淺析某排澇泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

□徐溫泉

隨著現(xiàn)代城市經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，城市人口、面積越來越大，短時(shí)間強(qiáng)降雨排澇不暢、地面硬化、城市熱島效應(yīng)等問題加重了城市積澇發(fā)生。泵站排水效率高，啟動方便，便于維護(hù)，是解決城市應(yīng)急積澇重要手段之一。我國泵站數(shù)量大，各類規(guī)格齊全，已經(jīng)基本接近或者達(dá)到國際較高水準(zhǔn)，但是大多數(shù)泵站建于20世紀(jì)70年代，運(yùn)營時(shí)間大多超過50年，設(shè)備技術(shù)較為落后，工程質(zhì)量一般，運(yùn)營維護(hù)成本偏高，無法滿足自動化和實(shí)時(shí)控制要求，在一定程度上落后于國外水平。隨著水利設(shè)施信息化自動化應(yīng)用水平的提高，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)開始在部分大中型泵站中使用，具有數(shù)據(jù)采集與整理、設(shè)備調(diào)節(jié)與控制、運(yùn)行情況監(jiān)控與報(bào)警等功能，可以提高泵站的日常自動化管理水平、減輕一線人員勞動強(qiáng)度，逐漸實(shí)現(xiàn)泵站“無人值班、少人值守”的目標(biāo)，大大減少日常維護(hù)的工作量，提高工作效率，充分發(fā)揮泵站的減災(zāi)救災(zāi)重大作用。

1.泵站工程概況

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 接線端子

圖3 安裝接線圖

某排澇泵站是某大堤（I級堤防）防洪體系中最大排澇泵站，位于兩條河流的交匯處，是全面提高某大堤防洪能力，捍衛(wèi)某城區(qū)的重要防洪設(shè)施。泵站于2003年批準(zhǔn)立項(xiàng)，工程于2006年10月開工，2009年5月完工，工程建成后某江北城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)基本提高至50年一遇，有效地保障保護(hù)區(qū)人民正常生產(chǎn)生活秩序。

該泵站工程屬Ⅱ等大（2）型，上游集雨面積73.7km2，有效保護(hù)面積為3.67km2，防洪標(biāo)準(zhǔn)按50年一遇洪水設(shè)計(jì)，排澇標(biāo)準(zhǔn)按10年一遇24h暴雨1天排除的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。泵站采用微機(jī)監(jiān)控綜合自動化系統(tǒng)管理，中央控制室全程監(jiān)控泵站安全運(yùn)行；泵站裝機(jī)8臺，總裝機(jī)容量8×800kW·h，采用帶行星齒輪減速潛水軸流機(jī)組；機(jī)組啟動方式采用10千伏液態(tài)電阻軟啟動；單機(jī)排澇流量為14.09m3/s，排澇總流量 112.72m3/s。設(shè)自排水閘兩孔，平板鋼閘門尺寸12.4×5.2m，設(shè)計(jì)流量216m3/s，采用型號為QPQ-2×250KN卷揚(yáng)啟閉機(jī)啟閉。

帶行星齒輪減速大型潛水泵具有重量輕、體積小、噪聲低、效率高、功率因素高、機(jī)組安裝方便、操作簡便的特點(diǎn)，應(yīng)用其替代傳統(tǒng)的水泵能很好解決水位低、流量大，揚(yáng)程變化大，基礎(chǔ)差，開挖和處理困難的問題，造價(jià)較低，縮短建設(shè)時(shí)間，裝置效率也能提高，運(yùn)行環(huán)境好。

2.泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)硬件和功能技術(shù)指標(biāo)

2.1 系統(tǒng)的組成和配置

監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成和配置：監(jiān)控主機(jī)采用戴爾 T3400×2，2253BW×2液晶顯示器，打印設(shè)備選用惠普Laserjet 5100se。

2.2 系統(tǒng)的主要功能

監(jiān)控系統(tǒng)軟件的主要功能：用于站內(nèi)查看保護(hù)信息、完成故障錄入數(shù)據(jù)的接收、分析等；顯示一次設(shè)備狀態(tài)，即實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，包括接線圖、數(shù)據(jù)一覽表等，并可以手工打??；顯示事件信息，事件信息包括：各種報(bào)警、及水位情況等；事件信息列表展示，提供各種信息查詢方法；遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)與遙控控制；人工手動調(diào)節(jié)參數(shù)；警報(bào)執(zhí)行操作確認(rèn)；展現(xiàn)預(yù)防事件信息列表并提供查閱方式；通過實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線顯示各類水位信息；歷史報(bào)告和列表信息顯示，可以手動打印有關(guān)信息。

