姜舒 于賢磊 戴康 魯健

摘要：簡單介紹了北京密云水庫調(diào)蓄工程的工程概況，詳細論述了工程全線調(diào)水動態(tài)調(diào)節(jié)的原理方法、設(shè)計原則及控制流程。

關(guān)鍵詞：南水北調(diào);監(jiān)控系統(tǒng);動態(tài)調(diào)節(jié);自動化

為提高城市供水的可靠性和穩(wěn)定性，解決南水北調(diào)來水與北京市用水過程不匹配問題，設(shè)置大型調(diào)蓄工程不可避免。將南水北調(diào)水調(diào)入密云水庫，不僅解決密云水庫近年來供水功能逐年下降問題;同時還解決密云水庫蓄水量少，不能滿足補償調(diào)節(jié)要求的問題。調(diào)水工程建成后，南水北調(diào)在北京市的供水范圍跟著擴大，昌平、懷柔等新城地區(qū)也能順利的用上南來之水。

一、概述

密云水庫調(diào)蓄工程作為北京南水北調(diào)的一個重要配套工程，對于消納南水北調(diào)來水、實現(xiàn)北京水資源優(yōu)化配置起到了重要作用。工程線路總長103km，主要內(nèi)容包括9座泵站、節(jié)制閘，PCCP管道，泵站水機、電氣設(shè)備及自動化設(shè)備等，總揚程達到132.85m。9座泵站設(shè)計臥式雙吸離心泵、立式軸流泵、立式混流泵等泵型，總裝機容量為36320kW。

二、控制原理

輸水的動態(tài)調(diào)節(jié)是一種可以實現(xiàn)遠程監(jiān)測、遠程控制和管理的系統(tǒng)，它要求能對整個輸水渠道上各站點的流量和設(shè)備進行持續(xù)的閉環(huán)控制，對泵站自動化程度要求極高。為了能實現(xiàn)工程調(diào)水動態(tài)調(diào)節(jié)的控制目標，各現(xiàn)地站不僅要建立一套合理且完善的調(diào)度運行管理模式，還必須配備相對先進的計算機監(jiān)控系統(tǒng)和被控設(shè)備設(shè)施，通過專用通信網(wǎng)把全線各站連接成一個計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)整體，在時間上和空間上對整條線路上各控制設(shè)施（泵站、節(jié)制閘等）進行全面控制。

動態(tài)調(diào)水過程中，調(diào)度指揮中心的調(diào)水自動化監(jiān)控系統(tǒng)計算機可遠程控制整個調(diào)水線路上每一個控制設(shè)施的動作。在調(diào)水動態(tài)調(diào)節(jié)過程中，它不僅要做到控制某個現(xiàn)地控制站設(shè)備設(shè)施的動作、采集該現(xiàn)地控制站的流量、水位等數(shù)據(jù)的功能，而且要求通過計算相鄰泵站輸、送水流量變化來統(tǒng)籌控制。為了防止渠道水面波動范圍過大，泵站的開、停機次序和臺數(shù)應(yīng)按一定的順序和方式進行。當(dāng)渠道流量需要改變時，可由兩種方式實現(xiàn)。一種是遠程操作，現(xiàn)場各站交出遠程調(diào)度權(quán)限，由調(diào)度中心通知現(xiàn)場各站調(diào)節(jié)目標，并直接遠程控制各站開（停）機、葉片調(diào)節(jié)等操作，現(xiàn)場各站做好記錄。另一種是現(xiàn)地操作，調(diào)度中心向各管理所及各現(xiàn)地控制站下達開（停）機指令或頻率、葉角變化指令后，由各現(xiàn)地控制站執(zhí)行相應(yīng)的調(diào)令，進行開（停）機、葉片調(diào)節(jié)操作。不同兩種方式的動態(tài)輸水調(diào)節(jié)過程都可實現(xiàn)全線工程的調(diào)水動態(tài)控制。

三、自動化監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計要求

為確保工程調(diào)水系統(tǒng)能穩(wěn)定可靠地長期運行，密云水庫調(diào)蓄工程實行“統(tǒng)一調(diào)度，分級管理”的調(diào)度運行管理體制。因此，結(jié)合工程管理、運行維護、穩(wěn)定可靠和經(jīng)濟實用等多方面考慮，系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求進行設(shè)計。

1.從工程的調(diào)度運行管理體制出發(fā)，結(jié)合工程調(diào)水距離較長、現(xiàn)地站點較多、又要求集中統(tǒng)一調(diào)度和分級管理的特點，應(yīng)依照統(tǒng)一調(diào)度、分級管理、分散布置、分層分布的原則來建立全線工程自動化監(jiān)控系統(tǒng)。

2.工程要求三個季度不定時調(diào)水運行，因此必須用動態(tài)調(diào)節(jié)控制的方式來提高調(diào)水的快速性、時效性。

3.考慮到調(diào)水線路上各現(xiàn)地控制站之間為串聯(lián)調(diào)控方式。因此，為保證整條線路自動化監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。各站點的重要控制設(shè)備必須采用雙機熱備冗余配置。

4.為適應(yīng)多種調(diào)度運行管理模式，自動化監(jiān)控系統(tǒng)操作應(yīng)簡便，結(jié)合工程調(diào)度、運行管理和控制方式，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)監(jiān)測和故障報警提示功能。

5.為確保工程安全可靠的運行，全線工程自動化監(jiān)控系統(tǒng)計算機廣域網(wǎng)原則上應(yīng)考慮備用通信手段，在主通信通道出現(xiàn)故障情況下，備用通道應(yīng)能滿足各現(xiàn)地站控制的基本功能。

