南水北調大型泵站群機組狀態遠程監測與分析探討

◎ 王琴 胡繼剛 蘇晨 河海大學設計研究院有限公司

泵站的關鍵設備即水泵機組，對泵站的安全運行起著至關重要的作用，南水北調工程運行中為了提升工程運行的安全性與可靠性，要求加強并優化對泵站機組的有效維護、管理與檢修工作，加強對泵站機組運行情況的遠程監測。

1.南水北調工程概況

洪澤站是南水北調東線第三梯級泵站之一，工程具有調水、排澇、水力發電等功能。主要建設內容包括：泵站、水電站、擋洪閘、進水閘、洪金地涵、堤防河道、管理設施、110kV專用線路和變配電設施等。泵站額定總功率1000kW。工程規模為大I型泵站，工程等別為I等，工程總投資5.09億元。2013年累計抽水1.48億m3，圓滿完成了南水北調東線江蘇段試通水和全線試運行任務。2014年累計抽水0.62億m3，完成了年度調水任務，水電站發電289萬度。2015年水電站發電280萬度，工程效益發揮成效顯著。

2.南水北調大型泵站群機組運行情況的監測

2.1 通信程序的設計

在遠程監測體系設計中，要求將系統采集到的各項數據與系統分析軟件之間構建連接關系，實現TCP連接，使得計算機運行系統獲知泵站群機組運行中的振動、擺渡度與水壓脈動等數據，實現在計算機系統上數據的有效分析與處理。

建立用MODBUS TCP通信方式，將客戶端中J90A狀態數據采集裝置中采集到的數據上傳至服務端、工控機之中，在軟件運行中建立CP/IP傳輸功能。系統運行支持ATM異步傳輸模式、X.25，FR幀中繼、DN綜合服務數據網絡等多種網絡形式。客戶端驅動報文包含報文體、校驗碼(MSB）、校驗碼(LSB)、啟動字符等內容。數據報文的定義內容有報文長度(LSB)、報義長度(MSB）、校驗碼(MSB）、校驗碼(LSB)、數據類型碼、報文體(可變長)等內容。客戶端與服務端可對報文內容構建J90A配置信息的通信。

建立系統配置庫、實時數據庫、故障數據庫等數據庫體系，系統配置庫可結合對系統監測工作的需要而增減測點，主要負責管理通信方式、通道信息、機組信息等，提升系統設置的可擴充性與靈活性。實時數據庫包括測點特征數據、原始波形數據，可收集泵站群機組運行中相關參數的平均值、峰值、轉頻特征等。故障數據庫則主要處理系統運行中的一些相關故障問題。

2.2 對調度運行的監測

泵站應遵守調度流程正確執行調度指令，監控現場運行情況，及時反饋指令執行情況并按規定填寫調度運行記錄表和調度任務操作表，水位接近設計最高、最低運行水位時，及時向上級調度匯報。嚴格按照調度運行記錄表和調度任務進行操作。調度指令以電話和傳真方式發出，發令人先用電話預發令，以傳真形式發出調度指令，相應人員應在調度指令表簽字確認。按照調度指令表和電話指令表進行操作。

運行期間，值班人員每日8時及時報送工情、水情及工程運行情況日報，嚴格按照工程運行情況日報表進行操作。根據泵站實際情況，合理安排泵站機組的開機順序和調節機組的運行工況，根據水情變化，及時調整機組的運行狀態，確保機組高效運行。

2.3 對主電機運行的監測

供電調度應填寫供電調度申請單，內容包括工作時間、工作范圍等。供電調度需經淮安市供電調度部門同意后方可執行相關操作，操作完畢應向其報告。變電所檢修應提前2天向淮安市供電調度部門提出申請，按停機作業規定停止所有運行機組。

依次將壓力油泵、供水泵等控制轉換開關旋至分開位置。分開站用變壓器高壓側、10kV進線高壓斷路器。將10kV進線、站用變壓器斷路器手車拉至試驗位置。分開主變壓器進線高壓斷路器、主變壓器中性點接地刀閘、主變壓器進線側隔離刀閘。

干式變壓器接線組別為Y/yn0和Y/zn11分別不應超過額定電流的25%和40%，超過規定值時應重新分配負荷。主電機電流三相不平衡程度，滿載時最大允許值為15%，主電機軸承潤滑油、潤滑脂型號及用量應符合制造廠的規定。稀油潤滑油缸油位指示器應分別標出運行油面和靜止油面位置。

2.4 對機電設備運行的監測

主電機起動前，測量定、轉子絕緣電阻。若主電機絕緣電阻及吸收比較歷年正常值有明顯下降，應查明原因并將其消除。具有保溫措施、不易受潮、并起動頻繁的備用主機組，在運行期間短時間內重新投入運行，可不測量絕緣電阻。主電機備用期間有條件的應采取保溫措施，防止絕緣受潮。

若出現10kV中性點不接地系統電源出現異常，及時向總值班匯報，立即檢查接地原因，運行時間不應超過2h。對于投運主機組臺數少于裝機臺數的泵站，每年運行期間應輪換開機。見表1。

水潤滑軸承的水泵運行時應檢查填料函的溫度，在運行時應有少量水流出，如溫度較高，可將填料壓蓋放松。母排聯接處宜貼有示溫片或示溫紙，溫度不應超過60℃。

2.5 設置遠程狀態監測服務器

基于優化網絡協議(NI.PSP)對南水北調工程泵站群機組運行情況建立遠程監測服務器，在Web與遠程狀態監測代理服務器之間建立通信方式，在目標系統中構建一個目錄體系，結合遠程監測工作的需要打開一個監測進程，在快捷鍵中添加變量，并打開變量屬性對話框，結合監測工作進行實際輸入數據類型、變量名，并配置緩沖區，實現網絡發布。

表1 主電機運行的允許振幅值（mm）

2.6 報警設計

南水北調工程運行中采用了微機保護裝置、計算機監控系統的設計方式，實現對泵站群機組運行情況的監測，重點監測相關參數運行情況，對泵站群機組運行建立溫度、電氣等參數的報警與停機機制。南水北調工程泵站機組功率基本高于1MW，主要采用的機組類型有貫流泵、立式軸流泵，由此在報警機制中主要參照GB/T6075.5.2010和GB/T11348.5.2012進行。

通常在振動超過了一定的限度之后，一旦超過了系統預訂的數值，隨時會發出警報，在警報響了以后，系統還能夠運行一段時間，一般依據基線值設置報警值，按照特定機器測量以及工程運行中的實際情況確定基線值，一般高于區域上限值25%。

即使在數值上沒有超過限定的數值，若在一定的時間與空間內跳動較大，同樣會報警，應及時采取相應的應對措施。若振動幅度超過區域限定數值的25%，不管振動情況如何，均會開啟報警系統。在警報響了之后要求立即查明振動發生的原因，并對此采取相應的應對措施。

3.結束語

為了保證南水北調工程的順利進行，要求確保工程泵站群機組的良好安全運行，避免由于事故或者故障停機而出現洪水中斷現象，泵站機組質量的重要評價指標在于其安全可靠性，要求在故障發生之前對泵站群機組的日常運行情況進行監測，及時發現運行中出現的一些問題，對此制定相應的解決方式，保證泵站群良好運行。