3.泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

見圖1。

4.監(jiān)控儀工作原理及技術(shù)功能

某型號高壓電力系統(tǒng)絕緣水平在線監(jiān)控測試儀是一種專門測量對地絕緣電阻的儀器，主要用于高壓電動機(jī)在停機(jī)和在線運(yùn)行條件下，發(fā)生異常情況時(shí)運(yùn)行管理和操作人員可以根據(jù)絕緣電阻數(shù)值變化采取對應(yīng)措施，有效地防止事故的突然發(fā)生和擴(kuò)大。主要適用于3KV、6KV、10KV高壓電力不接地系統(tǒng)。

高壓電機(jī)的繞組在機(jī)器停止和在線運(yùn)行時(shí)，對地施加間歇或連續(xù)1500VDC電壓，監(jiān)控儀測量高壓電機(jī)絕緣狀況，達(dá)到絕緣監(jiān)控目的。

當(dāng)電機(jī)停止或用作備用時(shí)，監(jiān)控測試儀繼續(xù)監(jiān)控電機(jī)絕緣情況。如果發(fā)現(xiàn)存在問題，則電動機(jī)啟動電路會被及時(shí)關(guān)閉，并且不允許將其投入運(yùn)行使用。

將冷備用高壓電動機(jī)視為熱備用，在啟動電動機(jī)之前避免用數(shù)字兆歐表測量電動機(jī)的絕緣情況，并在確保良好絕緣的前提下隨時(shí)啟動高壓電動機(jī)。

監(jiān)控儀測量電動機(jī)停止時(shí)繞組對地的絕緣電阻。當(dāng)電動機(jī)啟動并投入運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在監(jiān)控儀上將施加10KV的高壓電，當(dāng)10KV高壓電在線時(shí)，監(jiān)控儀繼續(xù)向系統(tǒng)生成1500V直流電壓（在電動機(jī)投入運(yùn)轉(zhuǎn)后，所測量的絕緣為系統(tǒng)絕緣）進(jìn)行絕緣電阻測量，監(jiān)控儀會增加分支和泵站設(shè)備泄漏電流的測量值。按照系統(tǒng)的絕緣電阻值變化以及分支或機(jī)電設(shè)備的泄漏電流，可以馬上確定在線運(yùn)轉(zhuǎn)期間絕緣降低的具體分支和泵站設(shè)備。

當(dāng)監(jiān)控儀對在線運(yùn)轉(zhuǎn)的泵站設(shè)備絕緣測量時(shí)，儀表顯示的數(shù)值包含電動機(jī)繞組接地，電纜線，架空線接地和變壓器繞組接地的總絕緣值，所以也可用于高壓電力系統(tǒng)的接地保護(hù)。它的特征是：可以觀察和測量絕緣變化的過程，實(shí)現(xiàn)對異常事故早期發(fā)覺、早期預(yù)警和早期處理，有效避免并預(yù)防不良事故。

一是工作方式。監(jiān)控儀產(chǎn)生1500V直流電壓施加于停機(jī)或在線運(yùn)行的高壓電機(jī)對地之間。測阻施壓分連續(xù)和斷續(xù)兩種，1500V間斷直流電壓工作方式為施壓三分鐘，保持LED燈滅；斷壓三分鐘，保持LED燈亮。注：施壓、斷壓時(shí)間可人工設(shè)定；施加電壓時(shí)，測量監(jiān)控儀絕緣電阻并將其顯示在數(shù)字管上。切斷電壓后，絕緣測量將停止，先前測量的數(shù)據(jù)將暫時(shí)保留在數(shù)碼管上，直到下次再施加電壓時(shí)數(shù)據(jù)更新。

二是主要功能。測量功能：電機(jī)絕緣電阻和泄漏電流測量；警報(bào)功能：在測得的電阻值小于設(shè)定值情況下，監(jiān)控警報(bào)LED指示燈便會亮起，測量值不斷閃爍，并且絕緣電阻警報(bào)輸出繼電器無源常開觸點(diǎn)就會關(guān)閉。在泄漏電流大于設(shè)定值情況下，監(jiān)視報(bào)警LED指示燈便會亮起，測量值不斷閃爍，泄漏電流報(bào)警輸出繼電器的無源常開觸點(diǎn)就會關(guān)閉；記錄功能：異常警報(bào)事件日常自動記載；數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳：儀表具有RS-485接口，便于組網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳至上位PC機(jī)。

