大數據記錄及分析在黃水東調工程泵站運行管理中的應用

侯德國

(山東水發環保集團有限公司，山東 濟南 250100)

黃水東調工程是為優化山東省水資源配置，解決青島、煙臺、濰坊、威海等膠東四市水資源短缺而決策實施的一項重大戰略性工程，工程設計流量15m3/s，年供水量3.15億m3，總投資65.03億元，自2017年1月開工建設以來，在短短兩年內，新建大型泵站6座，新建輸水管道116.4km，各類穿越頂管施工23處，各類配套閥井建筑物256座。

1 泵站運行管理系統概述

在大型水利工程的運行過程中，需要對工藝參數和統計信息等一些大數據進行監視和存儲，作為系統運行維護的記錄及總結運行經驗的依據。黃水東調泵站工程包括曹店引黃泵站、麻灣引黃泵站、曹店入沉沙池泵站、麻灣入沉沙池泵站、廣南水庫入庫泵站、廣南水庫加壓泵站、濰北二庫加壓泵站等。泵站的實時運行狀態圖能夠直觀反映出前池的水位及水深數據、管道壓力及流量數據、水泵機組的運行工況數據(機組的溫度、振幅、電流、運行頻率)、閥門開啟度數據，以及泵站電力系統的電壓、電流、用電量、功率因數等數據，并且以上數據都能實時記錄，加壓泵站實時運行狀態見圖1。

圖1 廣南水庫加壓泵站實時運行狀態

2 大數據生成及存儲

泵站運行機組構成復雜，儀表眾多，既有集成購置在機組系統里面的數據，又有外接數據，記錄量大，如果單純依靠人工記錄無法滿足如此龐大數量的記錄工作，泵站運行管理系統依靠大數據的算法及存儲等功能，就能實現快速及時記錄、方便靈活地查詢到泵站各項運行數據。

本文以廣南水庫加壓泵站加壓泵站1號機組為例，說明泵站運行過程的幾種常見數據類型及其用途，見圖2、表1。

圖2 廣南水庫加壓泵站1號機組設備及外接儀表組成示意圖

表1 泵站運行過程常見數據類型及其用途

2.1 實時報表系統

為每個泵站設置一個實時報表，顯示泵站內各個機組的運行頻率、運行電流、繞組溫度、軸承溫度、閥門開度、水泵出口壓力、總管壓力、瞬時流量、累計流量、泵站水位等重要數據。并根據系統設定的報警限值，對于超過限值的數據，會有紅色字體醒目顯示。

2.2 歷史報表系統

將系統運行過程中的流量、壓力、液位、電機頻率、電流、閥門開度等數據按類別劃分為多個表格，預先設定了日報表、月報表、年報表等表格形式，只要選擇日期即可查詢，同樣支持導出和打印操作。

為滿足自由查詢的需要，系統建有自由報表，可以任意選定時間段和時間跨度，進行查詢。例如：水量分析功能，選定任意時段后點擊查詢按鈕，自動生成本時段內的供水記錄，并據此計算出本時段內的總供水量及平均流量，方便進行供水統計。

2.3 運行值班記錄表

系統預制運行值班記錄表，可以任意選定時間段和時間跨度，對選定機組的整體運行情況進行查詢，其中包含了機組供電電壓、運行電流、溫度和振動等重點數據，而且自動計算本時段內該機組的運行時長。表格中預留機組啟停時間、停機原因、交接班記錄等部分，供交接班人員導出表格后補充。

3 預警系統

在系統運行過程中，有時會出現設備故障、設備失電、管道壓力偏高或偏低、前池液位低于安全水位線、機組溫度過高、振動過快、電壓電流偏高、技術供水異常等情況，系統運行過程中若不能引起足夠重視，未及時采取處理措施，可能造成警情擴大，甚至造成設備損壞，危及整個系統的正常運行。為了保障系統的正常運行、避免故障擴大，發生異常情況時本系統以多種報警方式將報警信息通知相關工作人員，工作人員接收到報警信息后對報警做出相應的處理，同時由系統對故障情況做好記錄以備后期追溯故障發生原因、處理過程，總結運行經驗。本系統的報警功能分為以下幾個方面。

