大中型泵站無人值守運行管理模式研究

(江蘇省秦淮河水利工程管理處，江蘇 南京 210001)

近年來，大中型泵站不斷建設(shè)，尤其是區(qū)域性排澇站及生態(tài)供水泵站數(shù)量急劇增加，按照水利部《水利工程管理單位定崗標準(試點)》中運行管理崗位設(shè)置標準[1]，即使采取了運行管理服務外包、管養(yǎng)分離等形式，符合崗位要求的運行人員供需矛盾仍較突出。隨著大中型泵站主輔機系統(tǒng)、電氣設(shè)備質(zhì)量不斷提高，狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷手段的不斷成熟，網(wǎng)絡技術(shù)、安全技術(shù)的飛速發(fā)展，部分大中型泵站無人值守完全具備了技術(shù)基礎(chǔ)。事實上國家電網(wǎng)公司早就對變電站無人值守運維模式進行了探索，并已全面推進，大批500kV變電站都已實現(xiàn)了無人值守。在泵站管理方面，部分供水泵站、加壓泵站、一體化預制泵站等也已實現(xiàn)無人值守運行，并且逐步形成了泵站無人值守運行模式的完整解決方案。

1 大中型泵站自動控制系統(tǒng)及運行模式

大中型泵站的自動控制系統(tǒng)從20世紀80年代開始起步，經(jīng)歷了分立元件、集成電路、數(shù)字電路時代。目前泵站微機監(jiān)控系統(tǒng)基本采用分散式與集中式控制相結(jié)合、分層分布式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)控制權(quán)分遠方、中控室、現(xiàn)地三級(見圖1)。

《泵站技術(shù)管理規(guī)程》(GB/T 30948—2014)、《江蘇省泵站運行規(guī)程》(DB32/T 1360—2009)[2]均未對泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)操作方式作明確規(guī)定。受傳統(tǒng)泵站運行管理思維影響，大部分泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)只是作為傳統(tǒng)控制方式的輔助手段，發(fā)揮數(shù)據(jù)采集處理功能，在控制權(quán)限的開放上非常慎重，有些僅僅是用鼠標取代按鈕，執(zhí)行簡單的分合閘操作，雖然開發(fā)了很多專家系統(tǒng)和智能決策系統(tǒng)，但真正發(fā)揮作用的不多，遠方操作基本都未開放。每個運行班組仍按照《泵站運行規(guī)程》要求設(shè)正、副值班長各1名，配備2～4名值班員[1]，未充分挖掘監(jiān)控系統(tǒng)能力。很多管理者認為大中型泵站主機組運轉(zhuǎn)是動態(tài)的，現(xiàn)有的狀態(tài)監(jiān)測手段無法滿足安全運行要求，現(xiàn)場的“觀、聞、聽、觸”才真正有效。在推進精細化管理上，重視文本的細節(jié)挖掘，缺乏對現(xiàn)代技術(shù)手段的深度應用。因此大部分泵站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)并沒有有效地降低運行值班人員工作強度，沒有實現(xiàn)對泵站的智能控制和優(yōu)化運行。

圖1 泵站微機監(jiān)控系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)

2 無人值守運行管理模式系統(tǒng)框架

2.1 應用場景

參考電力系統(tǒng)無人值守設(shè)集控中心模式，按照泵站群或梯級泵站設(shè)一處集中監(jiān)控與調(diào)度中心，集控中心負責無人值守泵站運行模式的選擇、信號監(jiān)視、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、越限報警、遠方操作等，必要時可配備一組巡操人員。

2.2 大中型泵站主要監(jiān)控對象及參數(shù)

目前大中型泵站主要監(jiān)控對象及參數(shù)見表1[3]。

表1 大中型泵站主要監(jiān)控對象及參數(shù)

2.3 實現(xiàn)無人值守運行管理的條件

2.3.1 優(yōu)化主設(shè)備選型

新建泵站設(shè)計時應兼顧效率和成熟可靠，以降低運行維護工作量為前提進行主設(shè)備選型。電氣設(shè)備實現(xiàn)“無油化、免維護”，主機組盡量擯棄復雜的結(jié)構(gòu)，減少輔機用量。隨著大型潛水電泵、智能化一體泵站、永磁同步機組技術(shù)的成熟，泵站的結(jié)構(gòu)和輔機配置都可以更加簡化。潛水電泵機組可以做到無輔機、無廠房；永磁同步電機+高壓變頻器方式既可以省去復雜的故障率高的勵磁機構(gòu)(勵磁變、勵磁屏、繞線式轉(zhuǎn)子、集電環(huán)碳刷等)和葉片調(diào)節(jié)機構(gòu)，又可以實現(xiàn)高功率因數(shù)，全范圍調(diào)節(jié)按最優(yōu)工況運行。傳統(tǒng)泵站也可以通過適當?shù)募夹g(shù)改造，優(yōu)化設(shè)備配置、操作流程來實現(xiàn)。

