膠東調(diào)水工程高疃泵站信號(hào)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)

趙立賓

摘要：膠東調(diào)水工高疃泵站為膠東調(diào)水工程新建第6級(jí)泵站，泵站設(shè)計(jì)流量為5.5m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程65.7m。泵站設(shè)有3臺(tái)主變，其中1B，2B主變?nèi)萘繛?000kVA，另有一臺(tái)主變3B，容量為500kVA。泵站共裝設(shè)4臺(tái)機(jī)組，其中2臺(tái)T1700-8型1700kW同步電機(jī)，2臺(tái)YRCT710-8型調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)。泵站水泵為4臺(tái)800S73型離心泵。本文以膠東調(diào)水工程高疃自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)為例，對(duì)水利泵站的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，為類似的泵站監(jiān)控提供經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：膠東調(diào)水；高疃；自動(dòng)化監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TU991.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）03-0017-01

1 高疃泵站自動(dòng)化系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

高疃泵站處于膠東調(diào)水工程第六級(jí)泵站，泵站出水口直接連通壓力管道，在正常通水運(yùn)行期間，泵站不允許出現(xiàn)停機(jī)的情況，對(duì)泵站的監(jiān)控系統(tǒng)要求較高。另外，高疃泵站接入電力電壓等級(jí)為35kV，為減少泵站監(jiān)控系統(tǒng)的復(fù)雜性，泵站供配電系統(tǒng)集成在泵站監(jiān)控系統(tǒng)中。

為提高泵站監(jiān)控的可靠性，方便泵站信號(hào)的采集與機(jī)組控制，高疃泵站的監(jiān)控系統(tǒng)采用分層式分布監(jiān)控系統(tǒng)。

2 泵站監(jiān)控系統(tǒng)功能

高疃泵站監(jiān)控控制系統(tǒng)的功能主要包括：泵站信號(hào)的采集與處理；設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視與事故報(bào)警；設(shè)備的控制與調(diào)節(jié)；數(shù)據(jù)通訊；供配電保護(hù)系統(tǒng)、直流系統(tǒng)；視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。

2.1 泵站信號(hào)的采集與處理

2.1.1 模擬信號(hào)的采集與處理

高疃泵站主要模擬量包括泵站進(jìn)水池水位，進(jìn)水管壓力、出水管流量壓力、水泵電機(jī)溫度、調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速、供配電保護(hù)裝置信號(hào)等，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集并傳遞到中控室作顯示和處理。

模擬信號(hào)的采集與處理過程為：首先由現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)采集單元對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采集，轉(zhuǎn)化為4-20ma信號(hào)后，傳輸至PLC模擬輸入模塊，經(jīng)過PLC處理后存入數(shù)據(jù)庫。人機(jī)監(jiān)控界面讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過設(shè)定相關(guān)上下限范圍在監(jiān)控界面上顯示。泵站供配電系統(tǒng)通過保護(hù)裝置將相關(guān)信號(hào)直接接入泵站監(jiān)控系統(tǒng)，由泵站監(jiān)控對(duì)供配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遙控、遙測(cè)。

2.1.2 泵站開關(guān)信號(hào)的采集與處理

泵站的主要開關(guān)信號(hào)，包括高低壓開關(guān)柜的開關(guān)、限位等信號(hào)，進(jìn)出口電動(dòng)蝶閥、液控蝶閥的開關(guān)、限位信號(hào)，調(diào)速裝置的控制信號(hào)、各類故障信號(hào)等。

2.2 設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視與事故報(bào)警

2.2.1 運(yùn)行監(jiān)視

泵站運(yùn)行維護(hù)人員通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)泵站進(jìn)行全方位的監(jiān)控，包括泵站供配電系統(tǒng)狀態(tài)，各主要斷路器的狀態(tài)，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，流量、壓力、溫度趨勢(shì)曲線，報(bào)警記錄等。

