大數(shù)據(jù)記錄及分析在黃水東調(diào)工程泵站運行管理中的應用

侯德國

(山東水發(fā)環(huán)保集團有限公司，山東 濟南 250100)

黃水東調(diào)工程是為優(yōu)化山東省水資源配置，解決青島、煙臺、濰坊、威海等膠東四市水資源短缺而決策實施的一項重大戰(zhàn)略性工程，工程設計流量15m3/s，年供水量3.15億m3，總投資65.03億元，自2017年1月開工建設以來，在短短兩年內(nèi)，新建大型泵站6座，新建輸水管道116.4km，各類穿越頂管施工23處，各類配套閥井建筑物256座。

1 泵站運行管理系統(tǒng)概述

在大型水利工程的運行過程中，需要對工藝參數(shù)和統(tǒng)計信息等一些大數(shù)據(jù)進行監(jiān)視和存儲，作為系統(tǒng)運行維護的記錄及總結(jié)運行經(jīng)驗的依據(jù)。黃水東調(diào)泵站工程包括曹店引黃泵站、麻灣引黃泵站、曹店入沉沙池泵站、麻灣入沉沙池泵站、廣南水庫入庫泵站、廣南水庫加壓泵站、濰北二庫加壓泵站等。泵站的實時運行狀態(tài)圖能夠直觀反映出前池的水位及水深數(shù)據(jù)、管道壓力及流量數(shù)據(jù)、水泵機組的運行工況數(shù)據(jù)(機組的溫度、振幅、電流、運行頻率)、閥門開啟度數(shù)據(jù)，以及泵站電力系統(tǒng)的電壓、電流、用電量、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)，并且以上數(shù)據(jù)都能實時記錄，加壓泵站實時運行狀態(tài)見圖1。

圖1 廣南水庫加壓泵站實時運行狀態(tài)

2 大數(shù)據(jù)生成及存儲

泵站運行機組構(gòu)成復雜，儀表眾多，既有集成購置在機組系統(tǒng)里面的數(shù)據(jù)，又有外接數(shù)據(jù)，記錄量大，如果單純依靠人工記錄無法滿足如此龐大數(shù)量的記錄工作，泵站運行管理系統(tǒng)依靠大數(shù)據(jù)的算法及存儲等功能，就能實現(xiàn)快速及時記錄、方便靈活地查詢到泵站各項運行數(shù)據(jù)。

本文以廣南水庫加壓泵站加壓泵站1號機組為例，說明泵站運行過程的幾種常見數(shù)據(jù)類型及其用途，見圖2、表1。

圖2 廣南水庫加壓泵站1號機組設備及外接儀表組成示意圖

表1 泵站運行過程常見數(shù)據(jù)類型及其用途

2.1 實時報表系統(tǒng)

為每個泵站設置一個實時報表，顯示泵站內(nèi)各個機組的運行頻率、運行電流、繞組溫度、軸承溫度、閥門開度、水泵出口壓力、總管壓力、瞬時流量、累計流量、泵站水位等重要數(shù)據(jù)。并根據(jù)系統(tǒng)設定的報警限值，對于超過限值的數(shù)據(jù)，會有紅色字體醒目顯示。

2.2 歷史報表系統(tǒng)

將系統(tǒng)運行過程中的流量、壓力、液位、電機頻率、電流、閥門開度等數(shù)據(jù)按類別劃分為多個表格，預先設定了日報表、月報表、年報表等表格形式，只要選擇日期即可查詢，同樣支持導出和打印操作。

為滿足自由查詢的需要，系統(tǒng)建有自由報表，可以任意選定時間段和時間跨度，進行查詢。例如：水量分析功能，選定任意時段后點擊查詢按鈕，自動生成本時段內(nèi)的供水記錄，并據(jù)此計算出本時段內(nèi)的總供水量及平均流量，方便進行供水統(tǒng)計。

2.3 運行值班記錄表

系統(tǒng)預制運行值班記錄表，可以任意選定時間段和時間跨度，對選定機組的整體運行情況進行查詢，其中包含了機組供電電壓、運行電流、溫度和振動等重點數(shù)據(jù)，而且自動計算本時段內(nèi)該機組的運行時長。表格中預留機組啟停時間、停機原因、交接班記錄等部分，供交接班人員導出表格后補充。

3 預警系統(tǒng)

在系統(tǒng)運行過程中，有時會出現(xiàn)設備故障、設備失電、管道壓力偏高或偏低、前池液位低于安全水位線、機組溫度過高、振動過快、電壓電流偏高、技術(shù)供水異常等情況，系統(tǒng)運行過程中若不能引起足夠重視，未及時采取處理措施，可能造成警情擴大，甚至造成設備損壞，危及整個系統(tǒng)的正常運行。為了保障系統(tǒng)的正常運行、避免故障擴大，發(fā)生異常情況時本系統(tǒng)以多種報警方式將報警信息通知相關(guān)工作人員，工作人員接收到報警信息后對報警做出相應的處理，同時由系統(tǒng)對故障情況做好記錄以備后期追溯故障發(fā)生原因、處理過程，總結(jié)運行經(jīng)驗。本系統(tǒng)的報警功能分為以下幾個方面。