2.3.2 計算機監(jiān)控全覆蓋

目前泵站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備選型存在追求豪華、高檔的趨向，貪大求全，配備大屏幕、多臺工控機、服務器，熱衷多畫面制作展示，而缺乏對監(jiān)控系統(tǒng)的深度開發(fā)及采集數(shù)據(jù)的綜合運用[4]。要實現(xiàn)泵站的無人值守，必須充分利用計算機監(jiān)控手段，全面掌握泵站運行關(guān)鍵信息。一是要完善泵站監(jiān)控系統(tǒng)標準。隨著智能設(shè)備、信息技術(shù)的高速發(fā)展，泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)規(guī)范編制滯后。二是要建立完善的設(shè)備健康狀況監(jiān)測評估系統(tǒng)。根據(jù)監(jiān)測采集的設(shè)備運行電量、震動、擺度、壓力、聲音、溫度等關(guān)鍵信息，實時診斷故障，準確判斷故障類型，輔助用戶進行維修決策；利用多數(shù)據(jù)融合進行趨勢預測；為避免值班人員盯著屏幕產(chǎn)生的視覺疲勞，應采用彈窗、聲音等多種手段進行越限報警及狀態(tài)提示。三是完善在線監(jiān)測和自動調(diào)節(jié)。配置絕緣、溫度在線監(jiān)測，以科技手段代替人工現(xiàn)場檢測。充分發(fā)揮自動控制調(diào)節(jié)功能，勵磁裝置、葉片調(diào)節(jié)機構(gòu)、軟啟動、變頻裝置、真空破壞閥、輔機設(shè)備、照明、通風、消防等實現(xiàn)自動控制和動態(tài)自動跟蹤調(diào)節(jié)。四是完善水工建筑物安全監(jiān)測。充分利用GIS、GPS、北斗等技術(shù)手段，實現(xiàn)泵站水工建筑物水平位移、垂直位移、伸縮縫、沉降縫、揚壓力等遠程實時自動監(jiān)測。

2.3.3 視頻監(jiān)控全覆蓋

視頻監(jiān)控覆蓋運行管理需要查看的要素主要包括主機組、變壓器、高低壓配電裝置、閘門、輔機系統(tǒng)(油氣水、清污機等)、集水井、主副廠房、泵站出入口安防、上下游警戒區(qū)內(nèi)引河、水工建筑物、水尺等。

2.3.4 完善的網(wǎng)絡安全防護體系

要實現(xiàn)泵站無人值守，網(wǎng)絡安全至關(guān)重要。首先網(wǎng)絡傳輸是無人值守泵站的命脈，所有的監(jiān)測、遙控都要通過網(wǎng)絡實現(xiàn)，泵站至中央控制室宜采用有線+4(5)G專網(wǎng)冗余配置。此外根據(jù)《中華人民共和國網(wǎng)絡安全法》《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護規(guī)定》(國家發(fā)改委2014年第14號令)，安全防護體系的組建要遵循“安全分區(qū)、網(wǎng)絡專用、橫向隔離、縱向認證”的原則[5]。隨著5G、云端應用的普及，利用大數(shù)據(jù)、人工智能進行狀態(tài)評估和故障診斷有了可能，加上移動端信息讀取的需求，完全的物理隔離與信息技術(shù)的發(fā)展相悖，可從數(shù)據(jù)加密、應用冗余、Web防護、認證授權(quán)等方面入手，進行系統(tǒng)和應用的安全加固。

2.3.5 建立泵站無人值守管理機制

泵站無人值守的運行管理模式是對現(xiàn)有規(guī)范、運行管理制度、安全管理制度的突破。要針對無人值守的運管模式建立一套新的管理機制，全面重建值班制度、交接班制度、安全責任制、崗位職責、操作規(guī)程、巡視制度、反事故預案等，以適應無人值守的需求[6]。

2.3.6 人力資源優(yōu)化配置

無人值守運行管理模式對運行人員的要求和傳統(tǒng)值班方式相比發(fā)生了很大變化。一是要提高運行值班人員的專業(yè)化水平，重新梳理工作內(nèi)容，使值班人員全面理解和系統(tǒng)把握。二是要加強培訓，全面掌握泵站整體情況、操作任務流程和無人值守的業(yè)務流程。三是強化責任意識，明確責任劃分。

2.4 泵站無人值守業(yè)務流程

2.4.1 開機前準備工作

中央控制室值班人員接到開機調(diào)度指令后，利用計算機監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行遠程檢查。準備工作經(jīng)監(jiān)控系統(tǒng)回訊或手工確認后進入開機流程。圖2為泵站開機前的準備工作流程。

