支持淮陰第二抽水站實(shí)現(xiàn)少人值守的關(guān)鍵技術(shù)

肖懷前,孫傳倉,韓春橋,夏錦永

(江蘇省淮沭新河管理處,江蘇 淮安 223005)

1 前 言

淮陰第二抽水站(以下簡(jiǎn)稱淮陰二站)位于江蘇省淮安市境內(nèi),與淮陰一站組成江蘇省江水北調(diào)第三級(jí)翻水站,承擔(dān)向洪澤湖和淮北地區(qū)補(bǔ)水的任務(wù),設(shè)計(jì)抽水能力 100m3/s。淮陰二站安裝 3臺(tái)套葉輪直徑 3.1m的立式全調(diào)節(jié)軸流泵機(jī)組,配套 3臺(tái)功率為 2800kW的同步電機(jī)。作為江蘇省大型泵站的現(xiàn)代化典型,該站目前實(shí)行“少人值班”的運(yùn)行管理體制(包括抽水站、變電站,每個(gè)運(yùn)行班只設(shè)3名值班人員),正努力向“無人值班、少人值守”的目標(biāo)邁進(jìn)。此舉順應(yīng)了水利現(xiàn)代化趨勢(shì),促進(jìn)了水利工程運(yùn)行管理從"人力"型向"技術(shù)"型 的轉(zhuǎn)變,減少了人力、財(cái)力,提高了運(yùn)行管理效率。現(xiàn)將支持該目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)介紹如下。

2 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

淮陰二站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由南京科工公司開發(fā)制作,具有數(shù)據(jù)采集與處理、運(yùn)行監(jiān)視和事故報(bào)警、控制與調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)通訊等功能。其中現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元由GE公司最先進(jìn)的 M 60和 SR750繼電保護(hù)器、施耐德公司的 TSXP57系列 PLC、南京科工公司的 MMC葉片調(diào)節(jié)控制器、數(shù)據(jù)采集服務(wù)器構(gòu)成,主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集并通過網(wǎng)絡(luò)將所采集的數(shù)據(jù)上傳中央控制單元和對(duì)主機(jī)及 10kV系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)等。中央控制單元由 2臺(tái)研華工控機(jī)組成,主要負(fù)責(zé)對(duì)所有接受的數(shù)據(jù)及信息進(jìn)行分析、處理、分類并予以動(dòng)態(tài)顯示,同時(shí)接受管理人員的指令并通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將指令下達(dá)給現(xiàn)場(chǎng)控制單元。為了保證少人值守的可靠性,2臺(tái)工控機(jī)互為熱備用。網(wǎng)絡(luò)管理單元采用TCP/IP以太網(wǎng),通訊速率為 10/100MBPS,是聯(lián)系以上兩單元的紐帶。網(wǎng)絡(luò)管理單元由 1臺(tái) HP4100 WEB/數(shù)據(jù)服務(wù)器和 1臺(tái) CISCO網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)構(gòu)成。

3 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

該系統(tǒng)是綜合采用工業(yè)控制、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字通信、多媒體圖文處理、圖像壓縮處理及信息顯示等技術(shù),建立在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的一體化遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng),由江蘇省廣播電視研究所研發(fā)制作。系統(tǒng)在站內(nèi)和周圍共配置 2個(gè)全方位室外攝像監(jiān)視點(diǎn)和 16個(gè)固定的室內(nèi)攝像點(diǎn),對(duì)主機(jī)組、輔機(jī)設(shè)備、組合電器、主變壓器、高低壓控制室等主要機(jī)電設(shè)備、建筑物及其周圍的現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行全方位的監(jiān)視和管理,并且具有音頻監(jiān)聽功能,使運(yùn)行管理人員能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵部位進(jìn)行直接的觀察了解,作為對(duì)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的補(bǔ)充,為運(yùn)行管理人員及時(shí)、準(zhǔn)確地提供泵站各種現(xiàn)場(chǎng)信息,提高了對(duì)泵站的監(jiān)控水平,增強(qiáng)了實(shí)現(xiàn)少人值班的可靠性。

4 六氟化硫封閉式組合電器

淮陰二站變電站 110kV系統(tǒng)設(shè)備在江蘇水利工程上首次采用了六氟化硫封閉式組合電器(以下簡(jiǎn)稱 GIS),選用型號(hào)為 ZF6-110,其中母線采用三相共箱式封閉母線。國際上稱 GIS為“氣體絕緣開關(guān)設(shè)備”(Gas Insulated Switchgear),它將一座變電站中除變壓器以外的一次設(shè)備,包括斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、電纜終端、進(jìn)出線套管等,經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)有機(jī)地組合成一個(gè)整體。對(duì)于傳統(tǒng)的戶外一次設(shè)備而言,GIS具有不可比擬的優(yōu)越性。因采用絕緣性能卓越的六氟化硫氣體做絕緣和滅弧介質(zhì),所以能大幅度縮小變電站的體積,實(shí)現(xiàn)小型化。由于帶電部分全部密封于接地的金屬殼體內(nèi),其中充滿惰性 SF6氣體,大大提高了可靠性和安全性,抗地震性能也較好,對(duì)電磁和靜電實(shí)現(xiàn)屏蔽,噪音小,抗無線電干擾能力強(qiáng)。因其滅弧系統(tǒng)先進(jìn),大大提高了產(chǎn)品的使用壽命,因此檢修周期長、維修工作量也較小且很方便。應(yīng)用 GIS的眾多優(yōu)點(diǎn)為淮陰二站減少運(yùn)行人員人數(shù)和減少巡視、維護(hù)工作量,以及近期實(shí)現(xiàn)少人值守的目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。

