淺談辛莊泵站自動化系統(tǒng)

張緒磊，趙立賓 ，王明新

（1.山東省膠東調(diào)水工程壽光管理站，山東 壽光 262700；2.山東省膠東調(diào)水局，山東 濟南 250013；3.龍口市自來水公司，山東 龍口 265701）

山東省膠東調(diào)水工程辛莊泵站位于招遠市，為膠東調(diào)水工程新建第3級泵站。泵站的設(shè)計流量17 m3/s，校核流量22.1 m3/s，總設(shè)計揚程為32.01 m。泵站共裝機8臺，配套同步電機功率1 400 kW，額定電壓為10 kV，泵站總裝機容量11 200 kW。泵站設(shè)有3臺干式變壓器，其中2臺主變，容量均為10 000 kVA，另一臺主變?nèi)萘繛?00 kVA。辛莊泵站自動化系統(tǒng)是為泵站機組和35 kV專用變電站的控制、保護、測量、記錄而建設(shè)的。

1 辛莊泵站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

辛莊泵站自動化系統(tǒng)采用分層分布式的實時多任務(wù)結(jié)構(gòu)，將控制和采集功能集為一體，實現(xiàn)整個泵站的控制、流程顯示、設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控及設(shè)備故障報警，泵站數(shù)據(jù)的檢測、存儲、分析、報表打印等功能。本系統(tǒng)采用開放式工業(yè)局域網(wǎng)為系統(tǒng)骨干網(wǎng)，將站控級計算機和現(xiàn)地控制單元連接，構(gòu)成一個具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分布式控制系統(tǒng)。

整個自動化監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為3層，分別為監(jiān)控層、網(wǎng)絡(luò)層與現(xiàn)地控制層。監(jiān)控層采用國電南京自動化股份有限公司生產(chǎn)的SD200泵站綜合自動化系統(tǒng)，由操作員工作站、工程師工作站、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、通信管理工作站、站長工作站、UPS電源、打印機、投影大屏幕、GPS同步時鐘等組成；網(wǎng)絡(luò)層由工業(yè)以太網(wǎng)交換機、四芯多模光纜等組成；現(xiàn)地控制層由機組LCU控制屏、公用LCU控制屏及微機保護測控單元等組成，公用LCU控制屏PLC采用美國GE90-70系列產(chǎn)品，機組LCU控制屏PLC采用GE90-30系列產(chǎn)品。

泵站設(shè)備控制分為3級，分別為主控級、現(xiàn)地控制級、就地手動控制。主控級為中控室微機監(jiān)控系統(tǒng)的計算機集中控制；現(xiàn)地控制級可根據(jù)預(yù)定控制程序和現(xiàn)場實際情況，自動控制；就地手動控制，與設(shè)備操作有關(guān)的控制柜、現(xiàn)地單元控制箱均帶有“遠控/手動”選擇開關(guān)，各設(shè)備均可通過選擇開關(guān)切換實現(xiàn)手動操作。

主控級的監(jiān)控工作站完成泵站各個部分的運行監(jiān)視，數(shù)據(jù)采集和機組的自動控制調(diào)度功能，該層是整個泵站控制系統(tǒng)的調(diào)度核心?，F(xiàn)地控制級為各個現(xiàn)地控制單元，除完成上位控制層的操作指令外，還需實時監(jiān)視執(zhí)行設(shè)備的運行情況，一旦發(fā)生故障，立即采取保護性措施并向上層傳遞信息。

現(xiàn)地控制單元與站控級計算機級之間通訊采用以環(huán)形光纜為通訊介質(zhì)的高速工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，通訊速率為100 MB/s.

2 自動化系統(tǒng)功能

2.1 微機保護功能

通過微機保護測控單元對35 kV專用變電站及10 kV側(cè)所有的電氣設(shè)備進行保護，包括線路保護、變壓器保護、電動機保護、電容器保護、分段保護和PT保護等多個安全自動裝置。

各微機保護單元具有下列功能：故障記錄、存儲多套定值、顯示和當(dāng)?shù)匦薷亩ㄖ?；與監(jiān)控系統(tǒng)通信，根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)命令發(fā)送故障信息，動作序列；當(dāng)前整定值及自診斷信號；接收監(jiān)控系統(tǒng)選擇或修改定值，校對時鐘等命令。

2.2 數(shù)據(jù)采集與處理

通過現(xiàn)地控制單元實時采集變電站、泵站輔助設(shè)備、泵站公用設(shè)備、配套水工建筑物及其他與泵站自動化有關(guān)的各種電量、非電量的泵站運行數(shù)據(jù)，并實時進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、零漂處理、人工設(shè)置處理、計算處理、越限處理、濾波處理等。

