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施，進一步提升自動化設(shè)施水平，實現(xiàn)泵站自動化監(jiān)控和集中調(diào)度管理，實現(xiàn)了"無人值班，少人值守"的目的。文章介紹了南水北調(diào)劉山泵站計算機監(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；計算機監(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大型基礎(chǔ)設(shè)施項目，通過合理配置跨流域水資源，保障南北方經(jīng)濟、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行和科學化運行管理，泵站效益的充分發(fā)揮，建設(shè)水利泵站計算機監(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)計流量為125m3/s，安裝五臺立式軸流泵，每臺機組流量31.5，配套大型同步電機，額定功率2800kW，電壓等級10kV。平行布置5孔節(jié)制閘，設(shè)計流量為828m3/s，單孔凈寬10m。

劉山泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)泵站同步電機、快速閘門（泵站）、卷揚式閘門（節(jié)制閘）、輔機系統(tǒng)、清污機以及電氣設(shè)備的自動控制，同時與上一級220kV變電所進行通信，可以進行遠程調(diào)度。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

劉山泵站計算機監(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 主計算機（兼操作員工作站）

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

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)可直接通過交換機聯(lián)網(wǎng)或可通過本通信服務(wù)器實現(xiàn)。同時本機通過與操作員機的數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、報警信息顯示、報表及歷史數(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)備的交換機采用100MBbps速率具有組建環(huán)網(wǎng)功能的以太網(wǎng)交換機，網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點通過光纖連接成冗余環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，當光纖環(huán)路上出現(xiàn)故障時，能保證實現(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包括機組LCU五套，選用法國施耐德公司的Quantum Unity系列PLC，實現(xiàn)對五臺機組的監(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、進線等機電設(shè)備進行監(jiān)控。風機、供水泵、排水泵、清污機與節(jié)制閘啟閉機控制箱五套LCU，選用法國施耐德公司的Modicon TSX Primium系列PLC，實現(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

包括對實時數(shù)據(jù)的采集、進行必要的數(shù)據(jù)預(yù)處理并以一定的格式存入實時數(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，在經(jīng)過進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)上級指令及運行情況，控制泵站、節(jié)制閘的運行。操作人員在監(jiān)控界面上點擊該控設(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，操作員只需要點擊所需控鍵，監(jiān)控系統(tǒng)進行流程運行，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，進行指導(dǎo)、分析和自動操作。控制內(nèi)容包括操作SF6高壓斷路器、隔離合、分操作，機組的開、停機操作等。

4.3 運行安全監(jiān)視和事故報警

4.3.1 運行實時監(jiān)視及參數(shù)在線修改

運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)備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)視控制，因為值班人員級別不同，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)限報警及記錄

監(jiān)控系統(tǒng)對設(shè)備某些參數(shù)以及計算數(shù)據(jù)在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)進行監(jiān)視，一些模擬量如溫度量進行梯度監(jiān)視，需要進行變化趨勢分析。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)限時必須做出相應(yīng)的處理。系統(tǒng)處理包括越限報警、參數(shù)越復(fù)限時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)時鐘校對及事故順序記錄

系統(tǒng)時鐘采用GPS分別與上位機和各LCU對時。計算機監(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。在水泵機組發(fā)生事故而造成跳閘動作等情況發(fā)生時，監(jiān)控系統(tǒng)馬上以中斷方式響應(yīng)同時自動顯示、記錄并打印出事故名稱及時間；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)被計算機保存于數(shù)據(jù)庫中，運行人員可以調(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，機組電流、電壓，軸瓦溫度、供水壓力、勵磁電壓、勵磁電流等。當泵站發(fā)生事故時，各現(xiàn)場控制單元自動采集自動保護裝置及機電設(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秒時間范圍你一些重要實時參數(shù)的變化詳情。

4.3.5 顯示記錄故障狀態(tài)

計算機監(jiān)控系統(tǒng)定時掃描設(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)生時間，同時監(jiān)控語音報警。

4.4 設(shè)備運行統(tǒng)計記錄與生產(chǎn)管理

計算機監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)計記錄各設(shè)備的運行情況，統(tǒng)計信息按照登陸者權(quán)限自動提示給操作人員。統(tǒng)計的內(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)備運行時間等；統(tǒng)計主輔設(shè)備的輔助接點進行變位及變位時間的記錄，如超出預(yù)定范圍作用于報警；統(tǒng)計設(shè)備參數(shù)越復(fù)限及定值變更等情況，同時自動生成報表和日志等。

4.5 系統(tǒng)自診斷與冗余管理

計算機監(jiān)控系統(tǒng)自診斷程序能在元件發(fā)生錯誤或故障時，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，幫助操作人員進行判斷及更換。同時，系統(tǒng)在主服務(wù)器發(fā)生故障時，自動切換控制權(quán)，啟用備用服務(wù)器。

5 結(jié)束語

自動化工程的實施，進一步提升自動化設(shè)施水平，實現(xiàn)泵站自動化監(jiān)控和集中調(diào)度管理，實現(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)控遠程化、決策科學化。

參考文獻

[1]高杏根.自動監(jiān)控系統(tǒng)在河道水閘防洪排澇中的應(yīng)用[J].水利水文自動化，2009（1）.

[2]王東升，霍寧，孫乃清.泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的統(tǒng)計計算和報表查詢[J].水電自動化與大壩檢測，2003，27（6）：73-74

[3]方輝欽.現(xiàn)代水電廠計算機監(jiān)控技術(shù)與實驗[M].北京：中國電力出版社，2004.

[4]霍寧.泵站監(jiān)控系統(tǒng)及發(fā)展趨勢[J].水電自動化與大壩監(jiān)測，2004，28（4）：81-85.