5 低壓電動(dòng)機(jī)管理控制器

淮陰二站選用泵型為全調(diào)節(jié)立式軸流泵,主泵葉片角度在江蘇省泵站系統(tǒng)首次采用低壓電動(dòng)機(jī)管理控制器(簡(jiǎn)稱 MMC)實(shí)現(xiàn)全過程的自動(dòng)化調(diào)節(jié),為主機(jī)泵的優(yōu)化運(yùn)行和提高大型泵站的現(xiàn)代化水平提供了有利條件。操作時(shí),除可以利用面板進(jìn)行啟、停電動(dòng)機(jī),查看數(shù)據(jù)和狀態(tài),就地編程和設(shè)定參數(shù)等本地控制外,還可以通過通訊接口方式進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。所選用的 MMC功能也極為強(qiáng)大,可以測(cè)量和顯示各類電流、電壓、功率、電度等值;可以對(duì)過負(fù)荷、速斷、相不平衡、接地、低電流等各類故障進(jìn)行保護(hù)和報(bào)警;可以統(tǒng)計(jì)記錄電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的多項(xiàng)數(shù)據(jù)和信息。另外,還允許設(shè)定一系列常規(guī)維修的時(shí)間間隔,當(dāng)時(shí)間超標(biāo)時(shí),發(fā)出警報(bào),提示管理人員作潤滑、接觸器檢查等相關(guān)項(xiàng)目的維護(hù)。

6 分布式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

淮陰二站變壓器保護(hù)應(yīng)用南瑞繼保電氣有限公司生產(chǎn)的 RCS-9000型分布式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng),相對(duì)于傳統(tǒng)的繼電器保護(hù)方式可以說是邁進(jìn)了一大步。該系統(tǒng)是南瑞公司運(yùn)用新技術(shù)、新規(guī)約將已得到廣泛應(yīng)用的 LFP-900系列和 RCS-900系列兩大系列的保護(hù)和保護(hù)測(cè)控一體化裝置緊密集成起來,而推出的新一代集保護(hù)、測(cè)控功能于一體的新型變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。由 RCS-9000系列分散式保護(hù)測(cè)控裝置構(gòu)成的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)分層式系統(tǒng),它按一個(gè)元件一套裝置分布式設(shè)計(jì)配置,直接就地安裝在控制樓二樓低壓室內(nèi)的其中一只開關(guān)柜上,各間隔功能獨(dú)立,各裝置僅通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié),信息共享。整個(gè)系統(tǒng)不僅靈活性很強(qiáng),而且可靠性也得到很大提高,任一裝置故障僅影響一個(gè)局部元件。該設(shè)備采用友好的人機(jī)界面,操作也很簡(jiǎn)單。裝置采用全漢化的大屏幕液晶顯示,對(duì)比于其他自動(dòng)化設(shè)備的大量英文菜單,無疑更適應(yīng)于基層的水利管理人員。系統(tǒng)還配備了一臺(tái)打印機(jī),核對(duì)定值時(shí)可以打印出來慢慢計(jì)算核對(duì),比較方便。

7 綜合繼電保護(hù)器

淮陰二站主電機(jī)和線路保護(hù)一改傳統(tǒng)的繼電保護(hù)模式,采用了功能強(qiáng)大的由美國通用公司生產(chǎn)的綜合保護(hù)設(shè)備M60和 SR750。3臺(tái)M60分別用于3臺(tái)主電機(jī)的測(cè)量、控制和保護(hù),5臺(tái)SR750分別用于10kV進(jìn)線、聯(lián)絡(luò)、站變、所變和發(fā)電回路的測(cè)量、控制和保護(hù)。M 60和 SR750保護(hù)管理繼電器是建立在通用平臺(tái)上的新一代模塊式保護(hù)繼電器,集保護(hù)、測(cè)量、控制、管理等功能于一體。尤其值得提出的是,M 60和 SR 750均具有很強(qiáng)的故障錄波和事件記錄功能,因而給系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試、維護(hù)修理提供了一項(xiàng)有力的保證。

