孫達(dá)新，芮紅霞，王 東

（天津市引灤工程潮白河管理處，天津 301800）

潮白河泵站是引灤入津跨流域輸水工程的第一級(jí)提升泵站，主要負(fù)責(zé)提升輸水明渠水位，同時(shí)兼有汛期為地方排澇任務(wù)。系統(tǒng)改造以前，各種機(jī)電設(shè)備絕緣老化、性能下降、能耗增大、配件短缺，運(yùn)行維護(hù)困難，存在著安全隱患及自動(dòng)化檢測(cè)手段落后等問(wèn)題。因此，2002年7月至2003年9月進(jìn)行了電氣設(shè)備自動(dòng)化及微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)設(shè)備先進(jìn)、自動(dòng)化程度較高的大型輸水泵站之一，并于2003年11月晉升為水利部一級(jí)工程管理達(dá)標(biāo)單位。

1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

潮白河泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采用開(kāi)放式工業(yè)高速局域網(wǎng)為本系統(tǒng)骨干網(wǎng)，將站控級(jí)計(jì)算機(jī)和現(xiàn)地控制單元連接，構(gòu)成一個(gè)具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分布式控制系統(tǒng)。

（1）整個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配置分為三層：第一層為站控級(jí)，由主計(jì)算機(jī)兼操作員工作站、通信及工程師站、GPS裝置、大屏幕投影儀、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)及UPS電源組成；第二層為工業(yè)冗余以太環(huán)網(wǎng)，由以太網(wǎng)交換機(jī)及通信光纜組成；第三層為現(xiàn)地控制單元LCU，由PLC及保護(hù)測(cè)量裝置組成。

（2）整個(gè)泵站設(shè)備的控制分為三級(jí)：第一級(jí)為站控級(jí)控制室操作員工作站計(jì)算機(jī)集中控制；第二級(jí)為現(xiàn)地控制單元根據(jù)預(yù)定控制程序和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，無(wú)需人為干預(yù)（自動(dòng)）；第三級(jí)為就地手動(dòng)控制，與設(shè)備操作有關(guān)的控制柜、現(xiàn)地單元控制箱均帶有“遠(yuǎn)控/手動(dòng)”選擇開(kāi)關(guān)，各設(shè)備均可通過(guò)遙控/就地選擇開(kāi)關(guān)切換實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作規(guī)程（手動(dòng)）。

系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

2 系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象和監(jiān)控內(nèi)容

（1）監(jiān)控對(duì)象：系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象有主設(shè)備和輔助設(shè)備兩大類(lèi)。其中，主設(shè)備包括變壓器、主電動(dòng)機(jī)、主水泵，輔助設(shè)備包括隔離開(kāi)關(guān)、高低壓斷路器、供水泵、排水泵、空壓機(jī)、配電設(shè)備、直流系統(tǒng)、同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置、真空泵、閘門(mén)等。

（2）監(jiān)控內(nèi)容：系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)容有設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、泵站模擬電量監(jiān)視、設(shè)備計(jì)算機(jī)控制、設(shè)備調(diào)節(jié)四大類(lèi)。其中，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視主要有開(kāi)關(guān)的通斷、閥門(mén)和閘門(mén)開(kāi)閉狀態(tài)、調(diào)節(jié)裝置極限位置狀態(tài)、電動(dòng)機(jī)啟停狀態(tài)及主泵機(jī)組狀態(tài)等，泵站模擬電量監(jiān)視主要有電壓、電流、功率、機(jī)組和變壓器的溫度及水位、流量、閥門(mén)開(kāi)度、泵葉角度、泵組振動(dòng)、擺度等，設(shè)備計(jì)算機(jī)控制主要有泵組的啟停、高低壓斷路器的分合閘、閘門(mén)、閥門(mén)的開(kāi)關(guān)等，設(shè)備調(diào)節(jié)主要有主泵葉片角度、同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)、有載調(diào)壓變壓器電壓的調(diào)節(jié)。

3 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能分為實(shí)時(shí)監(jiān)控和運(yùn)行管理。其中，實(shí)時(shí)監(jiān)控包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制與調(diào)節(jié)，運(yùn)行管理包括各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和報(bào)表等。

（1）數(shù)據(jù)采集：數(shù)據(jù)類(lèi)型有模擬量、數(shù)字量、數(shù)據(jù)通信量。數(shù)據(jù)通信量主要是指監(jiān)控系統(tǒng)以外的其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息。

（2）數(shù)據(jù)處理：處理類(lèi)型有模擬量、數(shù)據(jù)處理、事件順序數(shù)據(jù)、計(jì)算量數(shù)據(jù)、主要參數(shù)趨勢(shì)分析、事故追憶等。