圖2 開機前準備工作

2.4.2 開停機流程

泵站的開停機流程主要包括主變投運、母線投運、電容補償進線投運、主機組投運、主機組停運、電容補償進線停運、母線停運、主變停運等。泵站主輔機設(shè)備須全部滿足遠動的要求，開停機各項操作流程在監(jiān)控系統(tǒng)中固化，并在監(jiān)控系統(tǒng)任務流程圖上設(shè)置多重確認，確保操作安全。根據(jù)國網(wǎng)公司安全規(guī)定，電氣倒閘操作應使用倒閘操作票，執(zhí)行發(fā)令復誦制度，一人操作、一人監(jiān)護，對于泵站的倒閘操作，應根據(jù)操作任務，在監(jiān)控系統(tǒng)中固定操作票格式和內(nèi)容，可與操作流程圖結(jié)合，中央控制室值班人員借助監(jiān)控系統(tǒng)信息和視頻系統(tǒng)，嚴格執(zhí)行操作票發(fā)令復誦制度，一人操作、一人監(jiān)護，執(zhí)行前操作人、監(jiān)護人使用電子簽章簽名或操作完成后打印手工簽名存檔。為適應遠程操作的要求，配電裝置宜配置電動手車；對于手車沒有電動裝置的開關(guān)設(shè)備，在具備完善的機械及多重電氣閉鎖的情況下，手車可置于熱備用狀態(tài)。

2.4.3 運行巡視

《泵站技術(shù)管理規(guī)程》(GB/T 30948—2014)明確對運行設(shè)備和備用設(shè)備按規(guī)定的內(nèi)容和要求定期進行巡視檢查，特殊情況下須加大巡查頻次，設(shè)備運行參數(shù)每1～2h記錄1次。隨著泵站精細化管理的推進，很多大中型泵站對巡視檢查有了更加細致的要求。對于無人值守泵站來說，巡視要通過遠程智能設(shè)備、視頻監(jiān)控、巡視機器人等先進信息化手段，優(yōu)化巡視線路，合理劃定巡視區(qū)域，提高巡視質(zhì)量。必要時可采取人工巡視與智能遠程巡視相結(jié)合，對于泵站群或梯級泵站可安排專門的巡視班組，每天進行1次人工現(xiàn)場巡視[7]。

2.4.4 應急處置

無人值守泵站事故應急處置依賴于可靠全面的故障信息上傳和設(shè)備遠方操作控制，應急響應的時效性至關(guān)重要。一是要編制適應無人值守模式的事故應急處置預案，制定應急處置手冊，使運行管理人員熟練掌握應急處置流程。二是要完善技術(shù)保障，提高系統(tǒng)遠控可靠性和故障研判能力，建立事故應急處置專家?guī)?，為運行值班人員提供快速決策輔助，監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)建立應急處置流程，便于值班人員快速處置。三是要建立搶修應急聯(lián)動機制，優(yōu)化人員配置，利用自有人員或購買社會化服務組建應急搶修隊伍，第一時間快速響應。四是加強應急演練和考核，制定明確的應急處置響應時限和處置標準，提高事故處置協(xié)同能力[8]。此外，傳統(tǒng)模式運行管理思維往往對遠程事故處置心存疑慮，傳統(tǒng)方式下認為主機組現(xiàn)場急停、開關(guān)拒動情況下，通過斷路器本體機械脫扣按鈕“手動”分閘等應急手段在遠程方式下難以實現(xiàn)。其實現(xiàn)場急?？梢酝ㄟ^有線或無線方式在中央控制室設(shè)置機械急停按鈕實現(xiàn)。為了防止事故狀態(tài)下斷路器滅弧能力下降導致開關(guān)爆炸，各地新的變電站運規(guī)已不允許在斷路器兩側(cè)帶電的情況下采用現(xiàn)場“手動”方式分閘，在斷路器拒動情況下，可遠程采取越級分閘方式或通過對斷路器脫扣裝置進行技術(shù)改造遠程“手動”分閘切斷事故電源[9]。

2.4.5 值班與交接班

無人值守泵站智能化高效運行，完全依賴監(jiān)控系統(tǒng)對信息的獲取以及值班人員對運行數(shù)據(jù)的分析判斷，與現(xiàn)場值班直接的感官接收信息有很大不同，需要值班人員集中精力，對設(shè)備運行數(shù)據(jù)的趨勢變化、越限報警快速作出響應，故障或事故時能夠快速應對。因此對值班人員的職責分工和責任劃分要明晰。中央控制室一般采取三班輪轉(zhuǎn)制，交接班時要對運行數(shù)據(jù)、異常狀況全面交接，雙方確認留檔。

3 結(jié) 論

泵站無人值守運行管理模式是充分利用信息化手段，緩解人員供需矛盾的有效舉措。對于主機組結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備完好率高、監(jiān)控系統(tǒng)完善的泵站，有條件的管理單位可以開展無人值守模式的試點，健全制度，全面梳理業(yè)務流程，總結(jié)經(jīng)驗，為大規(guī)模推廣應用提供實踐基礎(chǔ)。