密云水庫調蓄工程調度運行方式的研究

姜舒 于賢磊 戴康 魯健

摘要：簡單介紹了北京密云水庫調蓄工程的工程概況，詳細論述了工程全線調水動態調節的原理方法、設計原則及控制流程。

關鍵詞：南水北調;監控系統;動態調節;自動化

為提高城市供水的可靠性和穩定性，解決南水北調來水與北京市用水過程不匹配問題，設置大型調蓄工程不可避免。將南水北調水調入密云水庫，不僅解決密云水庫近年來供水功能逐年下降問題;同時還解決密云水庫蓄水量少，不能滿足補償調節要求的問題。調水工程建成后，南水北調在北京市的供水范圍跟著擴大，昌平、懷柔等新城地區也能順利的用上南來之水。

一、概述

密云水庫調蓄工程作為北京南水北調的一個重要配套工程，對于消納南水北調來水、實現北京水資源優化配置起到了重要作用。工程線路總長103km，主要內容包括9座泵站、節制閘，PCCP管道，泵站水機、電氣設備及自動化設備等，總揚程達到132.85m。9座泵站設計臥式雙吸離心泵、立式軸流泵、立式混流泵等泵型，總裝機容量為36320kW。

二、控制原理

輸水的動態調節是一種可以實現遠程監測、遠程控制和管理的系統，它要求能對整個輸水渠道上各站點的流量和設備進行持續的閉環控制，對泵站自動化程度要求極高。為了能實現工程調水動態調節的控制目標，各現地站不僅要建立一套合理且完善的調度運行管理模式，還必須配備相對先進的計算機監控系統和被控設備設施，通過專用通信網把全線各站連接成一個計算機監控系統網絡整體，在時間上和空間上對整條線路上各控制設施（泵站、節制閘等）進行全面控制。

動態調水過程中，調度指揮中心的調水自動化監控系統計算機可遠程控制整個調水線路上每一個控制設施的動作。在調水動態調節過程中，它不僅要做到控制某個現地控制站設備設施的動作、采集該現地控制站的流量、水位等數據的功能，而且要求通過計算相鄰泵站輸、送水流量變化來統籌控制。為了防止渠道水面波動范圍過大，泵站的開、停機次序和臺數應按一定的順序和方式進行。當渠道流量需要改變時，可由兩種方式實現。一種是遠程操作，現場各站交出遠程調度權限，由調度中心通知現場各站調節目標，并直接遠程控制各站開（停）機、葉片調節等操作，現場各站做好記錄。另一種是現地操作，調度中心向各管理所及各現地控制站下達開（停）機指令或頻率、葉角變化指令后，由各現地控制站執行相應的調令，進行開（停）機、葉片調節操作。不同兩種方式的動態輸水調節過程都可實現全線工程的調水動態控制。

三、自動化監控系統的總體設計要求

為確保工程調水系統能穩定可靠地長期運行，密云水庫調蓄工程實行“統一調度，分級管理”的調度運行管理體制。因此，結合工程管理、運行維護、穩定可靠和經濟實用等多方面考慮，系統應滿足以下要求進行設計。

1.從工程的調度運行管理體制出發，結合工程調水距離較長、現地站點較多、又要求集中統一調度和分級管理的特點，應依照統一調度、分級管理、分散布置、分層分布的原則來建立全線工程自動化監控系統。

