江都水利枢纽集中控制系统的研究与探讨

雍成林，薛井俊

（江苏省江都水利工程管理处，江苏 江都 225200）

江都水利枢纽集中控制系统的研究与探讨

雍成林，薛井俊

（江苏省江都水利工程管理处，江苏 江都 225200）

大型泵站和水闸等水利工程的自动化监测、控制已普遍实施，集中监测中心也有使用，而大型水利枢纽多个工程的远程集中控制、调度和监视尚有待探索。在江都水利枢纽原有自动控制系统的基础上，探索集中控制系统的建设方案、功能要求和管理措施，建立安全可靠和智能化程度较高的集中控制系统，实现多个工程的集中控制、优化调度，确保工程安全、高效运行，为大型水利枢纽工程自动控制系统改造提供参考和借鉴。关键词：水利枢纽；自动化控制；集中控制；研究

0 引言

江都水利枢纽工程位于江苏省扬州市江都区，地处京杭大运河、淮河入江水道的尾闾芒稻河与新通扬运河的交汇处，既是江苏省江水北调工程的龙头，也是国家南水北调东线工程的源头。江都水利枢纽工程由 4 座大型泵站、12 座大中型水闸及其他配套设施组成，具有灌溉、排涝、泄洪、通航、发电、过鱼、改善生态环境等综合功能。4 座抽水站总装机容量 55 800 kW，总抽水流量 508.2 m3/s。

为进一步提高自动化管理水平，充分发挥工程效益，在江都水利枢纽工程原有自动控制系统基础上，探索集中控制系统的建设方案、功能要求和管理措施，在调度中心建立江都水利枢纽集中控制系统，实现 4 座泵站及变电所和 3 座水闸的集中控制、优化调度，提高工程安全高效运行水平。

1 自动控制系统现状

至 2012 年底，江都水利枢纽的主要工程一站、二站、三站、四站、变电所、东闸、西闸、芒稻闸均建立了自动控制系统[1-2]，实现了泵站、水闸、变电所各站点的现场自动控制；在变电所建立全枢纽的调度中心，具备了 4 座泵站和变电所及西闸等工程的数据共享、画面显示、报表查询等功能，但未实现全枢纽工程集中控制和调度管理。

1.1 监控网络现状

江都水利枢纽监控网络由 1 个调度中心、8 个分中心和千兆环网组成，网络拓扑图如图 1 所示。监控网络主要由 1 台 TSC Carat80 三层千兆核心环网交换机、8 台 TSC Pt32 三层千兆环网交换机、千兆光缆等设备组成，各分中心控制计算机、PLC、微机保护装置、微机励磁装置及硬盘录像机等网络设备均连接在各自的交换机上。

1.2 监控软件现状

目前，江都一站、二站、三站、四站、变电所、西闸的监控软件均为 Wonderware System Platform监控软件，与调度中心联网运行实现数据共享；东闸、芒稻闸采用 KingView 监控软件，未与调度中心联网运行实现数据传送。

1.3 系统运行现状

各分中心自动控制系统运行基本稳定，操作控制可靠，数据显示正常。调度中心能够实现数据共享、画面显示、报表查询等功能，但调度中心系统运行不太稳定，曾经多次发生现场设备运行状态显示出错、数据不实时更新，以及集中数据服务器存储数据丢失等现象，造成运行人员误判而引发操作事故[3]。系统运行不稳定的主要原因是监控主机、服务器、交换机等设备故障，以及程序缺陷、通讯出错等软件问题。

2 系统改造方案

原自动控制系统实现了全枢纽的监测功能，具备了远程集中控制的基础条件，但要真正实现多个工程的远程集中控制，确保工程设施的安全可靠运行，集中控制系统应设计合理、运行稳定、数据准确、控制可靠。为此对原自动控制系统的基本情况及集中控制系统的特殊要求进行深入地研究[4-5]，采取具体措施，确保集中控制的可靠性。