（3）控制與調(diào)節(jié)：主要包括運(yùn)行設(shè)備控制方式的設(shè)置、人工操作對(duì)單臺(tái)設(shè)備的控制和調(diào)節(jié)、機(jī)組單元的控制調(diào)節(jié)、泵站內(nèi)自動(dòng)控制和泵站運(yùn)行管理。

4 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)分析

4.1 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)

系統(tǒng)采用100M環(huán)形冗余光纖以太網(wǎng)將自動(dòng)化系統(tǒng)、變電站、計(jì)算機(jī)連接到一起，將信息與數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理與監(jiān)控，構(gòu)成了一個(gè)統(tǒng)一、完整的綜合自動(dòng)化監(jiān)控與保護(hù)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用德國(guó)赫斯曼RS2-FX/FX工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，利用它的容錯(cuò)冗余環(huán)功能，網(wǎng)絡(luò)上任意一點(diǎn)發(fā)生故障會(huì)在500ms內(nèi)恢復(fù)正常，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力。冷卻方式不采用風(fēng)扇，大大減小了機(jī)械故障的概率。

4.2 機(jī)組保護(hù)控制優(yōu)勢(shì)

系統(tǒng)將機(jī)組的保護(hù)功能與控制功能集成到一起，通過(guò)RS-485，機(jī)組LCU采用GE的PLC，讀取電動(dòng)機(jī)保護(hù)與勵(lì)磁單元的信息，保存到內(nèi)存。采用PLC可編程控制軟件，提高了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和可靠性。GE的PLC支持以太網(wǎng)全局?jǐn)?shù)據(jù)（EGD），完成了機(jī)組間、機(jī)組與輔機(jī)間的信息交換。機(jī)組LCU附有觸摸屏，顯示運(yùn)行參數(shù)，便于巡檢，就地控制機(jī)組。

4.3 輔機(jī)控制優(yōu)勢(shì)

系統(tǒng)的輔機(jī)控制系統(tǒng)有真空充水、排水供水、供油、壓縮空氣、除污等子系統(tǒng)。其在功能上相互獨(dú)立，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接到公共LCU中，將信息全部集中到內(nèi)存，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布到機(jī)組LCU中，接收機(jī)組LCU的命令。這種結(jié)構(gòu)，使增加或減少子系統(tǒng)非常方便。

4.4 變電站控制優(yōu)勢(shì)

系統(tǒng)完成變電站的綜合自動(dòng)化功能，即繼電保護(hù)與監(jiān)控功能。主要優(yōu)勢(shì)有：①變電站所有保護(hù)設(shè)備通過(guò)TCP/IP光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)連接，當(dāng)環(huán)線上出現(xiàn)一個(gè)斷點(diǎn)時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)仍可正常通信；②保護(hù)通信口為高速光纖以太網(wǎng)；③保護(hù)測(cè)控裝置為模塊化結(jié)構(gòu)；④監(jiān)控與保護(hù)功能集成；⑤全站利用全站保護(hù)的功能，大大減少電纜長(zhǎng)度，簡(jiǎn)化接線。

4.5 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行降低能耗優(yōu)勢(shì)

系統(tǒng)能夠根據(jù)流量要求、進(jìn)出水池水位差和泵組的運(yùn)行效率確定當(dāng)前揚(yáng)程下最佳泵組運(yùn)行臺(tái)數(shù)及最優(yōu)抽水效率，根據(jù)各機(jī)組及其附屬設(shè)備的實(shí)際安全情況確定應(yīng)運(yùn)行的機(jī)組號(hào)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。同時(shí)，可以避免機(jī)組在高氣蝕區(qū)、振動(dòng)區(qū)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。

5 效果分析

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值班、少人值守、節(jié)能降耗、經(jīng)濟(jì)高效的總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)配置；實(shí)現(xiàn)了泵站啟停自動(dòng)化控制；實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音故障報(bào)警提示，溫度自動(dòng)控制與顯示，機(jī)組運(yùn)行的計(jì)算機(jī)化數(shù)據(jù)采集與處理。經(jīng)過(guò)時(shí)間的考驗(yàn)，系統(tǒng)一切正常，運(yùn)行良好、設(shè)備可靠，滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求，減少了開(kāi)機(jī)時(shí)間，降低了運(yùn)行成本，提高了開(kāi)機(jī)效率，特別是葉角調(diào)節(jié)納入微機(jī)監(jiān)控后不需人為調(diào)角，計(jì)算機(jī)替代了人的操作，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)加強(qiáng)了主、輔機(jī)聯(lián)動(dòng)的靈活性，在提高安全輸水、設(shè)備等級(jí)、工程效益等方面發(fā)揮了顯著作用。