基于泵站自動化實例探索水利信息化技術應用

許卓

本文以中小型泵站自動信息化實際應用為切入點，分析信息化技術在水利水電工程中應用的廣泛性和必要性，探討應用的具體內(nèi)容，闡述系統(tǒng)的硬件構成和運行效果。

近些年來，隨著科技的進步，水利工程越來越多地采用信息化技術進行建設、管理和監(jiān)測，以大中型泵站、灌區(qū)的管理調(diào)度最為突出。結(jié)合各個不同水利工程的特點，將計算機技術、自動控制技術、網(wǎng)絡通信技術、傳感技術、云技術和圖象處理技術等充分融合，建設一個充分利用現(xiàn)代科技技術，集先進性、實用性和可擴展性于一體的信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)隨時對水利工程的運行情況進行監(jiān)督和調(diào)度。

一、實例泵站概況

泵站位于甘肅省XX市內(nèi)，通過提水泵站將河水提至高位蓄水池，實行3萬畝灌區(qū)自流灌溉。

工程采用閘、站、管線結(jié)合的方式，由引水閘、沖沙閘，提水泵站，供水管線構成。其中提水泵站設計流量0.29m3/s，設計揚程370.79米，采用兩用一備水泵，設計流量520m3/h，轉(zhuǎn)速1480r/min，配套10kV水泵電機800kW共三臺，設置戶內(nèi)10/0.4kV干式變壓器一臺，以保障廠用電。提水管線共18.63km，布置14個閥門，統(tǒng)一由平臺進行監(jiān)控調(diào)度啟閉。

二、自動化與信息化現(xiàn)有背景

灌區(qū)因處于我國西北地區(qū)，管理落后，信息化建設尚未起步。信息技術的應用，能夠彌補傳統(tǒng)水利工程運行模式中存在的不足和缺陷，能夠拓展現(xiàn)代化灌區(qū)的功能，讓灌區(qū)承擔起更加多樣化的社會責任，推動工程管理向著更加精準且細致的方向發(fā)展，實現(xiàn)信息的公開和透明處理，提高水資源利用的效率，避免造成大量的浪費。

目前，泵站信息化層次結(jié)構如圖1所示。分成現(xiàn)地級、站控級、管理級、調(diào)度級4級結(jié)構?，F(xiàn)地控制是所有單元的基礎，它是由現(xiàn)場布置的泵站電機、輔助電機、變壓器單元、閘門、閥門等被控對象進行檢測和控制。現(xiàn)地控制單元主要由LCU控制屏、微機保護裝置、狀態(tài)檢測等單元組成，通過光纖與控制線實現(xiàn)與計算機的連接。站控級主要由計算機、服務器構成。設置人機交互界面和工作站操作臺，完成對設備的繼電保護、直流系統(tǒng)、動態(tài)監(jiān)測、I/O控制等。管理級通過對泵站數(shù)據(jù)的檢測與上層調(diào)度級相連，以便上層信息化管理調(diào)度

圖1 泵站信息化層次結(jié)構

三、實例泵站硬件架構

XX市泵站信息化建設主要由引水泵站閥門監(jiān)控、中控室計算機監(jiān)控系統(tǒng)、泵房視頻監(jiān)視系統(tǒng)、閘門監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護、供水管線監(jiān)控系統(tǒng)以及閥門遠程控制、流量數(shù)據(jù)采集、水表預付費系統(tǒng)組成。

繼電保護作用為當電氣設備發(fā)生故障、異常運行時，保護裝置應能快速、準確地切除被保護區(qū)域故障，防治事故進一步擴大化。本站主要設置10kV進線微機綜保測控裝置、10kV站用變微機綜保測控裝置、10kV高壓電動機保護、無功補償裝置保護和低壓配電回路保護五項，采用微機保護，能送出電源消失、分合閘位置反饋、彈簧未儲能、遠方位等信號至監(jiān)控，能接收遠方分合閘命令。閉鎖回路。具有通信功能，上公用LCU屏和各個泵組單獨的LCU屏。

計算機監(jiān)控系統(tǒng)為泵站統(tǒng)一調(diào)度，自動化運行，數(shù)據(jù)記錄、水量合理分配、運行日志統(tǒng)計，甘肅XX市泵站采用分層分布式結(jié)構，共設為兩層，即上機位層和現(xiàn)地控制層。網(wǎng)絡采用星形連接的以太網(wǎng)?，F(xiàn)地控制單元均設置在泵房中，由3套現(xiàn)地LCU控制單元組成，分別監(jiān)控廠房3臺機組及其輔助設備：中控室配置1套公用LCU控制單元監(jiān)控廠房所有公用設備。泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控對象主要為：水泵機組及輔助機組、泵站公用設備、站用電設備、灌區(qū)閘門監(jiān)控和視頻監(jiān)視系統(tǒng)建設；閥門控制監(jiān)控。

