水利泵站自動化系統(tǒng)常見故障及分析

邱國鵬

（肇慶市景福圍工程管理處，廣東 肇慶 526040）

0 引言

泵站作為水利工程的基礎(chǔ)設(shè)施，為城鎮(zhèn)的防洪排澇和調(diào)水灌溉起到關(guān)鍵作用。隨著城鎮(zhèn)的發(fā)展和農(nóng)田水利灌溉要求的提升，需要利用現(xiàn)代信息化技術(shù)來提升泵站運行的可靠性、安全性、高效性，從而提高運行效率，持續(xù)充分的發(fā)揮效益。泵站自動化系統(tǒng)正是隨著現(xiàn)代信息化技術(shù)的發(fā)展，其系統(tǒng)的控制性和功能性得到不斷的發(fā)展。

1 泵站自動化系統(tǒng)的重要性

泵站的自動化系統(tǒng)主要包括計算機監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)和現(xiàn)場設(shè)備控制系統(tǒng)等部分，對水泵機組、自排涵壓力涵閘門、高低壓配電系統(tǒng)、前池、UPS 電源系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、技術(shù)供水系統(tǒng)及其他關(guān)鍵對象的監(jiān)視、測量、保護(hù)、控制功能。通過計算機技術(shù)實時有效監(jiān)視、監(jiān)測各項參數(shù)，并做到數(shù)據(jù)、圖像上傳和命令的下發(fā)[1]。水利泵站自動化系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 水利泵站自動化系統(tǒng)

泵站自動化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)集中監(jiān)控和調(diào)度管理，實時采集雨情、水情、各種運行數(shù)據(jù)，是信息化建設(shè)的基礎(chǔ)。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，泵站自動化系統(tǒng)不止是對機組開停機操作或基本運行情況進(jìn)行監(jiān)控管理，同時要對機組運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、繼電保護(hù)優(yōu)化、排澇和調(diào)水灌溉的監(jiān)控、智能調(diào)度、以及經(jīng)濟(jì)運行成果等進(jìn)行智能化分析。

泵站自動化系統(tǒng)對泵站的運行的安全性，高效以及穩(wěn)定性帶來了深遠(yuǎn)的影響，它通過現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，監(jiān)控機組運行狀況的自動化系統(tǒng)，正是由于泵站自動化系統(tǒng)的存在使運行人員能夠全面及時掌握機組運行情況，從而指揮和保障機組安全運行。因此，對于泵站自動化系統(tǒng)的故障，我們必須及時解決問題，減少故障導(dǎo)致的影響，保障人民生命財產(chǎn)安全[2]。

2 泵站自動化系統(tǒng)常見故障

當(dāng)自動化系統(tǒng)發(fā)生故障時，先要理解故障的模式，通過故障樹分析故障的機制，即是產(chǎn)生故障的原因，對癥下藥，運用合適的處理方法進(jìn)行修復(fù)。針對自動化系統(tǒng)中遇到的一些問題，以下進(jìn)行了簡要論述分析并對解決問題的方法進(jìn)行探討。

2.1 系統(tǒng)軟件誤報警故障

由于泵站自動化系統(tǒng)監(jiān)控參數(shù)的復(fù)雜多樣，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和識別，自動報警參數(shù)由于缺乏基于系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)功能，往往參數(shù)的設(shè)置采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)定，這就會造成在實際應(yīng)用的過程中出現(xiàn)報警問題的偏差，缺乏科學(xué)有效性和合理性，導(dǎo)致可能錯誤報警的出現(xiàn)，誤報警故障，一般情況下復(fù)歸后正常。

可以通過分析報警的記錄，根據(jù)實際情況對參數(shù)采集分析進(jìn)行修改，對報警數(shù)據(jù)庫進(jìn)行優(yōu)化，更改報警機制和優(yōu)化處理各項參數(shù)，在持續(xù)改進(jìn)中優(yōu)化誤報警信號，使系統(tǒng)運行更穩(wěn)定。

