水利泵站自動化系統常見故障及分析

邱國鵬

（肇慶市景福圍工程管理處，廣東 肇慶 526040）

0 引言

泵站作為水利工程的基礎設施，為城鎮的防洪排澇和調水灌溉起到關鍵作用。隨著城鎮的發展和農田水利灌溉要求的提升，需要利用現代信息化技術來提升泵站運行的可靠性、安全性、高效性，從而提高運行效率，持續充分的發揮效益。泵站自動化系統正是隨著現代信息化技術的發展，其系統的控制性和功能性得到不斷的發展。

1 泵站自動化系統的重要性

泵站的自動化系統主要包括計算機監控系統、數據采集系統、中央控制系統和現場設備控制系統等部分，對水泵機組、自排涵壓力涵閘門、高低壓配電系統、前池、UPS 電源系統、潤滑油系統、技術供水系統及其他關鍵對象的監視、測量、保護、控制功能。通過計算機技術實時有效監視、監測各項參數，并做到數據、圖像上傳和命令的下發[1]。水利泵站自動化系統如圖1 所示。

圖1 水利泵站自動化系統

泵站自動化系統能夠實現集中監控和調度管理，實時采集雨情、水情、各種運行數據，是信息化建設的基礎。隨著自動化技術的發展，泵站自動化系統不止是對機組開停機操作或基本運行情況進行監控管理，同時要對機組運行狀態監測系統、繼電保護優化、排澇和調水灌溉的監控、智能調度、以及經濟運行成果等進行智能化分析。

泵站自動化系統對泵站的運行的安全性，高效以及穩定性帶來了深遠的影響，它通過現代的網絡技術，監控機組運行狀況的自動化系統，正是由于泵站自動化系統的存在使運行人員能夠全面及時掌握機組運行情況，從而指揮和保障機組安全運行。因此，對于泵站自動化系統的故障，我們必須及時解決問題，減少故障導致的影響，保障人民生命財產安全[2]。

2 泵站自動化系統常見故障

當自動化系統發生故障時，先要理解故障的模式，通過故障樹分析故障的機制，即是產生故障的原因，對癥下藥，運用合適的處理方法進行修復。針對自動化系統中遇到的一些問題，以下進行了簡要論述分析并對解決問題的方法進行探討。

2.1 系統軟件誤報警故障

由于泵站自動化系統監控參數的復雜多樣，對采集的數據進行處理和識別，自動報警參數由于缺乏基于系統的自學習功能，往往參數的設置采用統一的標準進行設定，這就會造成在實際應用的過程中出現報警問題的偏差，缺乏科學有效性和合理性，導致可能錯誤報警的出現，誤報警故障，一般情況下復歸后正常。

可以通過分析報警的記錄，根據實際情況對參數采集分析進行修改，對報警數據庫進行優化，更改報警機制和優化處理各項參數，在持續改進中優化誤報警信號，使系統運行更穩定。

2.2 泵站自動化設備狀態顯示錯誤

（1）因為泵站自動化設備比較多，設備間的互聯密切相關，當自動化設備狀態顯示錯誤時，首先到現場檢查該自動化設備以及相關的其他設備是否通電，運行狀態是否正常，有沒有報警等異常情況。

（2）按開機前確認項目進行通電檢查，讓所有設備進行通電，檢查所有設備是否在運行狀態。

（3）對自動化系統的通信網絡傳輸過程檢查。首先要檢查設備的RS485 接口和傳輸是否有問題，再檢查串口服務器是否有問題，按順序檢查至以太網交換機之間的通信傳輸，檢查以太網交換機工作情況等。對懷疑有問題的設備進行排查更換，因實際應用中很多的故障都是連接部位接觸不良，接口氧化，網絡接口未接通、網線未按緊等，所有要逐一排查，在以太網組網中，較普遍的故障是網線水晶頭通信異常，重新插緊水晶頭連接線，是否恢復通信即可，如仍異常，可以使用檢測設備檢測這段段網線是否接通[3]。