8 附屬設(shè)備、自動(dòng)化元件等選型

主機(jī)勵(lì)磁設(shè)備采用北京前鋒電子應(yīng)用公司生產(chǎn)的 WKLT-41型微機(jī)控制增安型無刷同步電機(jī)勵(lì)磁裝置。該裝置徹底解決了其它勵(lì)磁裝置存在的起動(dòng)脈振、投勵(lì)滑差捕捉不到、投勵(lì)沖擊、運(yùn)行中起動(dòng)電阻發(fā)熱等問題,能實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)和控制,可使同步電動(dòng)機(jī)和供用電網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性加強(qiáng);具有失步保護(hù)和不減載自動(dòng)再同步性能,并具有常規(guī)勵(lì)磁不能實(shí)現(xiàn)的許多控制、限制、保護(hù)和自診斷自恢復(fù)功能。該裝置采用全數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié),有兩個(gè)完全獨(dú)立的自動(dòng)通道互為備用,使得整機(jī)可靠性提高。系統(tǒng)還通過 RS485口與微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相連。

站內(nèi)高開柜采用長江電器股份有限公司生產(chǎn)的KYN28-12型中置式高壓開關(guān)柜,配套 ABB公司生產(chǎn)的 VD4-1026-25型真空斷路器。低壓開關(guān)柜采用東源集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的 MNS抽屜式低壓柜,主要空開型號(hào)有:NS630H/4 STR53UE、NS250H/3 STR22SE S160H STR22SE、NS100H/3P STR22SE等。柜面布置有 CD194I-4S1型數(shù)字式綜合顯示器,可以實(shí)時(shí)顯示線路的電流、電壓值。綜合顯示器配有通訊口,通過 MODBUS規(guī)約與微機(jī)進(jìn)行通訊,把信息發(fā)送給上位機(jī)。

直流系統(tǒng)采用 PZDZ型直流電源屏。直流電源屏上設(shè)有 3臺(tái)充電機(jī),其中 2臺(tái)互為熱備用,1臺(tái)冷備用,確保充電機(jī)可靠工作。電池監(jiān)視屏上主要由18節(jié) 12V 40AH全密封免維護(hù)電池和 ZKW-1A電池監(jiān)測(cè)儀組成,可以監(jiān)測(cè)電池電壓,對(duì)總電壓上下限、單只電池電壓上下限進(jìn)行設(shè)定,發(fā)生異常情況時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

以可靠、兼容為前提,選用了重慶川儀廠生產(chǎn)的PT100溫度傳感器、VEGA公司生產(chǎn)的 VEGASON53超聲波物位計(jì)、美國 MSP系列和 KYB19系列壓力傳感器等,用于對(duì)供水母管壓力、上下游及排水廊道水位、揚(yáng)壓力、真空泵壓力、空壓機(jī)壓力、駝峰壓力、檢修門后壓力等進(jìn)行測(cè)量變送轉(zhuǎn)換并送入PLC系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)控。其它諸如壓力表、電磁閥、電液換向閥等元器件均選用可靠的進(jìn)口或合資廠的產(chǎn)品或采用國內(nèi)成熟產(chǎn)品,做到執(zhí)行元件與控制相協(xié)調(diào)。

9 通信系統(tǒng)自動(dòng)化

微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)視系統(tǒng)都可以通過WEB/服務(wù)器與江蘇省水利系統(tǒng)內(nèi)部局域網(wǎng)相連,網(wǎng)內(nèi)用戶可以直接通過瀏覽器輸入網(wǎng)址,在取得相應(yīng)的權(quán)限后實(shí)施相應(yīng)的監(jiān)視或操作。變電站與市供電局調(diào)度中心之間通過 6.3kmADSS光纜及 9.0km普通光纜進(jìn)行通信,實(shí)時(shí)將變電站各種運(yùn)行參數(shù)、信號(hào)傳輸?shù)秸{(diào)度中心,便于地方電網(wǎng)的統(tǒng)一監(jiān)測(cè)、調(diào)度,增加了安全系數(shù)。

10 消防系統(tǒng)自動(dòng)化

淮陰二站裝設(shè)了由無錫藍(lán)天電子有限公司生產(chǎn)的 JB-TB-3100A型通用火災(zāi)報(bào)警控制器(聯(lián)動(dòng)型)、依愛消防電子有限公司生產(chǎn)的 EI-2000QT型火災(zāi)報(bào)警控制器(聯(lián)動(dòng)型)及 SDE滅火裝置、火源監(jiān)測(cè)設(shè)備等組成的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng),在全站可能引發(fā)火源的中控室、高低壓室、主變室、GIS室、辦公室、會(huì)議室等處,裝設(shè)感煙、感溫探頭進(jìn)行監(jiān)測(cè),一旦發(fā)生火災(zāi)能音響報(bào)警,并在控制器上附帶的大屏幕、高清晰且自帶夜光的液晶顯示屏以中文方式迅速、準(zhǔn)確地報(bào)告著火地點(diǎn)。如果是高、低壓控制室發(fā)生火災(zāi),系統(tǒng)還立即發(fā)出指令,將安置于現(xiàn)場(chǎng)的 SDE氣體滅火裝置在指定的延時(shí)后自動(dòng)噴氣滅火。該系統(tǒng)還設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)的 232-C及485通訊口,具有異地聯(lián)網(wǎng)及遠(yuǎn)程通信能力,增強(qiáng)了少人值守的遠(yuǎn)程監(jiān)控能力。

淮陰二站建成 8年以來,實(shí)現(xiàn)了少人值守的安全運(yùn)行目標(biāo),以上幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用功不可沒。