

5、2，约合4.2亩；但征地范围内为农田，征地后不能留有难以耕种的破碎地块，所以考虑以后耕种的完整性，需征地面积7456 m2，约合11.2亩。 征地范围方案二中基坑开挖时占地面积2454m2，约合3.7亩；征地范围内为果园、民居和蔬菜大棚，需征地面积4607 m2，约合6.9亩。2.3 方案比选结果方案比选内容见表2-6。工程投资估算范围为大型泵站更新改造所涉及内容。投资中的征地和搬迁费用为方案比较中，按国家规定的补助标准计入。上述三个方案在技术上都是可行的，因此各方案的优劣除技术复杂性而外，还应从造价、施工方便程度、泵站装置效率和能耗、泵站长期运行环境、征地搬迁难易程度等方面进行分析（见表2-

6、6）。从上述6个方面来看，三个方案各有优劣，就工程造价而言，最大和最小仅相差13.6%。比较两个移址重建方案，两方案工程造价相差10.7%，方案征地面积较大，但基本为农田；方案泵站长期运行环境较好，征地范围较小，但征地范围位于村庄内，涉及3家居民和4座温室大棚。方案泵站能耗相对最低，符合国家节能减排政策的要求，也不存在征地问题，但此处洪水容易由地表水转化为地下水，地下水处理难度较大，且存在不同单位间的协调问题。表2-6 二类（三种）方案综合比较表方案技术复杂性造价（万元）征地搬迁难易程度泵站效率泵站长期运行环境施工方便程度一 常规设计和施工，总体技术难度不大。 因是长期灌溉农田，建设前期需做地

7、质勘探工作，设计阶段需慎重处理好地下水浸渗问题651.1民居稀疏，征地只涉及农田，征地相对容易出水管路最长，损失大，水泵偏离高效区运行，泵站效率相对较低，能耗大临近金沟和现泵站小沟，需处理两个方向洪水问题，受洪水威胁较大场地宽敞，对外交通方便，施工条件较好二同上587.94在村庄地带，征地涉及果园、蔬菜大棚和民居，征地难度较大出水管路较长，损失较大，水泵偏离高效区运行，泵站效率相对较高，能耗较大距离金沟较远，受大洪水威胁小，只需处理现泵站小沟洪水问题和方案一的站址距离不远，施工条件相同三 设计和施工总体技术难度不大； 其难度在于但泵站基坑顶部有公路和供水管道，分属不同部门，基坑护坡处理协调程序

8、复杂；由于受基坑顶部西侧洪水影响大，设计阶段需慎重处理好地表水冲刷和地下水浸渗问题，截水单项工程建设前期需做地质勘探工作572.90不存在征地问题出水管路短，损失小，水泵在高效区运行，泵站效率相对较高，能耗少公路抢修后成为透水路基，白金公路西侧塌陷的凹坑汇集的地表、地下水经由公路下孔隙排泄，泵站受洪水威胁大和方案一的站址距离不远，施工条件相同说明：工程造价中未计入征地、搬迁等补偿费用3.5附属设施拦污栅拦污栅孔口尺寸为4.0m2.0m，栅条形状为扁钢，栅条净距50mm，栅条尺寸为：604mm；四周用角钢焊接，角钢尺寸为634mm，每孔埋件及其结构件合0.14t。起升检修设备采用1台50KN移动

9、式电动葫芦，扬程5m，拦污栅配套选用回转格栅式清污机1台。 拦污栅桥 厂内交通桥设置在进水池拦污栅下游侧，桥跨引水渠而设，与拦污栅桥结合布置，主要解决泵站运行期配电设备维修时出厂运输问题。C25钢筋混凝土桥面板，宽度3.0m，面板厚度25cm。桥墩厚0.5m，基础原土翻夯，深度1.0m，其下设10%水泥土垫层，厚0.5m，为现浇C25钢筋砼结构。桥面板为预制C25钢筋砼桥面板，宽度为4m，长度为4.5m，厚0.2m，桥面两侧增设钢栏杆。6.5.2泵站控制系统6.5.2.1一般要求根据为了减轻工人的劳动强度，快速、便利地控制设备的设计原则，泵站监测、控制采用计算机监控系统，本次改造的总干三泵站均