（4）檢查該設備相關的繼電器輔助觸頭是否接觸良好，經簡單排查后仍不能恢復正常狀態的，要考慮相對應的繼電器是否出現故障，根據相關的圖紙，檢查相對應的繼電器，測量其電壓，檢查繼電器吸合是否正常，繼電器吸合分斷時，輔助觸頭的通斷情況是否正常。檢查繼電器輔助接口如圖2 所示。

2.3 自動化系統機組參數顯示異常

自動化系統機組參數顯示異常是自動化系統中常見的故障現象，引起故障的原因是多種的，首先到就地檢查異常參數的設備就地顯示是否正常，若現場設備顯示不正常，則檢查傳感器至設備接線、接口等，可更換檢測通道進行，排查傳感器工作是否異常，檢查真實數據是否正常，和采集的數據是否一致，若傳感器有問題則校正或更換現場傳感器，若傳感器和接線沒問題可考慮更換該設備，排除故障[4]。

若現場設備參數顯示正常，可查看就地LCU 柜的參數顯示是否正常，LCU 柜顯示異常，可檢查設備至LCU 柜間的通信通道，檢查PLC 輸入點與之連接的相關線路接點問題。若LCU 柜顯示正常，則檢查LCU 柜至上位機之間的通信情況。

若機組新投入運行的，可考慮組態時數據和實時數據之間是否對應，不正確的，應重新對數據。實時數據和設備數據之間是否對應，轉換是否正確。數據顯示的格式是否正確，以及實時數據的放大倍數等參數設置是否正確，自動化系統組態軟件數據位數設置等情況。

2.4 自動化系統上發操作命令，命令不能執行或沒有反映

泵站的操作是運行人員在調度的指揮下，通過上位機操作界面對機組設備發操作命令，并監測機組的正常運行，如果上位機命令不能執行，將影響運行安全。

（1）在確認各設備通電下情況檢查機組設備有無告警信號未消除，檢查機組各設備狀態，若機組狀態不明，檢查現場設備，操作至條件滿足。

（2）檢查操作命令是否要符合相關條件，條件是否滿足。比如開機時，是否滿足所有的開機條件，技術供水水位、水壓等是否滿足要求。

（3）檢查UPS 電源、操作電源、控制電源的供電情況，現場檢查UPS 電源主機顯示界面各參數，確認UPS電源運行正常，到高壓開關柜測量操作電源、控制電源數值是否處于正常值范圍內。

（4）檢查就地LCU 柜和公用LCU 柜中PLC 運行狀態。PLC 是泵站自動化系統中的主要控制器，系統中的操作命令由PLC 將指令傳達至各設備，實現對各設備狀態的控制和監視。查看PLC 的運行、輸入、輸出、電源指示燈等是否正常。若出現故障，可對通斷幾次電源或執行幾次復位操作，判斷故障現象仍然相同，可用備件替換來判斷是不是硬件的故障，若替換后問題仍存在，可通過回路，檢查相關的設備和連接電路，判斷故障的范圍，逐步縮小檢查范圍，進行維修處理。

（5）檢查高壓開關柜儲能開關、控制回路、操作回路以及相關輔助接點是否到位，重復繼電器是否有粘連，檢查機組測速裝置測值滿足要求[5]。

（6）檢查以太網交換機，串口服務器等是否正常。

（7）檢查軟啟柜設備狀態和相關的繼電器情況。泵站的機組一般使用高壓軟啟動，高壓軟啟動是一種中高壓電機軟起動器，通過控制三相反并聯閘管的導通角，控制電機的輸入電壓按不同的要求而變化，使機組在起動和停止時，減少對電網和電機絕緣影響，減少開停機時水流沖擊對水泵和拍門的影響，延長設備使用壽命。若軟啟柜出現故障會導致開停機命令無法執行，特別是設置軟停功能的機組，發停機指令無法執行，可能是軟停出現故障，導致無法執行指令，應先急停后，再進行檢查。