5.監(jiān)控系統(tǒng)軟件的日常檢查及維護(hù)

泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的日常監(jiān)控工作，主要以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為主，人工監(jiān)控為輔。監(jiān)控和控制泵站的運(yùn)行管理信息，以便摸清楚泵站的所用電及直流系統(tǒng)、一次主設(shè)備、二次繼電保護(hù)、自動裝置和其它內(nèi)部機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，通過監(jiān)控上述部分確保泵站各項(xiàng)設(shè)備維持良好的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

一是日常監(jiān)控工作應(yīng)完成內(nèi)容如下：監(jiān)控泵站一次主接線和一次設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；檢查泵站采取的安全防范措施；監(jiān)控保護(hù)和自動設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；監(jiān)視各段母線電壓。

二是在每日報(bào)告中查看每整點(diǎn)小時(shí)的技術(shù)參數(shù)等。進(jìn)行各種報(bào)告的編制和印刷輸出；事故音和預(yù)報(bào)音語音設(shè)備的實(shí)驗(yàn)測試巡檢；監(jiān)控泵站的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況；對直流電壓系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行檢查。

三是異常及事故監(jiān)控。泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對異常和突發(fā)事故的預(yù)防監(jiān)控，也是主要以計(jì)算機(jī)監(jiān)控為主，人工監(jiān)控為輔，當(dāng)泵站突發(fā)跳閘事故或其它異常事故時(shí)，在異常情況發(fā)生前后的一定時(shí)間范圍內(nèi)的信息進(jìn)行采集、整理分析和控制，以快速正確地確定和處理各種緊急情況，并能夠短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到異常情況發(fā)生前的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，維持泵站機(jī)電設(shè)備(特別是主設(shè)備)良好運(yùn)行狀態(tài)，保障整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)平穩(wěn)性。

四是正常巡檢時(shí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)查看主要內(nèi)容如下：一次主設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)方式及運(yùn)轉(zhuǎn)條件；繼電保護(hù)和自動裝置連接片投退運(yùn)行狀態(tài)；泵站安全防范措施的落實(shí)情況；查看直流電力系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；檢查泵站通信設(shè)施狀態(tài)；查看手動計(jì)數(shù)設(shè)備信息列表；測試警報(bào)和事故提示音頻設(shè)備；交直流一體化系統(tǒng)(包括交流不間斷電源、直流操作電源)。

6.結(jié)語

排澇泵站監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行3年來，歷經(jīng)多次城市洪水排澇檢驗(yàn)，多次提前發(fā)出異常事故警告，系統(tǒng)運(yùn)行良好。綜上所述，實(shí)踐證明該計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備自動化管理和對泵站整體運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控。如果發(fā)現(xiàn)異常和突發(fā)事故，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以立即發(fā)出警報(bào)或自動采取相應(yīng)處理措施大大縮短應(yīng)急時(shí)間，減少不良事故出現(xiàn)；結(jié)合泵站過流流量、抽水量等技術(shù)參數(shù)，有針對性的選擇匹配機(jī)組，合理分配排澇時(shí)間，提高排澇工作效率，達(dá)到減災(zāi)目的；實(shí)施泵站監(jiān)控自動化后，一線值班和作業(yè)人員勞動強(qiáng)度也大大降低，日常工作環(huán)境得到明顯改善；監(jiān)控儀自動記錄排澇泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析和歸并，形成可視化數(shù)據(jù)圖像，供技術(shù)人員和領(lǐng)導(dǎo)層面決策參考，提高科學(xué)化管理水平；監(jiān)控系統(tǒng)保留有與其它管理系統(tǒng)的接口，后期可以通過系統(tǒng)升級改造，實(shí)現(xiàn)通過以太網(wǎng)將排澇泵站日常運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳到上級部門集控指揮中心，滿足防洪工程的多級調(diào)節(jié)和統(tǒng)一調(diào)度管理。經(jīng)過排澇泵站五年運(yùn)行的實(shí)踐證明，排澇泵站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)完全滿足日常運(yùn)行管理所需，符合現(xiàn)代化泵站工程對信息化的新要求，其設(shè)計(jì)和建設(shè)管理經(jīng)驗(yàn)可以為類似排澇泵站改造提檔升級提供重要的參考價(jià)值。