膠東調水工程高疃泵站信號自動化監控系統

趙立賓

摘要：膠東調水工高疃泵站為膠東調水工程新建第6級泵站，泵站設計流量為5.5m3/s，設計揚程65.7m。泵站設有3臺主變，其中1B，2B主變容量為5000kVA，另有一臺主變3B，容量為500kVA。泵站共裝設4臺機組，其中2臺T1700-8型1700kW同步電機，2臺YRCT710-8型調速異步電動機。泵站水泵為4臺800S73型離心泵。本文以膠東調水工程高疃自動化監控系統為例，對水利泵站的監控系統進行了詳細分析，為類似的泵站監控提供經驗。

關鍵詞：膠東調水；高疃；自動化監控

中圖分類號：TU991.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0017-01

1 高疃泵站自動化系統總體結構

高疃泵站處于膠東調水工程第六級泵站，泵站出水口直接連通壓力管道，在正常通水運行期間，泵站不允許出現停機的情況，對泵站的監控系統要求較高。另外，高疃泵站接入電力電壓等級為35kV，為減少泵站監控系統的復雜性，泵站供配電系統集成在泵站監控系統中。

為提高泵站監控的可靠性，方便泵站信號的采集與機組控制，高疃泵站的監控系統采用分層式分布監控系統。

2 泵站監控系統功能

高疃泵站監控控制系統的功能主要包括：泵站信號的采集與處理；設備的運行監視與事故報警；設備的控制與調節；數據通訊；供配電保護系統、直流系統；視頻監控系統等。

2.1 泵站信號的采集與處理

2.1.1 模擬信號的采集與處理

高疃泵站主要模擬量包括泵站進水池水位，進水管壓力、出水管流量壓力、水泵電機溫度、調速電機轉速、供配電保護裝置信號等，經現場傳感器采集并傳遞到中控室作顯示和處理。

模擬信號的采集與處理過程為：首先由現場的信號采集單元對模擬信號進行采集，轉化為4-20ma信號后，傳輸至PLC模擬輸入模塊，經過PLC處理后存入數據庫。人機監控界面讀取相關數據，并通過設定相關上下限范圍在監控界面上顯示。泵站供配電系統通過保護裝置將相關信號直接接入泵站監控系統，由泵站監控對供配電系統實現遙控、遙測。

2.1.2 泵站開關信號的采集與處理

泵站的主要開關信號，包括高低壓開關柜的開關、限位等信號，進出口電動蝶閥、液控蝶閥的開關、限位信號，調速裝置的控制信號、各類故障信號等。

2.2 設備的運行監視與事故報警

2.2.1 運行監視

泵站運行維護人員通過計算機監控系統對泵站進行全方位的監控，包括泵站供配電系統狀態，各主要斷路器的狀態，機組運行狀態，流量、壓力、溫度趨勢曲線，報警記錄等。

2.2.2 泵站事故報警

計算機監控系統將對預設的重要參數進行監控，對于超出預設范圍的參數進行記錄，并對參數的越限及復限進行相應的處理。對于可能造成停機事故的重要參數，采用語音報警的方式進行提醒。當泵站設備發生故障造成機組停機等重大情況時，系統將發生的事故及重要設備的動作先后順序及動作時間記錄下來，并同時推出相應的應急處理畫面，應急畫面中包含事故的重要參數顯示以及預先編制好的應急預案，方便運行操作及維護人員進行故障處理。

2.2.3 泵站系統時鐘

系統時鐘校對采用GPS+北斗衛星同步時鐘，用于系統的時間記錄。時鐘系統用于計算機監控系統、供配電保護裝置等設備的時間同步，正常情況下，兩臺主時鐘獨立接收時間基準信號，當某一主時鐘信號出現故障時，該主時鐘控制單元能自動切換至另一臺主時鐘的信號接收單元，實現時間信號的互為備用，確保泵站設備時間記錄的準備性。

2.3 設備的控制與調節

高疃泵站自動化監控系統控制與調節對象主要為主變、電機、水泵、高低壓電氣設備、電動液控蝶閥等。

泵站運行維護人員可根據運行操作的要求，對泵站內的主要設備進行控制。控制的內容包括高壓斷路器合、分閘操作，機組的開、停機操作，調速機組的速度調整操作，進出口電動液控蝶閥操作等。操作人員在操作的同時可通過監控系統對各參數進行實時查看，已確保操作的正確性。