2.1 网络结构优化

网络结构优化主要从以下几方面进行：

1）调整网络结构。为了提高网络的可靠性，将调度中心的原三层千兆核心交换机 TSC Carat80接入环网中，调度中心的计算机通过核心交换机与各中心实现数据通讯，防止因原网络中变电所交换机故障而影响整个系统的通讯可靠性。

2）新建冗余网络。为了提高调度中心与分中心通讯的可靠性，采用不同品牌的交换机布设第 2 个千兆环光缆环网，组成双环形结构的监控网络，详细拓扑图如图 2 所示。

3）增建冗余网口。为了提高计算机、PLC 等网络设备的通讯可靠性，所有网络设备均增加 1 个网络接口，与新建的环网交换机相连，实现双网口通讯。

图2 江都水利枢纽新建集中控制系统网络拓扑图

4）合理分配带宽。为了提高通信速度、减少通讯干扰，合理分配网络带宽，将双环网中的 A 网主要用于传输集中监控系统的数据、控制命令；B 网主要用于传输视频监视系统的语音、图像，并作为监控系统传输的备用通道。

5）增设隔离装置。为了提高系统的安全性，集中控制系统通过经国家指定部门检测认证的专用网络安全隔离装置与外部网络连接，实现数据共享。

2.2 控制权限优化

控制权限优化主要从以下几方面进行：

1）控制权限分类。为了避免误操作的可能性，区分调度中心和各分中心的控制权限，在各分中心“现地/自动”两级控制方式的基础上，增加带钥匙锁定功能的“分控/集控”转换开关，将控制权限提升分为“现地、分控、集控”三级，其中现地级权限最高，其次是分控级，集控级控制权限最低。

2）控制权限闭锁。在所有设备处于自动控制的前提下，当“分控/集控”转换开关置于“分控”位置时，分中心的控制权限自动释放，操作人员可以对设备进行控制，而调度中心的控制权限自动锁定；当“分控/集控”转换开关置于“集控”位置时，调度中心的控制权限自动释放，操作人员可以对分中心的设备进行远程集中控制，而相应分中心的控制权限自动锁定。

3）控制权限区分。为使调度中心及分中心控制人员掌握各工程监控的控制状态，在各工程监控画面中用“分控”或“集控”区分工程所处状态；并在监控软件画面中用颜色区分当前设备所处状态，“灰色”表示设备处于锁定状态，“绿色”表示设备处于可控状态。

2.3 集控软件优化

集控软件优化主要从以下几方面进行：

1）集控软件整合。针对监控软件现状，利用Wonderware System Platform 监控软件，改造东闸、芒稻闸分控软件，升级调度中心集控软件，完成监控软件平台统一配置，实现调度中心和各分中心联网运行，确保系统运行稳定、可靠。

2）集控画面新建。在调度中心新建整个枢纽的运行监控画面，显示整个工程的运行状态、实时数据、动态曲线等；各工程监控画面内容统一，布局、图标、文字、操作票、报表、曲线等格式一致，以便于运行管理与维护。

3）软件故障提示。为了确保集中控制的可靠性，所有设备的控制画面中均增设相关控制设备的通讯状态指示。若计算机与控制设备通讯异常，操作人员在点击控制按钮时，系统将自动弹出“通讯异常”的提示画面，告之操作人员异常设备的相关信息，以便及时恢复通讯，确保操作安全可靠。

2.4 视频监视优化

视频监视优化主要从以下几方面进行：

1）视频画面择优。对各分中心视频信号进行合理选择和分频处理，减少视频画面传输流量，以提高视频信号画面质量和传输可靠性。

2）视频画面集控。在调度中心计算机上安装视频集中监控平台软件，将各分中心择优上传的视频信号进行集中管理，实现各分中心视频图像的集中监视、控制。

3）视频画面联动。当操作人员远程控制某设备时，视频系统自动将相关视频画面切换至主屏幕，相关音频信息切换至主音响，并同步调整辅助照明设施，确保操作人员清楚地看到现场设备的运行情况；当集中控制系统发出报警时，视频系统能自动切换出相关视频图像至指定监视器，并自动启动录像功能。