3.1 報警設置

系統異常包括狀態異常和數據越限。

對于狀態異常報警，在系統中預先進行配置，當有設備故障、系統失電、網絡故障等情況發生時，系統報警提醒并自動記錄。對系統運行中的重要數據，如管道壓力、機組溫度、振動速度、運行電流、前池水位等進行監測，當發生數據越限時，進行報警記錄。報警限值可以在線修改，自由調整。報警限制的設置主要是根據泵站機組的性能與工況及設計各項參數來綜合確定。

3.2 實時報警

根據系統異常的重要程度，有些故障需要停機操作，比如：溫度超過一定限度且持續不斷報警超過一定時間，自動停機。有些故障不影響系統的正常運行，比如：壓力過低，但要引起運行人員注意。實時報警界面展示系統中當前存在的所有異常情況以及該異常情況發生的時間、異常類型、報警限值等。在報警條目上點擊右鍵，可以對報警記錄進行確認、隱藏及刪除等操作。

3.3 報警提醒

當系統中有異常情況發生時，采取文字變色、聲音播報、報警彈窗等多種形式及時通知運行人員，引起用戶的注意。從而可以對一些重要的報警及時處理，以免故障擴大。

a.文字變色：當系統運行參數異常時，異常變量將由正常的黑色字體變為醒目的紅色或閃爍，提醒運行人員該變量異常。

b.聲音播報：通過對語音報警控件的配置，實現對報警庫中的所有變量或選定的部分變量進行監聽，當有報警產生時，通過外設音箱將某些變量的報警信息朗讀出來，引起運行人員注意。在語音報警控件中，可以為每個變量設置不同的報警信息和語音庫，選擇播放內容和播放次數。

c.報警彈窗：當新報警發生時，系統會以報警彈窗方式及時通知運行人員。當運行人員未確認的報警始終未消除時，系統會每隔一段時間以報警彈窗方式持續通知運行人員。

3.4 歷史報警和報警查詢

需要對系統運行過程中發生過的報警進行查看和查詢，以便追溯事故起因和處理過程，從而總結運行經驗，保證系統更加安全平穩的運行，可通過歷史報警窗口和報警查詢界面對歷史報警信息進行查看。

歷史報警窗口的記錄中包含報警時間和報警消除的時間。歷史報警列表按時間順序顯示以往的歷史報警信息、報警確認信息和恢復信息。報警發生時，歷史報警列表中產生報警記錄；報警確認時，歷史報警列表中產生報警確認記錄；故障消除時，歷史報警列表中產生報警恢復記錄。

在報警查詢窗口，運行人員可以按時間、報警類型、按記錄類型、站點和報警組等多種條件對報警庫中的記錄進行查詢，便于快速查找和鎖定系統曾經發生的異常。

3.5 報警死區和報警延時

系統運行和信號采集過程中可能存在信號波動或干擾，造成反復報警或誤報警，為減少誤報警，系統對報警死區和報警延時進行配置。

a.報警死區：為了防止變量值在報警限上下頻繁波動時，產生許多不真實的報警，在原報警限上下增加一個報警限的閾值，使原報警限界線變為一條報警限帶，當變量的值在報警限帶范圍(報警死區)內變化時，不會產生和恢復報警，而一旦超出該范圍時，才產生報警信息。

b.報警延時：報警延時是對系統當前產生的報警信息并不提供顯示和記錄，而是進行延時。在延時時間到后，如果該報警不存在了，表明該報警可能是一個誤報警，不予理會，系統自動清除；如果延時到后，該報警還存在，表明這是一個真實的報警，系統將其添加到報警緩存區中，進行顯示和記錄。

4 結 語

通過對泵站運行管理系統中的數據進行歷史存儲配置，可以日、月、年報表，自由報表，運行值班記錄表等多種形式生成運行記錄，數據記錄齊全，查詢快捷方便，完整記錄和展示整個調水工程的運行狀態。數據按預先設定的要求自動進行簡單的計算和分析，為匯總統計和調度決策提供依據。通過對采集的泵站設備運行狀態和運行數據進行報警配置，做到泵站運行狀態異常時以多種方式提醒運行人員注意，及時采取措施，消除警情，避免損失擴大。通過以上措施的組合，保證泵站安全、平穩、經濟、高效運行。