淺談辛莊泵站自動化系統

張緒磊，趙立賓 ，王明新

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

山東省膠東調水工程辛莊泵站位于招遠市，為膠東調水工程新建第3級泵站。泵站的設計流量17 m3/s，校核流量22.1 m3/s，總設計揚程為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，另一臺主變容量為500 kVA。辛莊泵站自動化系統是為泵站機組和35 kV專用變電站的控制、保護、測量、記錄而建設的。

1 辛莊泵站自動化系統結構

辛莊泵站自動化系統采用分層分布式的實時多任務結構，將控制和采集功能集為一體，實現整個泵站的控制、流程顯示、設備運行狀態監控及設備故障報警，泵站數據的檢測、存儲、分析、報表打印等功能。本系統采用開放式工業局域網為系統骨干網，將站控級計算機和現地控制單元連接，構成一個具有網絡結構的分布式控制系統。

整個自動化監控系統結構分為3層，分別為監控層、網絡層與現地控制層。監控層采用國電南京自動化股份有限公司生產的SD200泵站綜合自動化系統，由操作員工作站、工程師工作站、數據庫服務器、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；網絡層由工業以太網交換機、四芯多模光纜等組成；現地控制層由機組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系列產品，機組LCU控制屏PLC采用GE90-30系列產品。

泵站設備控制分為3級，分別為主控級、現地控制級、就地手動控制。主控級為中控室微機監控系統的計算機集中控制；現地控制級可根據預定控制程序和現場實際情況，自動控制；就地手動控制，與設備操作有關的控制柜、現地單元控制箱均帶有“遠控/手動”選擇開關，各設備均可通過選擇開關切換實現手動操作。

主控級的監控工作站完成泵站各個部分的運行監視，數據采集和機組的自動控制調度功能，該層是整個泵站控制系統的調度核心。現地控制級為各個現地控制單元，除完成上位控制層的操作指令外，還需實時監視執行設備的運行情況，一旦發生故障，立即采取保護性措施并向上層傳遞信息。

現地控制單元與站控級計算機級之間通訊采用以環形光纜為通訊介質的高速工業以太網網絡，通訊速率為100 MB/s.

2 自動化系統功能

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側所有的電氣設備進行保護，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、顯示和當地修改定值；與監控系統通信，根據監控系統命令發送故障信息，動作序列；當前整定值及自診斷信號；接收監控系統選擇或修改定值，校對時鐘等命令。

2.2 數據采集與處理

通過現地控制單元實時采集變電站、泵站輔助設備、泵站公用設備、配套水工建筑物及其他與泵站自動化有關的各種電量、非電量的泵站運行數據，并實時進行數據轉換、零漂處理、人工設置處理、計算處理、越限處理、濾波處理等。

處理后的數據存入實時數據庫。系統同時接受來自調度層級的控制命令，傳送有關數據，進行數據交換。

2.3 安全運行監視

安全運行監視包括泵站運行實時監視及參數在線修改，狀態監視、越限檢查、過程檢查、趨勢分析和監控系統異常監視。

2.4 實時控制和調節

根據調度命令或操作人員現場決定，操作員可通過功能鍵盤和鼠標實現對水泵機組開停機、輔助設備控制、各高壓斷路器、隔離開關、聯絡開關等的控制等。各種控制和調節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行情況。

2.5 泵站優化經濟運行

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

2.6 保護及事故追憶

當發生超駝峰運行、機組過載、氣蝕振動加劇時，系統能夠自動保護停機，或閉鎖不允許開機；當發生短路等電氣故障時自動保護跳閘并把信號送入監控系統；在泵站發生事故或故障時，對事故發生前后的重要參數進行追憶記錄，記錄在事故發生前5 s和后20 s時間內重要實時參數的變化情況，計算機將按順序將事故報警信息、事故名稱及追憶數據保存于磁盤中，形成歷史數據。

2.7 監視、記錄及報告功能

1）主要監視：水泵機組運行工況；輔助設備運行情況；公用設備運行工況；廠用電運行方式；越復限故障、事故的顯示報警，并自動顯示有關參數并推出相關畫面；開停機流程；其他重要的運行參數監視。

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

2.8 語音報警

運行人員可對系統數據進行設置。定義發生哪類事故時，監視系統需要進行報警。當發生事故時，系統能根據設置發出聲光、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，根據事先設定的遠方責任人手機號碼，向遠方責任人發出故障報警短信，也可以實現電話自動撥號，對方摘機后自動播放報警語句。

2.9 診斷維護功能

在出現故障征兆或發生事故時，由監控系統提出事故處理和恢復運行的指導性意見。包括系統硬件和軟件故障診斷。

系統設備硬件診斷包括對各工作站計算機級外圍設備、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。對于冗余系統設備，當診斷出主設備故障時，可自動發出信號并切換到備用設備。當診斷出外圍設備故障時，可自動將其切除并發出信號。

軟件故障診斷能自動給出故障性質及部位，并提供相應的軟件診斷工具。

2.10 泵站設備運行維護管理

自動化系統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、檢修次數及時間；分類統計各設備發生的事故、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，膠東調水辛莊泵站計算機監控系統具有完善的監控功能，能滿足泵站安全運行及運行參數實時監控的需要，為泵站運行實現“無人值班，少人職守”創造了有利條件，且該監控系統操作方便、可靠性強，可為其他類似工程提供參考。