3 集中控制系统特殊功能

除了具有单个工程自动控制系统的数据统计、报表生成、曲线查询、故障报警、时钟校对、用户管理、定值设置、仿真培训等功能外，为使全枢纽工程安全高效运行，集中控制系统新增了一些特殊功能[6-7]。

3.1 远程集中控制

1）集中控制功能。集中控制软件具有分中心监控软件的所有功能，当设备处于“集控”位置时，在调度中心能够对江都水利枢纽 4 座泵站、变电所、东闸、西闸、芒稻闸实现机电设备远程集中控制。

2）集中控制方式。调度中心具有操作票、计算机点动控制 2 种控制方式：操作票控制是指操作员按照操作流程对设备进行顺序控制；计算机点动控制是指操作员根据现场设备运行需求对设备进行点动控制。

3.2 数据甄别共享

1）数据甄别存储。集中控制系统对从分中心采集的数据和信息进行一一甄别，过滤掉因通信干扰、设备故障等原因产生的异常数据，对合理的数据和信息进行处理，并以规定的格式进行存储。

2）数据转存恢复。操作人员可以用 Excel 和Word 等方式导出历史报表、曲线、操作票的原始数据，并能异地恢复相应的报表、曲线、操作票。

3）数据转储转发。当调度中心与各分中心无法实现正常通信时，各分中心将所有数据自动存储在现地数据库中；当通信恢复时，以“存储转发”的形式将现地数据转存到调度中心数据库中，确保调度中心数据完整。

4）数据远程发布。系统通过调度中心的网闸、Web 服务器和水利网，将江都水利枢纽工程的实时数据上传至江苏省水利厅服务器中，用户可通过 IE浏览器查看工程运行状态，查询工程的相关数据。

5）数据短信通知。系统还定时向指定用户以短信方式自动发送水情信息、工程运行状态等内容。

3.3 优化调度模式建立

由于工程处于长江下游，受长江潮汐的影响，江都水利枢纽实现灌溉、排涝、引水等功能时，泵站、水闸等工程的调度运用十分繁杂，集中控制为建立优化调度模式提供了基本条件。

在保证工程安全运行的前提下，根据上级调度要求和各分中心运行条件，建立优化调度程序，自动或指导工程控制运用，确保整个枢纽在最优工况下运行，提高工程效率，减轻劳动强度。优化调度程序可进行闭环自动调节，也可以作开环运行指导，提示运行值班人员做出相应处理。

1）泵站优化调度运行。在保证机组安全运行的前提下，根据上下游水位、泵组运行效率曲线、电网峰谷电价及设计水位等条件编制优化调度运行程序。泵站在优化调度模式下运行时，根据调度要求，自动确定机组最佳开机台数，调节水泵叶片角度，实现泵站的经济运行。

2）水闸优化调度运行。在保证水闸安全运行的情况下，系统根据水位—流量关系曲线，以及设计水位、流量等条件编制优化调度运行程序。水闸在优化调度模式下运行时，根据控制流量、最大流量、控制水位等调度要求，自动确定闸门开启孔数和开度，实现水闸最佳运行。

4 运行管理措施

大型水利枢纽实现集中控制是全新的管理模式。在江都水利枢纽调度中心建立集中控制系统，实现整个枢纽的集中控制和“少人值班”的模式，除了运用先进的技术、可靠的设备和成熟的软件外，还必须在制度、组织和人员上进行充分准备，做到科学合理、安全可靠，保障全枢纽工程设备安全高效运行。

4.1 规章制度建立和完善

修订现有工程运行规程，建立集中控制调度中心调度规程、系统管理办法，以及相应的运行、维修和管理规章制度，建立集中控制调度中心和各分中心岗位责任制，明确岗位分工和职责。