2.2 泵站自動化設(shè)備狀態(tài)顯示錯誤

（1）因為泵站自動化設(shè)備比較多，設(shè)備間的互聯(lián)密切相關(guān)，當(dāng)自動化設(shè)備狀態(tài)顯示錯誤時，首先到現(xiàn)場檢查該自動化設(shè)備以及相關(guān)的其他設(shè)備是否通電，運行狀態(tài)是否正常，有沒有報警等異常情況。

（2）按開機前確認(rèn)項目進(jìn)行通電檢查，讓所有設(shè)備進(jìn)行通電，檢查所有設(shè)備是否在運行狀態(tài)。

（3）對自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)傳輸過程檢查。首先要檢查設(shè)備的RS485 接口和傳輸是否有問題，再檢查串口服務(wù)器是否有問題，按順序檢查至以太網(wǎng)交換機之間的通信傳輸，檢查以太網(wǎng)交換機工作情況等。對懷疑有問題的設(shè)備進(jìn)行排查更換，因?qū)嶋H應(yīng)用中很多的故障都是連接部位接觸不良，接口氧化，網(wǎng)絡(luò)接口未接通、網(wǎng)線未按緊等，所有要逐一排查，在以太網(wǎng)組網(wǎng)中，較普遍的故障是網(wǎng)線水晶頭通信異常，重新插緊水晶頭連接線，是否恢復(fù)通信即可，如仍異常，可以使用檢測設(shè)備檢測這段段網(wǎng)線是否接通[3]。

（4）檢查該設(shè)備相關(guān)的繼電器輔助觸頭是否接觸良好，經(jīng)簡單排查后仍不能恢復(fù)正常狀態(tài)的，要考慮相對應(yīng)的繼電器是否出現(xiàn)故障，根據(jù)相關(guān)的圖紙，檢查相對應(yīng)的繼電器，測量其電壓，檢查繼電器吸合是否正常，繼電器吸合分?jǐn)鄷r，輔助觸頭的通斷情況是否正常。檢查繼電器輔助接口如圖2 所示。

2.3 自動化系統(tǒng)機組參數(shù)顯示異常

自動化系統(tǒng)機組參數(shù)顯示異常是自動化系統(tǒng)中常見的故障現(xiàn)象，引起故障的原因是多種的，首先到就地檢查異常參數(shù)的設(shè)備就地顯示是否正常，若現(xiàn)場設(shè)備顯示不正常，則檢查傳感器至設(shè)備接線、接口等，可更換檢測通道進(jìn)行，排查傳感器工作是否異常，檢查真實數(shù)據(jù)是否正常，和采集的數(shù)據(jù)是否一致，若傳感器有問題則校正或更換現(xiàn)場傳感器，若傳感器和接線沒問題可考慮更換該設(shè)備，排除故障[4]。

若現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)顯示正常，可查看就地LCU 柜的參數(shù)顯示是否正常，LCU 柜顯示異常，可檢查設(shè)備至LCU 柜間的通信通道，檢查PLC 輸入點與之連接的相關(guān)線路接點問題。若LCU 柜顯示正常，則檢查LCU 柜至上位機之間的通信情況。

若機組新投入運行的，可考慮組態(tài)時數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)之間是否對應(yīng)，不正確的，應(yīng)重新對數(shù)據(jù)。實時數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)之間是否對應(yīng)，轉(zhuǎn)換是否正確。數(shù)據(jù)顯示的格式是否正確，以及實時數(shù)據(jù)的放大倍數(shù)等參數(shù)設(shè)置是否正確，自動化系統(tǒng)組態(tài)軟件數(shù)據(jù)位數(shù)設(shè)置等情況。

2.4 自動化系統(tǒng)上發(fā)操作命令，命令不能執(zhí)行或沒有反映

泵站的操作是運行人員在調(diào)度的指揮下，通過上位機操作界面對機組設(shè)備發(fā)操作命令，并監(jiān)測機組的正常運行，如果上位機命令不能執(zhí)行，將影響運行安全。

（1）在確認(rèn)各設(shè)備通電下情況檢查機組設(shè)備有無告警信號未消除，檢查機組各設(shè)備狀態(tài)，若機組狀態(tài)不明，檢查現(xiàn)場設(shè)備，操作至條件滿足。