2.工程要求三個季度不定時調水運行，因此必須用動態調節控制的方式來提高調水的快速性、時效性。

3.考慮到調水線路上各現地控制站之間為串聯調控方式。因此，為保證整條線路自動化監控系統的可靠性。各站點的重要控制設備必須采用雙機熱備冗余配置。

4.為適應多種調度運行管理模式，自動化監控系統操作應簡便，結合工程調度、運行管理和控制方式，實現實時數據監測和故障報警提示功能。

5.為確保工程安全可靠的運行，全線工程自動化監控系統計算機廣域網原則上應考慮備用通信手段，在主通信通道出現故障情況下，備用通道應能滿足各現地站控制的基本功能。

6.為考慮科技的發展，方便日后自動化監控系統更新改造和各種可控設備的更新換代，工程整體的自動化監控系統應采用開放型、可兼任、可擴充的計算機系統。

四、自動化監控系統總體部署

根據本工程調度運行模式和工程管理條例，為滿足工程運行管理要求，密云調蓄工程自動化監控系統的總體結構方案采用由兩個層次組成的光纖環網的拓撲結構，即：設置調度中心層、現地控制層。兩個層級不僅參與調水的運行控制和管理，還參與現場數據實時監視和歷史數據儲存。

1.調度中心層。

設一個調度中心站，位置在北京團城湖管理處，便于對全線調水工程的統一調度。

2.現地控制層。

全線設9個現地控制站，沿線根據地理地勢平均分布，實現對各現地設備的運行、控制與監視功能。

調度中心站、現地控制站的計算機監控系統構成局域網，它們之間的數據傳輸通過專用通信網連接，整體構成樹型網絡拓撲結構。全線監控自動化系統總體結構框圖見圖1。

五、自動化監控系統的功能組成

1.調度中心層計算機監控系統

調度中心層計算機監控系統是全線工程調水自動化監控系統的核心，它擔負著整個調水工程的水量計算和調配、運行管理及協調工作，同時還提供調配水的決策、水情分析、辦公自動化和渠道安全監測等多種服務。密云水庫調蓄工程調度指揮中心通過對全線9個現地控制站進行實時控制，監視整個輸水工程的實時運行工況。根據南水北調工程的運行管理規定，全線各站的工程運行情況必須由調度指揮中心統一調度管理。因此，調度指揮中心需在保證工程安全運行的基礎上，結合調水線路水情和水質以及地區氣象變換等多種因素，制定出經濟、合理的最佳用水調度計劃，下達給各管理所及現地控制站，以實現對整條輸水線的宏觀調控。

2.現地控制層計算機監控系統

作為執行調令的最基礎、最直接的機構，各現地控制站配備了相對完整而又獨立的自動化監控系統。根據遠方調度指揮中心下達的控制指令，以及各自的站前站后水位狀況，計算機組、葉角、頻率的組合，實現水量控制目標。即使當現地站與調度指揮中心的數據通訊全部中斷時，仍能實現實時可靠的設備設施監控工作。

六、調水動態調節控制

1.系統控制流程

密云水庫調蓄工程自動化監控系統通過調度指揮中心和各現地控制站的協作運轉，實現對全線設施的全面控制。為確保全線輸水協工作能長期穩定運行，機構之間應當相互配合，協調運行，進行合理的分工。本工程調水自動化監控系統控制流程如圖2所示。

2.工程運行方式

2.1常規運行情況。

調度指揮中心根據每月調節池及水庫的水量、調水線路的水情和水質以及地區氣象變化等多種因素進行綜合運算，制定出每天的渠道調水的預調度計劃。在此基礎上調度指揮中心再根據每天的水情氣象信息、渠道運行狀態等的情況，每天下達出數次水量調度計劃給各現地控制站。

現地控制站是全線調水調節的基礎機構，也是直接控制機構，執行上級下達的控制指令，實時控制泵站機組的起停和葉角、頻率的組合，并每兩小時采集現地控制設備的信息。

2.2特殊運行情況。

如遇到突發事件，現地控制站可直接對現場工況進行調節，并于事后及時上報調度指揮中心。

七、結語

調水動態調節，能實時有效的滿足全線調水的安全可靠性。目前，密云水庫調蓄工程的各站機組運行效率并未達到理想狀態，如何提高機組運行效率、降低能源單耗，實現調水動態調節只是一方面，在保障安全調水的前提下，如何控制各現地站在額定揚程下、實現額定流量運行，有待進一步的深入研究。

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