2.5 自動化系統無歷史數據

首先查看實時數據是否接入配置，磁盤空間是否占滿，有可能是數據條數超過數據庫的極限或者系統和數據庫之間的鏈接設置錯誤。其次檢查登錄人員的賬號是否有權限限制，權限是否滿足要求。最后查看無數據時間段是否是自動化系統停止運行的時間段。

2.6 保護異常動作

2.6.1 保護達到條件不能跳閘

首先檢查保護功能壓板和跳閘出口壓板是否投入，功能壓板是實現保護裝置某些功能的壓板，若功能壓板退出，保護裝置是不會反應的；跳閘出口壓板是決定保護動作的壓板，跳閘出口壓板是直接接在控制回路中，它的投入和退出決定了保護動作與否，發生故障后，當壓板退出時，保護無動作。其次查看保證裝置的整定值，現在的保護裝置可提供多套定值區供存儲，查看是否切換了其他定值。檢查保護裝置跳閘出口接點有無損壞，保護裝置是否出現故障。最后可檢查操作電源電壓是否異常，電壓不穩定會影響保護裝置和操作機構的動作[6]。

2.6.2 保護異常跳閘

首先要判斷故障跳閘的原因，查看保護動作報告，監測裝置等，查看自動化系統機組運行的數據記錄，分析保護動作的具體原因，若是機組起動過程中出現過電流跳閘可能是機組啟動負載過大，起動轉矩過小，導致起動時間過長，引起過電流跳閘。如果是外江水位過高導致機組負載過大，引起過電流跳閘的，可適當調整相關整定參數，解決機組啟動問題；也有可能是機組長時間沒有試運行，導致起動阻力過大引起過電流跳閘，可經排查其他故障原因后可重新起動一次。

2.7 UPS 電源系統故障

自動化系統中一般配備UPS 電源，用于斷電后能繼續在一定時間內供電，提高系統可靠性和穩定性。若出現故障，首先檢查UPS 面板操作界面是否正常，再檢查蓄電池電壓是否正常，若蓄電池電壓不足，可能是蓄電池本身損壞，或者是交流供電輸入斷電和整流模塊故障，會導致使用蓄電池供電，長時間運行后導致欠壓。若蓄電池電壓正常，可檢查逆變模塊是否工作正常，若驅動電路正常則可能，逆變模塊損壞。

2.8 水泵機組振動在線監測系統異常

水泵機組振動在線監測系統是依托物聯網傳感技術，通過檢測機組設備特征參數（如轉速、擺度、位移），并將特征參數值與設定值進行比較分析，實時反映設備的運行狀態的系統。若判斷機組設備運行狀態出現異常，及時報警或者按設置條件停機。

（1）若機組運行中振動數值變為零，可能是系統未采集到振動傳感器電流信號引起的，可檢查傳感器本體是否故障、因其他原因使接頭松脫或回路斷線、24 伏電源供電故障。

（2）若機組振動數值大幅跳變，到現場根據實際情況判斷機組運行狀態，若機組運行異常，則停機檢查，若機組其他參數運行正常，則可考慮是其他原因引起振動數值大幅跳變：可能是傳感器本體出現損壞，導致輸出信號不穩定或者檢測回路可能產生感應電流，并把感應電流疊加到系統采集的電流信號中或者是接線回路中若出現虛接，在線路恢復連接的一瞬間，系統會采集到最大電流信號引起數值大幅跳變。

（3）振動數值持續比實際振動值高出或低出一定范圍。有可能是振動傳感器內部的變送器出現零點漂移，輸出的信號高于或低于實際正常值。或者振動傳感器底座松動使檢測值出現偏差，或者檢測回路對地絕緣變低，回路中產生一部分對地電流，分散了一部分電流信號。

3 結語

泵站自動化系統具有復雜性和集合性，出現故障后，影響到防汛排澇和人民生命財產安全，所以需要迅速做出判斷，最短時間內進行維修，保障機組可靠和穩定運行。這就要求技術管理人員善于學習和總結泵站自動化系統運行中遇到的問題，并進行分類分析，可以更迅速的查找故障的原因，提高解決問題的效率，使泵站自動化系統能夠更高效、可靠、穩定運行。