（2）檢查操作命令是否要符合相關(guān)條件，條件是否滿足。比如開機時，是否滿足所有的開機條件，技術(shù)供水水位、水壓等是否滿足要求。

（3）檢查UPS 電源、操作電源、控制電源的供電情況，現(xiàn)場檢查UPS 電源主機顯示界面各參數(shù)，確認(rèn)UPS電源運行正常，到高壓開關(guān)柜測量操作電源、控制電源數(shù)值是否處于正常值范圍內(nèi)。

（4）檢查就地LCU 柜和公用LCU 柜中PLC 運行狀態(tài)。PLC 是泵站自動化系統(tǒng)中的主要控制器，系統(tǒng)中的操作命令由PLC 將指令傳達(dá)至各設(shè)備，實現(xiàn)對各設(shè)備狀態(tài)的控制和監(jiān)視。查看PLC 的運行、輸入、輸出、電源指示燈等是否正常。若出現(xiàn)故障，可對通斷幾次電源或執(zhí)行幾次復(fù)位操作，判斷故障現(xiàn)象仍然相同，可用備件替換來判斷是不是硬件的故障，若替換后問題仍存在，可通過回路，檢查相關(guān)的設(shè)備和連接電路，判斷故障的范圍，逐步縮小檢查范圍，進(jìn)行維修處理。

（5）檢查高壓開關(guān)柜儲能開關(guān)、控制回路、操作回路以及相關(guān)輔助接點是否到位，重復(fù)繼電器是否有粘連，檢查機組測速裝置測值滿足要求[5]。

（6）檢查以太網(wǎng)交換機，串口服務(wù)器等是否正常。

（7）檢查軟啟柜設(shè)備狀態(tài)和相關(guān)的繼電器情況。泵站的機組一般使用高壓軟啟動，高壓軟啟動是一種中高壓電機軟起動器，通過控制三相反并聯(lián)閘管的導(dǎo)通角，控制電機的輸入電壓按不同的要求而變化，使機組在起動和停止時，減少對電網(wǎng)和電機絕緣影響，減少開停機時水流沖擊對水泵和拍門的影響，延長設(shè)備使用壽命。若軟啟柜出現(xiàn)故障會導(dǎo)致開停機命令無法執(zhí)行，特別是設(shè)置軟停功能的機組，發(fā)停機指令無法執(zhí)行，可能是軟停出現(xiàn)故障，導(dǎo)致無法執(zhí)行指令，應(yīng)先急停后，再進(jìn)行檢查。

2.5 自動化系統(tǒng)無歷史數(shù)據(jù)

首先查看實時數(shù)據(jù)是否接入配置，磁盤空間是否占滿，有可能是數(shù)據(jù)條數(shù)超過數(shù)據(jù)庫的極限或者系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫之間的鏈接設(shè)置錯誤。其次檢查登錄人員的賬號是否有權(quán)限限制，權(quán)限是否滿足要求。最后查看無數(shù)據(jù)時間段是否是自動化系統(tǒng)停止運行的時間段。

2.6 保護(hù)異常動作

2.6.1 保護(hù)達(dá)到條件不能跳閘

首先檢查保護(hù)功能壓板和跳閘出口壓板是否投入，功能壓板是實現(xiàn)保護(hù)裝置某些功能的壓板，若功能壓板退出，保護(hù)裝置是不會反應(yīng)的；跳閘出口壓板是決定保護(hù)動作的壓板，跳閘出口壓板是直接接在控制回路中，它的投入和退出決定了保護(hù)動作與否，發(fā)生故障后，當(dāng)壓板退出時，保護(hù)無動作。其次查看保證裝置的整定值，現(xiàn)在的保護(hù)裝置可提供多套定值區(qū)供存儲，查看是否切換了其他定值。檢查保護(hù)裝置跳閘出口接點有無損壞，保護(hù)裝置是否出現(xiàn)故障。最后可檢查操作電源電壓是否異常，電壓不穩(wěn)定會影響保護(hù)裝置和操作機構(gòu)的動作[6]。