4.2 管理机构组建和要求

为保证集中控制调度中心正常可靠运行，应建立专门的调度中心管理机构，主要人员有调度中心负责人、技术负责人、技术人员、运行人员、维修人员等。

调度中心负责人、技术负责人、技术人员应熟练掌握全枢纽的运行调度要求；运行人员应熟练掌握自动控制系统、视频监视系统和通信网络的操作；维修人员应由自动化控制软件、硬件工程师组成，应熟练掌握泵站和水闸自动控制系统、视频监视系统、通信网络的技术性能及维修要求，具有故障的应急处理及应用软件的修改完善能力。

4.3 运行人员选拔和培训

1）调度中心运行人员选拔和培训。调度中心运行人员应在各分中心尤其是泵站运行值长中产生，经过运行规程、调度规程、管理办法、规章制度，以及各泵站、水闸工程的运行现场培训，熟练掌握各工程设备的技术特点、操作流程和整个枢纽的调度要求。

2）各分中心运行人员的培训。各分中心运行人员经过运行规程、调度规程、管理办法及规章制度的培训，熟练掌握各自分中心设备在集控状态下的运行操作和相互配合等要求，熟悉设备技术特点和使用维护要求，具备独立运行巡视、操作和事故应急处理的能力。

5 结语

在总结大型水利工程自动化监控运用经验的基础上，提出的江都水利枢纽集中控制系统的优化方案，以及多工程远程集中监控，可以有效地提高集中控制系统运行的可靠性和先进性，也为多个水利工程的集中监控提供参考和借鉴作用。

多工程、远距离的集中控制是水利工程实现现代化的必然趋势，也是对目前水利工程运行管理模式的重大改变。为保证工程安全可靠运行，提高管理效率，应建设可靠的集中控制系统，建立完善的规章制度，组建合理的运维队伍，充分发挥集中监控的智能作用，以提高水利工程的运行效率，降低运行人员的劳动强度，但在运用过程中尚需不断总结与完善，使自动化技术真正推动水利工程现代化管理水平。

[1]阚永庚，雍成林. 微机综合自动化系统在大型泵站中的应用[J]. 中国农村水利水电，2001 (3): 40-42.

[2]雍成林，朱承明. 江都抽水站更新改造工程技术[J]. 水利水电科技进展，2011,10 (5): 53-58.

[3]雍成林，朱承明. 气体绝缘开关设备的运行与维护[J]. 水利信息化，2013 (5): 48-52.

[4]中华人民共和国国家发展和改革委员会. DL/T 578-2008水电厂计算机监控系统基本技术条件[S]. 北京：中华人民共和国国家发展和改革委员会，2008: 4-24.

[5]林蔚. 水口水电厂计算机监控系统改造[J]. 水利科技，2010 (4): 74-76.

[6]王春民. 泵站微机监控系统综述[J]. 节水灌溉，2006 (4): 41-45.

[7]朱晓娟. 水电厂计算机监控系统设计[J]. 建筑电气，2011, 12 (30): 66-67.

Research and Discussion of Centralized Control System of Jiangdu Water Conservancy Project

YONG Chenglin, XUE Jingjun
(Jiangdu Water Management Office of Jiangsu Province, Jiangsu 225200, China)

Automatic monitor and control about large pumping station and water gate have been carried out universally. Centralized monitor center has been used too. But the remote centralized control, dispatch and monitor for large water conservancy projects need to be explored still. Based on the existing automation system of jiangdu water conservancy project, a number of discussions are performed to improve performance of centralized control system, including construction scheme, functional requirement, and management measures. A reliable and advanced centralized control system has been built. The approach has achieved significant results to realize the centralized control and optimal scheduling to ensure the safety and economic performance in a plurality of water conservancy project. It provides useful reference for the improvement of automation system in large water conservancy project.

water conservancy project; automatic control; centralized control; research

TV61

A

1674-9405(2014)02-0050-05

2014-02-24

雍成林（1955－），男，江苏高邮人，高级工程师，从事大型泵站建设、检修和运行管理工作。