6.為考慮科技的發(fā)展，方便日后自動化監(jiān)控系統(tǒng)更新改造和各種可控設(shè)備的更新?lián)Q代，工程整體的自動化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)采用開放型、可兼任、可擴充的計算機系統(tǒng)。

四、自動化監(jiān)控系統(tǒng)總體部署

根據(jù)本工程調(diào)度運行模式和工程管理條例，為滿足工程運行管理要求，密云調(diào)蓄工程自動化監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)方案采用由兩個層次組成的光纖環(huán)網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，即：設(shè)置調(diào)度中心層、現(xiàn)地控制層。兩個層級不僅參與調(diào)水的運行控制和管理，還參與現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時監(jiān)視和歷史數(shù)據(jù)儲存。

1.調(diào)度中心層。

設(shè)一個調(diào)度中心站，位置在北京團城湖管理處，便于對全線調(diào)水工程的統(tǒng)一調(diào)度。

2.現(xiàn)地控制層。

全線設(shè)9個現(xiàn)地控制站，沿線根據(jù)地理地勢平均分布，實現(xiàn)對各現(xiàn)地設(shè)備的運行、控制與監(jiān)視功能。

調(diào)度中心站、現(xiàn)地控制站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成局域網(wǎng)，它們之間的數(shù)據(jù)傳輸通過專用通信網(wǎng)連接，整體構(gòu)成樹型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。全線監(jiān)控自動化系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖見圖1。

五、自動化監(jiān)控系統(tǒng)的功能組成

1.調(diào)度中心層計算機監(jiān)控系統(tǒng)

調(diào)度中心層計算機監(jiān)控系統(tǒng)是全線工程調(diào)水自動化監(jiān)控系統(tǒng)的核心，它擔(dān)負著整個調(diào)水工程的水量計算和調(diào)配、運行管理及協(xié)調(diào)工作，同時還提供調(diào)配水的決策、水情分析、辦公自動化和渠道安全監(jiān)測等多種服務(wù)。密云水庫調(diào)蓄工程調(diào)度指揮中心通過對全線9個現(xiàn)地控制站進行實時控制，監(jiān)視整個輸水工程的實時運行工況。根據(jù)南水北調(diào)工程的運行管理規(guī)定，全線各站的工程運行情況必須由調(diào)度指揮中心統(tǒng)一調(diào)度管理。因此，調(diào)度指揮中心需在保證工程安全運行的基礎(chǔ)上，結(jié)合調(diào)水線路水情和水質(zhì)以及地區(qū)氣象變換等多種因素，制定出經(jīng)濟、合理的最佳用水調(diào)度計劃，下達給各管理所及現(xiàn)地控制站，以實現(xiàn)對整條輸水線的宏觀調(diào)控。

2.現(xiàn)地控制層計算機監(jiān)控系統(tǒng)

作為執(zhí)行調(diào)令的最基礎(chǔ)、最直接的機構(gòu)，各現(xiàn)地控制站配備了相對完整而又獨立的自動化監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)遠方調(diào)度指揮中心下達的控制指令，以及各自的站前站后水位狀況，計算機組、葉角、頻率的組合，實現(xiàn)水量控制目標。即使當(dāng)現(xiàn)地站與調(diào)度指揮中心的數(shù)據(jù)通訊全部中斷時，仍能實現(xiàn)實時可靠的設(shè)備設(shè)施監(jiān)控工作。

六、調(diào)水動態(tài)調(diào)節(jié)控制

1.系統(tǒng)控制流程

密云水庫調(diào)蓄工程自動化監(jiān)控系統(tǒng)通過調(diào)度指揮中心和各現(xiàn)地控制站的協(xié)作運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對全線設(shè)施的全面控制。為確保全線輸水協(xié)工作能長期穩(wěn)定運行，機構(gòu)之間應(yīng)當(dāng)相互配合，協(xié)調(diào)運行，進行合理的分工。本工程調(diào)水自動化監(jiān)控系統(tǒng)控制流程如圖2所示。

2.工程運行方式

2.1常規(guī)運行情況。

調(diào)度指揮中心根據(jù)每月調(diào)節(jié)池及水庫的水量、調(diào)水線路的水情和水質(zhì)以及地區(qū)氣象變化等多種因素進行綜合運算，制定出每天的渠道調(diào)水的預(yù)調(diào)度計劃。在此基礎(chǔ)上調(diào)度指揮中心再根據(jù)每天的水情氣象信息、渠道運行狀態(tài)等的情況，每天下達出數(shù)次水量調(diào)度計劃給各現(xiàn)地控制站。

現(xiàn)地控制站是全線調(diào)水調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)機構(gòu)，也是直接控制機構(gòu)，執(zhí)行上級下達的控制指令，實時控制泵站機組的起停和葉角、頻率的組合，并每兩小時采集現(xiàn)地控制設(shè)備的信息。

2.2特殊運行情況。

如遇到突發(fā)事件，現(xiàn)地控制站可直接對現(xiàn)場工況進行調(diào)節(jié)，并于事后及時上報調(diào)度指揮中心。

七、結(jié)語

調(diào)水動態(tài)調(diào)節(jié)，能實時有效的滿足全線調(diào)水的安全可靠性。目前，密云水庫調(diào)蓄工程的各站機組運行效率并未達到理想狀態(tài)，如何提高機組運行效率、降低能源單耗，實現(xiàn)調(diào)水動態(tài)調(diào)節(jié)只是一方面，在保障安全調(diào)水的前提下，如何控制各現(xiàn)地站在額定揚程下、實現(xiàn)額定流量運行，有待進一步的深入研究。

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