泵站硬件架構如圖2所示：

圖2 實例泵站硬件架構

四、信息化在泵站中效用

信息化系統(tǒng)在實例泵站具有便于泵站的日常管理、運行監(jiān)視、調(diào)度等功能實現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡化效用。提高了灌區(qū)的運行效率。實現(xiàn)了對泵站的實時運行數(shù)據(jù)、累計數(shù)據(jù)進行儲存和管理。增加了抗旱的主動性、提升工程的管理水平。

五、信息化技術在水利水電中的應用內(nèi)容

本次實例泵站所屬水利工程為大中型灌區(qū)，主要是以水庫、河道等不同水源為基礎，以信息的分析，提煉為途徑的管理平臺系統(tǒng)，建設的目的是為了滿足灌區(qū)監(jiān)督和管理的基本需求。而在現(xiàn)代化技術的引導下，灌區(qū)管理系統(tǒng)的建設也滋生出了不同類型的子系統(tǒng)，囊括了數(shù)據(jù)采集和管理功能，雨水情實時監(jiān)測功能，灌區(qū)檔案管理功能，灌區(qū)地理位置查詢功能，預警功能，灌區(qū)閘門遠程監(jiān)控功能等多個方面，這些都可以讓操作人員獲得更加可靠的情報。在具體應用的過程中，管理部門也可以根據(jù)實際需求，對此系統(tǒng)進行精簡或者是擴充，無論哪一種方式，都能夠凸顯出信息技術的作用和價值。

除此之外，當今背景下，信息化在水利水電工程中應用較為普遍的內(nèi)容有以下三項：

1.水情自動化監(jiān)測系統(tǒng)

大多數(shù)水情自動化監(jiān)測系統(tǒng)的運行，都是以數(shù)據(jù)的采集為主要目標的，需要對給予范圍內(nèi)的水量、庫區(qū)和灌區(qū)的水位等多種類型的數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)督，并采集信息進行集中處理和分析。這也就意味著，水情自動化監(jiān)測系統(tǒng)，必須要具備模塊化和智能化的鮮明特征，只有這樣才可以滿足不同類型數(shù)據(jù)的處理需求，實現(xiàn)多種應用軟件的兼容運行。

2.洪水調(diào)度系統(tǒng)

許多水利水電工程都會根據(jù)水庫洪水預報，來建立相應的調(diào)度模型，并通過計算機終端平臺，建立系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)的水文預報和數(shù)據(jù)采集奠定堅實的基礎。而信息的計算、存儲和分析輸出，也可以結(jié)合自動監(jiān)測化系統(tǒng)的運行。操作人員可以在現(xiàn)代化設備的引導下，掌握技術的使用方法和技巧，及時收集有效的數(shù)據(jù)，為決策提供強有力的保證和參考。

3.地理信息網(wǎng)上查詢

在計算機的支持下，水利水電工程能夠把業(yè)務的基本數(shù)據(jù)和水利地形圖有效結(jié)合到一起，利用數(shù)據(jù)庫的分析和查詢功能，讓信息處理結(jié)果以更加直觀的形式展現(xiàn)出來，提高地理信息獲取的速度和質(zhì)量，讓水利工程的信息化管理水平更上一層樓。另外，信息技術的應用，也讓地理信息網(wǎng)上查詢的功能有了拓展和延伸，不同類型的瀏覽功能依次出現(xiàn)。水利水電的工程管理可以實現(xiàn)空間分析，把不同區(qū)域的數(shù)據(jù)和文件連接到一起，并進行對比和辨析，提供更加準確的決策參考依據(jù)。

六、結(jié)束語

綜上所述，持續(xù)性推動信息化技術在水利水電管理中的應用是合理且必要的舉動，這是維護社會經(jīng)濟秩序穩(wěn)定的應有之策，也是提高民生福祉的有效措施。本文通過一處實例泵站，結(jié)合大中型灌區(qū)系統(tǒng)、水情自動化監(jiān)測系統(tǒng)、洪水調(diào)度系統(tǒng)、地理信息網(wǎng)上查詢系統(tǒng)論述了信息化技術的應用內(nèi)容，并且，從工程實例列出信息化架構組成，有助于設計管理者參考并進行進一步工程信息化優(yōu)化。