2.2.2 泵站事故報(bào)警

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)將對(duì)預(yù)設(shè)的重要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)于超出預(yù)設(shè)范圍的參數(shù)進(jìn)行記錄，并對(duì)參數(shù)的越限及復(fù)限進(jìn)行相應(yīng)的處理。對(duì)于可能造成停機(jī)事故的重要參數(shù)，采用語音報(bào)警的方式進(jìn)行提醒。當(dāng)泵站設(shè)備發(fā)生故障造成機(jī)組停機(jī)等重大情況時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)生的事故及重要設(shè)備的動(dòng)作先后順序及動(dòng)作時(shí)間記錄下來，并同時(shí)推出相應(yīng)的應(yīng)急處理畫面，應(yīng)急畫面中包含事故的重要參數(shù)顯示以及預(yù)先編制好的應(yīng)急預(yù)案，方便運(yùn)行操作及維護(hù)人員進(jìn)行故障處理。

2.2.3 泵站系統(tǒng)時(shí)鐘

系統(tǒng)時(shí)鐘校對(duì)采用GPS+北斗衛(wèi)星同步時(shí)鐘，用于系統(tǒng)的時(shí)間記錄。時(shí)鐘系統(tǒng)用于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、供配電保護(hù)裝置等設(shè)備的時(shí)間同步，正常情況下，兩臺(tái)主時(shí)鐘獨(dú)立接收時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，當(dāng)某一主時(shí)鐘信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí)，該主時(shí)鐘控制單元能自動(dòng)切換至另一臺(tái)主時(shí)鐘的信號(hào)接收單元，實(shí)現(xiàn)時(shí)間信號(hào)的互為備用，確保泵站設(shè)備時(shí)間記錄的準(zhǔn)備性。

2.3 設(shè)備的控制與調(diào)節(jié)

高疃泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)控制與調(diào)節(jié)對(duì)象主要為主變、電機(jī)、水泵、高低壓電氣設(shè)備、電動(dòng)液控蝶閥等。

泵站運(yùn)行維護(hù)人員可根據(jù)運(yùn)行操作的要求，對(duì)泵站內(nèi)的主要設(shè)備進(jìn)行控制?？刂频膬?nèi)容包括高壓斷路器合、分閘操作，機(jī)組的開、停機(jī)操作，調(diào)速機(jī)組的速度調(diào)整操作，進(jìn)出口電動(dòng)液控蝶閥操作等。操作人員在操作的同時(shí)可通過監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)各參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，已確保操作的正確性。

監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)對(duì)操作人員的控制與調(diào)節(jié)操作進(jìn)行記錄，并形成表格，隨時(shí)可進(jìn)行查看或打印。

2.4 人機(jī)界面

人機(jī)界面是泵站監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，高疃泵站監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)界面需包含機(jī)組監(jiān)視、單泵監(jiān)控、輔機(jī)系統(tǒng)、供配電、實(shí)時(shí)參數(shù)、趨勢(shì)曲線、故障報(bào)警、報(bào)表系統(tǒng)、管理界面等。

2.5 泵站設(shè)備數(shù)據(jù)通訊

2.5.1 與膠東調(diào)水綜合調(diào)度系統(tǒng)的接口

設(shè)計(jì)適合與綜合調(diào)度系統(tǒng)連接方便的接口模式，將泵站的主要信息上傳，并能接受綜合調(diào)度系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。

2.5.2 監(jiān)控設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信

人機(jī)界面與PLC設(shè)備采用SuiteLinke總線方式進(jìn)行連接。

2.6 泵站設(shè)備保護(hù)功能

高疃泵站監(jiān)控系統(tǒng)通過保護(hù)裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)35kV進(jìn)線、10kV母線、主變、電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)，泵站保護(hù)裝置包括：35KV進(jìn)線保護(hù)、主變差動(dòng)保護(hù)、主變后備保護(hù)、35KVPT保護(hù)、站變保護(hù)、電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)、電動(dòng)機(jī)后備保護(hù)、10kV母聯(lián)保護(hù)、10KV PT保護(hù)、10KV PT并列裝置、10kV出線保護(hù)、10kV電容保護(hù)等。泵站監(jiān)控系統(tǒng)的主要保護(hù)功能包括：

（1）35kV、10kv線路保護(hù)：可進(jìn)行過負(fù)荷保護(hù)、反時(shí)限過流保護(hù)、手合（遙合）同期、單相接地告警、重合閘等；

（2）主變保護(hù)：差動(dòng)保護(hù)、電流速斷保護(hù)、過流保護(hù)、低電壓保護(hù)、零序電壓告警、兩段式高壓側(cè)零序電壓閉鎖零序過流、瓦斯保護(hù)、溫度保護(hù)等；