2.6.2 保護(hù)異常跳閘

首先要判斷故障跳閘的原因，查看保護(hù)動作報告，監(jiān)測裝置等，查看自動化系統(tǒng)機組運行的數(shù)據(jù)記錄，分析保護(hù)動作的具體原因，若是機組起動過程中出現(xiàn)過電流跳閘可能是機組啟動負(fù)載過大，起動轉(zhuǎn)矩過小，導(dǎo)致起動時間過長，引起過電流跳閘。如果是外江水位過高導(dǎo)致機組負(fù)載過大，引起過電流跳閘的，可適當(dāng)調(diào)整相關(guān)整定參數(shù)，解決機組啟動問題；也有可能是機組長時間沒有試運行，導(dǎo)致起動阻力過大引起過電流跳閘，可經(jīng)排查其他故障原因后可重新起動一次。

2.7 UPS 電源系統(tǒng)故障

自動化系統(tǒng)中一般配備UPS 電源，用于斷電后能繼續(xù)在一定時間內(nèi)供電，提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性。若出現(xiàn)故障，首先檢查UPS 面板操作界面是否正常，再檢查蓄電池電壓是否正常，若蓄電池電壓不足，可能是蓄電池本身損壞，或者是交流供電輸入斷電和整流模塊故障，會導(dǎo)致使用蓄電池供電，長時間運行后導(dǎo)致欠壓。若蓄電池電壓正常，可檢查逆變模塊是否工作正常，若驅(qū)動電路正常則可能，逆變模塊損壞。

2.8 水泵機組振動在線監(jiān)測系統(tǒng)異常

水泵機組振動在線監(jiān)測系統(tǒng)是依托物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)，通過檢測機組設(shè)備特征參數(shù)（如轉(zhuǎn)速、擺度、位移），并將特征參數(shù)值與設(shè)定值進(jìn)行比較分析，實時反映設(shè)備的運行狀態(tài)的系統(tǒng)。若判斷機組設(shè)備運行狀態(tài)出現(xiàn)異常，及時報警或者按設(shè)置條件停機。

（1）若機組運行中振動數(shù)值變?yōu)榱?，可能是系統(tǒng)未采集到振動傳感器電流信號引起的，可檢查傳感器本體是否故障、因其他原因使接頭松脫或回路斷線、24 伏電源供電故障。

（2）若機組振動數(shù)值大幅跳變，到現(xiàn)場根據(jù)實際情況判斷機組運行狀態(tài)，若機組運行異常，則停機檢查，若機組其他參數(shù)運行正常，則可考慮是其他原因引起振動數(shù)值大幅跳變：可能是傳感器本體出現(xiàn)損壞，導(dǎo)致輸出信號不穩(wěn)定或者檢測回路可能產(chǎn)生感應(yīng)電流，并把感應(yīng)電流疊加到系統(tǒng)采集的電流信號中或者是接線回路中若出現(xiàn)虛接，在線路恢復(fù)連接的一瞬間，系統(tǒng)會采集到最大電流信號引起數(shù)值大幅跳變。

（3）振動數(shù)值持續(xù)比實際振動值高出或低出一定范圍。有可能是振動傳感器內(nèi)部的變送器出現(xiàn)零點漂移，輸出的信號高于或低于實際正常值?；蛘哒駝觽鞲衅鞯鬃蓜邮箼z測值出現(xiàn)偏差，或者檢測回路對地絕緣變低，回路中產(chǎn)生一部分對地電流，分散了一部分電流信號。

3 結(jié)語

泵站自動化系統(tǒng)具有復(fù)雜性和集合性，出現(xiàn)故障后，影響到防汛排澇和人民生命財產(chǎn)安全，所以需要迅速做出判斷，最短時間內(nèi)進(jìn)行維修，保障機組可靠和穩(wěn)定運行。這就要求技術(shù)管理人員善于學(xué)習(xí)和總結(jié)泵站自動化系統(tǒng)運行中遇到的問題，并進(jìn)行分類分析，可以更迅速的查找故障的原因，提高解決問題的效率，使泵站自動化系統(tǒng)能夠更高效、可靠、穩(wěn)定運行。