處理后的數(shù)據(jù)存入實時數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)同時接受來自調(diào)度層級的控制命令，傳送有關(guān)數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)交換。

2.3 安全運行監(jiān)視

安全運行監(jiān)視包括泵站運行實時監(jiān)視及參數(shù)在線修改，狀態(tài)監(jiān)視、越限檢查、過程檢查、趨勢分析和監(jiān)控系統(tǒng)異常監(jiān)視。

2.4 實時控制和調(diào)節(jié)

根據(jù)調(diào)度命令或操作人員現(xiàn)場決定，操作員可通過功能鍵盤和鼠標(biāo)實現(xiàn)對水泵機組開停機、輔助設(shè)備控制、各高壓斷路器、隔離開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)等的控制等。各種控制和調(diào)節(jié)操作必須有操作過程的記錄，在顯示器上顯示每一個操作執(zhí)行情況。

2.5 泵站優(yōu)化經(jīng)濟運行

泵站在正常情況下，根據(jù)上級指定的提水流量，合理地選擇開機臺數(shù)，保證機組在滿足規(guī)定約束條件下高效率運行。同時優(yōu)化運行軟件允許操作人員在操作員工作站上根據(jù)需要選擇水泵運行工況。

2.6 保護及事故追憶

當(dāng)發(fā)生超駝峰運行、機組過載、氣蝕振動加劇時，系統(tǒng)能夠自動保護停機，或閉鎖不允許開機；當(dāng)發(fā)生短路等電氣故障時自動保護跳閘并把信號送入監(jiān)控系統(tǒng)；在泵站發(fā)生事故或故障時，對事故發(fā)生前后的重要參數(shù)進行追憶記錄，記錄在事故發(fā)生前5 s和后20 s時間內(nèi)重要實時參數(shù)的變化情況，計算機將按順序?qū)⑹鹿蕡缶畔?、事故名稱及追憶數(shù)據(jù)保存于磁盤中，形成歷史數(shù)據(jù)。

2.7 監(jiān)視、記錄及報告功能

1）主要監(jiān)視：水泵機組運行工況；輔助設(shè)備運行情況；公用設(shè)備運行工況；廠用電運行方式；越復(fù)限故障、事故的顯示報警，并自動顯示有關(guān)參數(shù)并推出相關(guān)畫面；開停機流程；其他重要的運行參數(shù)監(jiān)視。

2）全站所有監(jiān)控對象的操作、報警事件及實時參數(shù)報表的記錄，并可在打印機上輸出打印。

2.8 語音報警

運行人員可對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行設(shè)置。定義發(fā)生哪類事故時，監(jiān)視系統(tǒng)需要進行報警。當(dāng)發(fā)生事故時，系統(tǒng)能根據(jù)設(shè)置發(fā)出聲光、語音報警信息，并啟動電話語音自動報警程序。

電話語音自動報警程序，能啟動自動呼叫系統(tǒng)，根據(jù)事先設(shè)定的遠方責(zé)任人手機號碼，向遠方責(zé)任人發(fā)出故障報警短信，也可以實現(xiàn)電話自動撥號，對方摘機后自動播放報警語句。

2.9 診斷維護功能

在出現(xiàn)故障征兆或發(fā)生事故時，由監(jiān)控系統(tǒng)提出事故處理和恢復(fù)運行的指導(dǎo)性意見。包括系統(tǒng)硬件和軟件故障診斷。

系統(tǒng)設(shè)備硬件診斷包括對各工作站計算機級外圍設(shè)備、通訊接口、通道等的運行情況進行在線和離線診斷，故障點可診斷到模塊。對于冗余系統(tǒng)設(shè)備，當(dāng)診斷出主設(shè)備故障時，可自動發(fā)出信號并切換到備用設(shè)備。當(dāng)診斷出外圍設(shè)備故障時，可自動將其切除并發(fā)出信號。

軟件故障診斷能自動給出故障性質(zhì)及部位，并提供相應(yīng)的軟件診斷工具。

2.10 泵站設(shè)備運行維護管理

自動化系統(tǒng)包括諸多泵站運行資料，主要有：累計機組正常運行時間；累計機組正常停運時間、檢修次數(shù)及時間；分類統(tǒng)計各設(shè)備發(fā)生的事故、故障及時間；電氣保護整定值一覽表顯示畫面；機組實時效率顯示等。

綜上所述，膠東調(diào)水辛莊泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)具有完善的監(jiān)控功能，能滿足泵站安全運行及運行參數(shù)實時監(jiān)控的需要，為泵站運行實現(xiàn)“無人值班，少人職守”創(chuàng)造了有利條件，且該監(jiān)控系統(tǒng)操作方便、可靠性強，可為其他類似工程提供參考。