（3）電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置：差動(dòng)速斷、電流速斷、零序過流、堵轉(zhuǎn)、過負(fù)荷、低電壓、過電壓等保護(hù)。

2.7 監(jiān)控直流系統(tǒng)要求

根據(jù)高疃泵站的實(shí)際情況，若在運(yùn)行過程中，出現(xiàn)突然停電的情況，將會(huì)對(duì)泵站造成不可估量的損失。為此，在自動(dòng)化系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了直流系統(tǒng)，在泵站出現(xiàn)突發(fā)性停電的情況下，由直流屏系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行反供電，為控制系統(tǒng)和部分動(dòng)力系統(tǒng)提供電源。其中，控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)、各保護(hù)屏等，動(dòng)力系統(tǒng)包括開關(guān)柜斷路器的分合閘機(jī)構(gòu)、應(yīng)急照明系統(tǒng)、直流電動(dòng)機(jī)等。由于直流系統(tǒng)是相對(duì)獨(dú)立的監(jiān)控設(shè)備，所有單獨(dú)對(duì)直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)以下功能：

（1）良好的通訊功能。直流屏系統(tǒng)設(shè)置通用的通訊接口，與泵站監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行無縫連接。

（2）控制功能。在直流屏上，設(shè)置“手動(dòng)”、“自動(dòng)”切換開關(guān)，在手動(dòng)狀態(tài)下，由操作人員對(duì)蓄電池的充放電、浮充等進(jìn)行設(shè)置。在自動(dòng)狀態(tài)下，由直流系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行完成。

（3）報(bào)警功能。當(dāng)直流系統(tǒng)內(nèi)部原件出現(xiàn)故障時(shí)，由直流系統(tǒng)的PLC作出相應(yīng)，形成報(bào)警信號(hào)，并存入報(bào)警記錄。必要時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警，或?qū)?bào)警信號(hào)傳送至主監(jiān)控設(shè)備。

（4）歷史記錄功能。直流系統(tǒng)較為特殊，需要對(duì)蓄電池定期就行充放電維護(hù)。為此，歷史記錄功能將特別重要，歷史記錄中要包含電池的均沖及放電記錄，并且要詳細(xì)到每塊電池的充放電起始、截至?xí)r間，以方便查詢。

（5）顯示功能。在直流系統(tǒng)LCU柜體，可以就地查詢直流系統(tǒng)的所有重要參數(shù)，包括直流系統(tǒng)母線電壓，電池的電壓、電流等參數(shù)，直流系統(tǒng)的絕緣情況，交流電壓情況，直流系統(tǒng)與泵站監(jiān)控設(shè)備的通訊情況，報(bào)警記錄及歷史記錄等。

2.8 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

高疃泵站視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是根據(jù)泵站的實(shí)際情況，在泵站廠房內(nèi)部及廠區(qū)設(shè)置相應(yīng)的攝像機(jī)，并將攝像機(jī)拍攝的監(jiān)控信號(hào)發(fā)送至視頻控制中心，由視頻控制中心進(jìn)行處理和保存，并同時(shí)將實(shí)時(shí)畫面顯示在主控室的大屏幕上。泵站視頻監(jiān)控系統(tǒng)可幫組操作人員了解現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，并可與自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，幫助操作人員快速的作出正確的判斷。視頻監(jiān)控系統(tǒng)將包含上下游管道的閥門室監(jiān)控，對(duì)實(shí)現(xiàn)閥門室無人或少人職守，提供了必要條件。同時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)可對(duì)歷史畫面進(jìn)行查看，可在故障發(fā)生后對(duì)確定故障原因等方面提供較大的幫助。

數(shù)據(jù)處理顯示及存儲(chǔ)部分：將現(xiàn)場(chǎng)傳輸來的信號(hào)進(jìn)行處理，并及時(shí)顯示在屏幕上方，同時(shí)按照要求將監(jiān)控畫面進(jìn)行記錄。高疃泵站視頻監(jiān)控系統(tǒng)可與主監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊，在主監(jiān)控系統(tǒng)中，可隨時(shí)調(diào)用查看各監(jiān)控畫面。

3 結(jié)語

高疃泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有完善的監(jiān)控、保護(hù)功能，能滿足泵站安全運(yùn)行及實(shí)時(shí)監(jiān)控的需要，且該操作系統(tǒng)方便、可靠性強(qiáng)，可為類似工程提供參考。