10、采用计算机综合自动化人工现地和网络远程双重控制的模式。实现泵站主机、供排水系统、风机等辅机系统以及户内变电所电气设备的自动、可靠控制，该系统由站级计算机、机组现地控制单元（LCU），公用现地控制单元等部分组成。1、数据采集与处理1）模拟量的采集与处理对电量和非电量进行周期采集，越限报警等，最后经格式化处理后形成实时数据并存入实时数据库。泵站主要模拟量有泵组进出水压力、泵组转速等。2）温度量的采集与处理对温度量进行周期采集，越限报警等，最后经格式化处理后形成实时数据并存入实时数据库。泵站主要温度量是机组中水泵、电动机轴瓦温度、电动机铁芯温度或绕组温度、轴承温度、环境温度等。3）SOE开关量的采集

11、与处理对事故信号、重要的故障信号等，应能以中断方式迅速响应这些信号并作出一系列必要的反应及自动操作。中断开关量信号输入为无源接点输入，中断方式接收。泵站主要SOE开关量是：机组紧急停机按钮等事故信号，事故阀的开、闭状态，断路器的分、合状态，保护动作等信号。2、运行监视和事故报警1）运行实时监视计算机监控系统可以使运行人员通过屏幕对主设备的运行状态进行实时监视。所有要进行监视的内容包括当前各设备的运行及停运情况，并对各运行参数进行实时显示。2）参数越限报警记录计算机监控系统将对某些参数以及计算数据进行监控，对这些参数量值可预先设定其限制范围，当它们越限及复限时要作相应的处理。这些处理包括越限报警

12、、越复限时的自动显示、记录和打印；对于重要参数及数据还应进行越限后至复限的数据存储及召唤显示；启动相关量分析功能，作故障原因提示，对于一些重要参数要有趋势报警。3、控制与调节总干三泵站需实现对站内泵组、辅机、供电系统等设备监视与控制。1）控制与调节对象控制与调节对象主要为变压器、主机、辅机、高低压电气设备等。2）泵站控制模式泵站采用二级控制模式，即调度中心、泵站主控级和现地级，现地级控制权限最高。控制权限的切换采用硬件闭锁、软件闭锁结合的方式，在LCU内设置“现地/远方”切换把手，实现现地/远方控制权限的切换。现地模式：LCU把手切换至现地位置，系统即进入现地控制模式，通过现地控制单元（LCU

13、）内的控制按钮或触摸屏控制水泵的启停和流量控制，紧急停机不受“现地/远方”把手限制。3）泵组控制流程（1）开机流程检查确认泵后阀关闭检查确认前池水位满足水泵运行条件启动水泵机组开启泵后闸阀。（2）关机流程关闭泵后闸阀关闭水泵机组。4、生产运行与维护管理1）统计与制表对采集的数据与检测事件进行在线计算，打印输出各种运行日志和报表。2）人机接口在线显示实时图形，使值班人员对运行过程进行安全监视，并通过控制室计算机键盘在线调整画面、显示数据和状态、投退测点、修改参数、控制操作等。5、数据通讯1）监控系统内设备的数据通信网络内设备之间的数据通信，其原则是速度快、数据处理能力强、安全可靠性高。2）各站内

14、监控系统与外部设备的数据通信总干三泵站计算机监控控制系统主要包括与泵组保护装置、多功能电量表等设备的通信，拟采用MODBUS通信。6.5.2.2系统结构总干三泵站计算机监控系统采用分层分布式结构，分为泵站主控层和现地层。泵站主控层与现地层之间采用100M星型以太网进行链接。系统主要由下列部分组成：主机兼数据服务器工作站（互为热备）、环网交换机、现地控制单元（LCU）、液晶触摸屏、水位尺、流量计等。现地级与主控级采用星型快速以太网实现数据通信。微机保护、和直流系统通过RS485串行通信口方式与现地级通信，传感器通过RS485串行通信口或420mA输出与PLC链接。主控级设于泵站厂房控制室内，主要

15、由主机兼数据服务器工作站等组成，通过网络交换机与现地级建立通信，通过的主机工作站的人机界面，显示现场设备的运行参数与状态，同时下发控制命令，监视现地控制单元对控制命令的执行。6.5.2.3系统配置1、系统LCU配置为了保证系统的可靠性、稳定性，并满足泵站自动化管理要求，本系统采用成熟、通用的控制结构，在总干三泵站内配置2套LCU，每套LCU控制24台泵组，或控制2台泵组及公用设备，负责监控站内高、低压供电系统、集水井系统等设备。每套LCU单独组屏，布置于控制室内；每套LCU配置1套智能PLC和液晶触摸屏，实现现地数据监视与控制操作功能。采用国内知名品牌PLC作为LCU的核心控制器，每套LCU内