監控系統對對操作人員的控制與調節操作進行記錄，并形成表格，隨時可進行查看或打印。

2.4 人機界面

人機界面是泵站監控系統的核心部分，高疃泵站監控系統的人機界面需包含機組監視、單泵監控、輔機系統、供配電、實時參數、趨勢曲線、故障報警、報表系統、管理界面等。

2.5 泵站設備數據通訊

2.5.1 與膠東調水綜合調度系統的接口

設計適合與綜合調度系統連接方便的接口模式，將泵站的主要信息上傳，并能接受綜合調度系統的實時控制。

2.5.2 監控設備間的數據通信

人機界面與PLC設備采用SuiteLinke總線方式進行連接。

2.6 泵站設備保護功能

高疃泵站監控系統通過保護裝置可實現對35kV進線、10kV母線、主變、電動機進行保護，泵站保護裝置包括：35KV進線保護、主變差動保護、主變后備保護、35KVPT保護、站變保護、電動機差動保護、電動機后備保護、10kV母聯保護、10KV PT保護、10KV PT并列裝置、10kV出線保護、10kV電容保護等。泵站監控系統的主要保護功能包括：

（1）35kV、10kv線路保護：可進行過負荷保護、反時限過流保護、手合（遙合）同期、單相接地告警、重合閘等；

（2）主變保護：差動保護、電流速斷保護、過流保護、低電壓保護、零序電壓告警、兩段式高壓側零序電壓閉鎖零序過流、瓦斯保護、溫度保護等；

（3）電動機保護裝置：差動速斷、電流速斷、零序過流、堵轉、過負荷、低電壓、過電壓等保護。

2.7 監控直流系統要求

根據高疃泵站的實際情況，若在運行過程中，出現突然停電的情況，將會對泵站造成不可估量的損失。為此，在自動化系統中設計了直流系統，在泵站出現突發性停電的情況下，由直流屏系統對系統進行反供電，為控制系統和部分動力系統提供電源。其中，控制系統包括計算機監控系統、PLC系統、各保護屏等，動力系統包括開關柜斷路器的分合閘機構、應急照明系統、直流電動機等。由于直流系統是相對獨立的監控設備，所有單獨對直流系統設計以下功能：

（1）良好的通訊功能。直流屏系統設置通用的通訊接口，與泵站監控系統進行無縫連接。

（2）控制功能。在直流屏上，設置“手動”、“自動”切換開關，在手動狀態下，由操作人員對蓄電池的充放電、浮充等進行設置。在自動狀態下，由直流系統自動進行完成。

（3）報警功能。當直流系統內部原件出現故障時，由直流系統的PLC作出相應，形成報警信號，并存入報警記錄。必要時進行聲光報警，或將報警信號傳送至主監控設備。

（4）歷史記錄功能。直流系統較為特殊，需要對蓄電池定期就行充放電維護。為此，歷史記錄功能將特別重要，歷史記錄中要包含電池的均沖及放電記錄，并且要詳細到每塊電池的充放電起始、截至時間，以方便查詢。

（5）顯示功能。在直流系統LCU柜體，可以就地查詢直流系統的所有重要參數，包括直流系統母線電壓，電池的電壓、電流等參數，直流系統的絕緣情況，交流電壓情況，直流系統與泵站監控設備的通訊情況，報警記錄及歷史記錄等。

2.8 視頻監控系統

高疃泵站視頻監控系統主要是根據泵站的實際情況，在泵站廠房內部及廠區設置相應的攝像機，并將攝像機拍攝的監控信號發送至視頻控制中心，由視頻控制中心進行處理和保存，并同時將實時畫面顯示在主控室的大屏幕上。泵站視頻監控系統可幫組操作人員了解現場的實際運行情況，并可與自動監控系統進行對比，幫助操作人員快速的作出正確的判斷。視頻監控系統將包含上下游管道的閥門室監控，對實現閥門室無人或少人職守，提供了必要條件。同時視頻監控系統可對歷史畫面進行查看，可在故障發生后對確定故障原因等方面提供較大的幫助。

數據處理顯示及存儲部分：將現場傳輸來的信號進行處理，并及時顯示在屏幕上方，同時按照要求將監控畫面進行記錄。高疃泵站視頻監控系統可與主監控系統進行通訊，在主監控系統中，可隨時調用查看各監控畫面。

3 結語

高疃泵站計算機監控系統具有完善的監控、保護功能，能滿足泵站安全運行及實時監控的需要，且該操作系統方便、可靠性強，可為類似工程提供參考。