3.1 報警設置

系統(tǒng)異常包括狀態(tài)異常和數(shù)據(jù)越限。

對于狀態(tài)異常報警，在系統(tǒng)中預先進行配置，當有設備故障、系統(tǒng)失電、網(wǎng)絡故障等情況發(fā)生時，系統(tǒng)報警提醒并自動記錄。對系統(tǒng)運行中的重要數(shù)據(jù)，如管道壓力、機組溫度、振動速度、運行電流、前池水位等進行監(jiān)測，當發(fā)生數(shù)據(jù)越限時，進行報警記錄。報警限值可以在線修改，自由調(diào)整。報警限制的設置主要是根據(jù)泵站機組的性能與工況及設計各項參數(shù)來綜合確定。

3.2 實時報警

根據(jù)系統(tǒng)異常的重要程度，有些故障需要停機操作，比如：溫度超過一定限度且持續(xù)不斷報警超過一定時間，自動停機。有些故障不影響系統(tǒng)的正常運行，比如：壓力過低，但要引起運行人員注意。實時報警界面展示系統(tǒng)中當前存在的所有異常情況以及該異常情況發(fā)生的時間、異常類型、報警限值等。在報警條目上點擊右鍵，可以對報警記錄進行確認、隱藏及刪除等操作。

3.3 報警提醒

當系統(tǒng)中有異常情況發(fā)生時，采取文字變色、聲音播報、報警彈窗等多種形式及時通知運行人員，引起用戶的注意。從而可以對一些重要的報警及時處理，以免故障擴大。

a.文字變色：當系統(tǒng)運行參數(shù)異常時，異常變量將由正常的黑色字體變?yōu)樾涯康募t色或閃爍，提醒運行人員該變量異常。

b.聲音播報：通過對語音報警控件的配置，實現(xiàn)對報警庫中的所有變量或選定的部分變量進行監(jiān)聽，當有報警產(chǎn)生時，通過外設音箱將某些變量的報警信息朗讀出來，引起運行人員注意。在語音報警控件中，可以為每個變量設置不同的報警信息和語音庫，選擇播放內(nèi)容和播放次數(shù)。

c.報警彈窗：當新報警發(fā)生時，系統(tǒng)會以報警彈窗方式及時通知運行人員。當運行人員未確認的報警始終未消除時，系統(tǒng)會每隔一段時間以報警彈窗方式持續(xù)通知運行人員。

3.4 歷史報警和報警查詢

需要對系統(tǒng)運行過程中發(fā)生過的報警進行查看和查詢，以便追溯事故起因和處理過程，從而總結(jié)運行經(jīng)驗，保證系統(tǒng)更加安全平穩(wěn)的運行，可通過歷史報警窗口和報警查詢界面對歷史報警信息進行查看。

歷史報警窗口的記錄中包含報警時間和報警消除的時間。歷史報警列表按時間順序顯示以往的歷史報警信息、報警確認信息和恢復信息。報警發(fā)生時，歷史報警列表中產(chǎn)生報警記錄；報警確認時，歷史報警列表中產(chǎn)生報警確認記錄；故障消除時，歷史報警列表中產(chǎn)生報警恢復記錄。

在報警查詢窗口，運行人員可以按時間、報警類型、按記錄類型、站點和報警組等多種條件對報警庫中的記錄進行查詢，便于快速查找和鎖定系統(tǒng)曾經(jīng)發(fā)生的異常。

3.5 報警死區(qū)和報警延時

系統(tǒng)運行和信號采集過程中可能存在信號波動或干擾，造成反復報警或誤報警，為減少誤報警，系統(tǒng)對報警死區(qū)和報警延時進行配置。

a.報警死區(qū)：為了防止變量值在報警限上下頻繁波動時，產(chǎn)生許多不真實的報警，在原報警限上下增加一個報警限的閾值，使原報警限界線變?yōu)橐粭l報警限帶，當變量的值在報警限帶范圍(報警死區(qū))內(nèi)變化時，不會產(chǎn)生和恢復報警，而一旦超出該范圍時，才產(chǎn)生報警信息。

b.報警延時：報警延時是對系統(tǒng)當前產(chǎn)生的報警信息并不提供顯示和記錄，而是進行延時。在延時時間到后，如果該報警不存在了，表明該報警可能是一個誤報警，不予理會，系統(tǒng)自動清除；如果延時到后，該報警還存在，表明這是一個真實的報警，系統(tǒng)將其添加到報警緩存區(qū)中，進行顯示和記錄。

4 結(jié) 語

通過對泵站運行管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行歷史存儲配置，可以日、月、年報表，自由報表，運行值班記錄表等多種形式生成運行記錄，數(shù)據(jù)記錄齊全，查詢快捷方便，完整記錄和展示整個調(diào)水工程的運行狀態(tài)。數(shù)據(jù)按預先設定的要求自動進行簡單的計算和分析，為匯總統(tǒng)計和調(diào)度決策提供依據(jù)。通過對采集的泵站設備運行狀態(tài)和運行數(shù)據(jù)進行報警配置，做到泵站運行狀態(tài)異常時以多種方式提醒運行人員注意，及時采取措施，消除警情，避免損失擴大。通過以上措施的組合，保證泵站安全、平穩(wěn)、經(jīng)濟、高效運行。