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        計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在南水北調(diào)劉山泵站中的應(yīng)用

        2015-05-30 21:17:41楊曉久趙孟博馬清坡李世民
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年16期
        關(guān)鍵詞:南水北調(diào)泵站

        楊曉久 趙孟博 王 琦 馬清坡 李世民

        摘 要:泵站自動化工程的實(shí)施,進(jìn)一步提升自動化設(shè)施水平,實(shí)現(xiàn)泵站自動化監(jiān)控和集中調(diào)度管理,實(shí)現(xiàn)了"無人值班,少人值守"的目的。文章介紹了南水北調(diào)劉山泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的配置、結(jié)構(gòu)、功能等。

        關(guān)鍵詞:南水北調(diào);泵站;計(jì)算機(jī)監(jiān)控

        引言

        南水北調(diào)工程是解決中國北方水資源短缺的一項(xiàng)大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目,通過合理配置跨流域水資源,保障南北方經(jīng)濟(jì)、社會與人口、資源以及環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。水利泵站作為水利系統(tǒng)最基層的工程之一,在保護(hù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、防洪、環(huán)保等方面都發(fā)揮了積極作用。為了保障泵站安全可靠運(yùn)行和科學(xué)化運(yùn)行管理,泵站效益的充分發(fā)揮,建設(shè)水利泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控信息系統(tǒng)是必不可少的。

        1 工程概況

        南水北調(diào)東線第一期工程劉山站位于江蘇省邳州市宿羊山鎮(zhèn),工程主要包括泵站、節(jié)制閘、跨閘站引河公路橋等主體工程,是東線第一期工程的第七級梯級抽水泵站。劉山站布置采用“閘站結(jié)合”的方式,泵站的設(shè)計(jì)流量為125m3/s,安裝五臺立式軸流泵,每臺機(jī)組流量31.5,配套大型同步電機(jī),額定功率2800kW,電壓等級10kV。平行布置5孔節(jié)制閘,設(shè)計(jì)流量為828m3/s,單孔凈寬10m。

        劉山泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)泵站同步電機(jī)、快速閘門(泵站)、卷揚(yáng)式閘門(節(jié)制閘)、輔機(jī)系統(tǒng)、清污機(jī)以及電氣設(shè)備的自動控制,同時(shí)與上一級220kV變電所進(jìn)行通信,可以進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)度。

        2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        劉山泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用開放型分層分布式結(jié)構(gòu)。監(jiān)控系統(tǒng)分為兩層,主控級和現(xiàn)地級。

        3 系統(tǒng)主要配置及功能

        3.1 主計(jì)算機(jī)(兼操作員工作站)

        兩臺主計(jì)算機(jī)相互熱備冗余,通過以太網(wǎng)連接,可以預(yù)先選定運(yùn)行值班主機(jī),根據(jù)值班主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),系統(tǒng)軟件進(jìn)行跟蹤判別。一旦發(fā)現(xiàn)值班主機(jī)異常,系統(tǒng)自動切換備用機(jī)為值班主機(jī),同時(shí)屏幕顯示主機(jī)故障。

        3.2 通信服務(wù)器

        本系統(tǒng)設(shè)置通訊服務(wù)器,配有RS232/RS485串行口,預(yù)留與其它系統(tǒng)的通信,與上級部門的聯(lián)網(wǎng)可直接通過交換機(jī)聯(lián)網(wǎng)或可通過本通信服務(wù)器實(shí)現(xiàn)。同時(shí)本機(jī)通過與操作員機(jī)的數(shù)據(jù)共享,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、報(bào)警信息顯示、報(bào)表及歷史數(shù)據(jù)查詢和打印等功能。

        3.3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

        監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的交換機(jī)采用100MBbps速率具有組建環(huán)網(wǎng)功能的以太網(wǎng)交換機(jī),網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點(diǎn)通過光纖連接成冗余環(huán)形網(wǎng)絡(luò),當(dāng)光纖環(huán)路上出現(xiàn)故障時(shí),能保證實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自愈。

        3.4 現(xiàn)地控制單元LCU

        現(xiàn)地控制單元LCU包括機(jī)組LCU五套,選用法國施耐德公司的Quantum Unity系列PLC,實(shí)現(xiàn)對五臺機(jī)組的監(jiān)視和控制。公用設(shè)備LCU一套,選用法國施耐德公司的Quantum Unity系列PLC,對主變、站變、所變、進(jìn)線等機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。風(fēng)機(jī)、供水泵、排水泵、清污機(jī)與節(jié)制閘啟閉機(jī)控制箱五套LCU,選用法國施耐德公司的Modicon TSX Primium系列PLC,實(shí)現(xiàn)對相關(guān)設(shè)備的監(jiān)控。

        4 系統(tǒng)功能

        4.1 數(shù)據(jù)采集與處理

        包括對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)預(yù)處理并以一定的格式存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng),包括收集和模擬,數(shù)字采集和輸出處理,脈沖的累積量、流量計(jì)算、信號幅度狀態(tài)設(shè)置。LCU收集泵站設(shè)備的主要操作參數(shù),通過必要的處理送至上位機(jī),在經(jīng)過進(jìn)一步分析處理后存入數(shù)據(jù)庫,以備調(diào)用。

        4.2 控制與調(diào)節(jié)