16、主要设备配置具体见表6-7：表6-7 渠灌区泵站LCU设备配置表序号设备名称数量单位备注一智能PLC1套LCU控制核心1PLC机架1只2PLC 电源模块1块3PLC CPU模块1块4PLC串口通信模块1块该模块串口数量不少于4个5PLC SOE模块2块该模块事件顺序记录分辨率=1ms6PLC DI模块1块7PLC AI模块1块8PLC RTD模块1块9PLC DO模块1块10PLC AO模块1块二10.4液晶显视屏1块人机界面，用于监视与操作三中间继电器32只开出驱动继电器，起到驱动与隔离作用四紧停常规回路（含按钮、指示灯）1套泵组紧急停机常规回路五电源防雷器、温湿度控制器、AC插座、端子等辅

17、材1套六标准机柜（2260*800*600）1台2、总干泵站系统配置总干三泵站，均需实现计算机自动监控，在站内控制室主控级监视站内各设备的运行情况；控制各台泵组、辅机的启、停，断路器的合、分操作；对重要的状态信号、压力、流量等运行数据进行历史存储，便于日常运行管理、分析。为实现以上功能，每个泵站除需配置第1项所述的现地控制单元（LCU）外，还需配置以下设备：主机兼数据服务器工作站2台（热备冗余）、GPS装置1套、稳压电源1套、10KVA UPS电源1套、中控台1套、自动化控制系统软件1套、专用工具1套、电子水尺及采集模块1套、流量计1套（流量计在其它章节中配置，本系统仅考虑接入信息）。续表6-

18、7 渠工程三泵站自控系统设备表序号设备名称规格单位数量备注1后台监控计算机酷睿双核/2G内存/250G硬盘/256M显存/双口网卡/21液晶彩显套22后台监控系统软件套13标准通讯机柜19标准机柜台14LCU控制屏含PLC，IO模块，继电器，端子，空开，按钮，指示灯，柜体及柜内接线，控制程序，10.4液晶显视屏等套25电子水尺0-6米量程可调，精度+0.5%套36温度巡检仪8点温度检测，1开关量报警输出及RS485通讯接口套57中控台套1带三把座椅8烟雾感应器台49压力变送器出水管道安装5台台510GPS装置套111稳压电源套112打印机套113专用工具台114水位采集模块台115UPS 不间

19、断电源10KVA 后备4小时台116控制电缆RVVP 4x1.0米490017辅材套16.5.2.4系统功能1、计算机监控系统功能概述监控系统能实时、准确、有效地完成对泵站控制对象的安全监控。其主要功能如下： 数据采集和处理 安全运行监视及事件报警 事故分析处理 语音报警 趋势分析及事故追忆 实时控制与调节 根据总供水流量目标（或供水全线的水位控制目标），确定开机台数和开机组合，确定水泵转速达泵组经济运行及最优工况运行 运行参数统计记录与生产管理 人机接口 数据通信 系统自诊断与冗余切换 软件开发与维护 运行及操作指导 事件、事故及故障打印功能 ON-CALL 培训2、各级功能的分配泵站计算机

20、监控系统泵站主控级和现地控制单元级组成，现地控制级每个泵站配置2套LCU，每套LCU控制24台泵组，或控制2台泵组及公用设备，对6kV、0.4kV设备、全站公用设备进行控制和监视。LCU既作为全站监控系统的现地控制层，向主控级上行发送采集的各种数据和事件信息，接受主控级的下行命令对设备进行监控，又能脱离主控级独立工作。因此在系统总体功能分配上，数据采集和控制操作的主要功能均由LCU完成。其它的功能如全站运行监视、事件报警、水泵机组经济运行、与外系统通信、统计记录等功能则由主控级完成。3、泵站主控级功能主要有以下功能：1） 数据采集和处理2） 安全监视及事件报警3） 控制操作4）设备运行统计记录及生产管理5） 人机接口6） 打印功能7） 系统诊断8） 系统通信泵站监控系统应具备完善的通信功能，做到整个系统资源、数据共享，运行高效、实时。(1) 监控系统内部计算机之间的数据通信系统内各工作站和LCU之间采用网络通信，满足速度快、数据处理能力强、安全可靠的原则。系统通信规约基于TCP/IP协议，遵循开放系统规则。(2) 与泵站内其它系统的通信 更多详细内容 本人于2011年12月撰写于北京筑龙网