        操作員根據(jù)上級指令及運(yùn)行情況,控制泵站、節(jié)制閘的運(yùn)行。操作人員在監(jiān)控界面上點(diǎn)擊該控設(shè)備圖形控鍵,系統(tǒng)會自動彈出操作流程圖和控制模擬鍵,操作員只需要點(diǎn)擊所需控鍵,監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行流程運(yùn)行,根據(jù)流程圖上每一步的執(zhí)行情況以及不執(zhí)行部位及原因,進(jìn)行指導(dǎo)、分析和自動操作??刂苾?nèi)容包括操作SF6高壓斷路器、隔離合、分操作,機(jī)組的開、停機(jī)操作等。

        4.3 運(yùn)行安全監(jiān)視和事故報(bào)警

        4.3.1 運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視及參數(shù)在線修改

        運(yùn)行值班人員通過組態(tài)軟件InTouch開發(fā)的監(jiān)控界面對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視控制,因?yàn)橹蛋嗳藛T級別不同,監(jiān)控權(quán)限各不相同,監(jiān)控系統(tǒng)按照登陸者權(quán)限進(jìn)行自動分配監(jiān)控內(nèi)容及在線修改參數(shù)權(quán)。

        4.3.2 參數(shù)越復(fù)限報(bào)警及記錄

        監(jiān)控系統(tǒng)對設(shè)備某些參數(shù)以及計(jì)算數(shù)據(jù)在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)進(jìn)行監(jiān)視,一些模擬量如溫度量進(jìn)行梯度監(jiān)視,需要進(jìn)行變化趨勢分析。預(yù)先對這些參數(shù)值及梯度值規(guī)定上下浮動范圍,系統(tǒng)在它們越限及復(fù)限時(shí)必須做出相應(yīng)的處理。系統(tǒng)處理包括越限報(bào)警、參數(shù)越復(fù)限時(shí)自動顯示信息等操作、一些重要參數(shù)在復(fù)限前調(diào)取之前存儲數(shù)據(jù)、相關(guān)參數(shù)分析、故障原因提示。

        4.3.3 系統(tǒng)時(shí)鐘校對及事故順序記錄

        系統(tǒng)時(shí)鐘采用GPS分別與上位機(jī)和各LCU對時(shí)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以按照發(fā)生的先后順序?qū)l(fā)生的事故和設(shè)備的動作狀況記錄下來。在水泵機(jī)組發(fā)生事故而造成跳閘動作等情況發(fā)生時(shí),監(jiān)控系統(tǒng)馬上以中斷方式響應(yīng)同時(shí)自動顯示、記錄并打印出事故名稱及時(shí)間;記錄和打印有關(guān)設(shè)備的動作狀況,自動跳出相關(guān)界面,進(jìn)行事故原因分析并提示處理方法。

        4.3.4 事故追憶及相關(guān)量記錄

        監(jiān)控系統(tǒng)完成事故追憶,這些數(shù)據(jù)作歷史數(shù)據(jù)被計(jì)算機(jī)保存于數(shù)據(jù)庫中,運(yùn)行人員可以調(diào)用這些數(shù)據(jù)用于顯示和打印。追憶量包括110kV主變各種電量和10kV母線電流、電壓,機(jī)組電流、電壓,軸瓦溫度、供水壓力、勵磁電壓、勵磁電流等。當(dāng)泵站發(fā)生事故時(shí),各現(xiàn)場控制單元自動采集自動保護(hù)裝置及機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)量,并傳送到泵站控制中心,并按照完成事件順序進(jìn)行排序排列等操作。記錄的誤差不大于2ms,監(jiān)控系統(tǒng)可以記錄事故發(fā)生前10秒和發(fā)生后20秒時(shí)間范圍你一些重要實(shí)時(shí)參數(shù)的變化詳情。

        4.3.5 顯示記錄故障狀態(tài)

        計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)定時(shí)掃描設(shè)備狀態(tài)信號,如發(fā)現(xiàn)故障狀態(tài)信號就會顯示在操作界面上,并記錄故障內(nèi)容以及其發(fā)生時(shí)間,同時(shí)監(jiān)控語音報(bào)警。

        4.4 設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計(jì)記錄與生產(chǎn)管理

        計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)記錄各設(shè)備的運(yùn)行情況,統(tǒng)計(jì)信息按照登陸者權(quán)限自動提示給操作人員。統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容包含設(shè)備在正常及非正常狀態(tài)下投切次數(shù)以及設(shè)備運(yùn)行時(shí)間等;統(tǒng)計(jì)主輔設(shè)備的輔助接點(diǎn)進(jìn)行變位及變位時(shí)間的記錄,如超出預(yù)定范圍作用于報(bào)警;統(tǒng)計(jì)設(shè)備參數(shù)越復(fù)限及定值變更等情況,同時(shí)自動生成報(bào)表和日志等。

        4.5 系統(tǒng)自診斷與冗余管理

        計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自診斷程序能在元件發(fā)生錯誤或故障時(shí),馬上做出正確判斷,通過硬件自檢,確定故障設(shè)備及故障原因,幫助操作人員進(jìn)行判斷及更換。同時(shí),系統(tǒng)在主服務(wù)器發(fā)生故障時(shí),自動切換控制權(quán),啟用備用服務(wù)器。

        5 結(jié)束語

        自動化工程的實(shí)施,進(jìn)一步提升自動化設(shè)施水平,實(shí)現(xiàn)泵站自動化監(jiān)控和集中調(diào)度管理,實(shí)現(xiàn)了“無人值班,少人值守”的目的;而且通過整個網(wǎng)絡(luò),能夠?qū)崿F(xiàn)辦公自動化、管理智能化、調(diào)控遠(yuǎn)程化、決策科學(xué)化。

        參考文獻(xiàn)

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