胶东调水工程高疃泵站信号自动化监控系统

赵立宾

摘要：胶东调水工高疃泵站为胶东调水工程新建第6级泵站，泵站设计流量为5.5m3/s，设计扬程65.7m。泵站设有3台主变，其中1B，2B主变容量为5000kVA，另有一台主变3B，容量为500kVA。泵站共装设4台机组，其中2台T1700-8型1700kW同步电机，2台YRCT710-8型调速异步电动机。泵站水泵为4台800S73型离心泵。本文以胶东调水工程高疃自动化监控系统为例，对水利泵站的监控系统进行了详细分析，为类似的泵站监控提供经验。

关键词：胶东调水；高疃；自动化监控

中图分类号：TU991.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）03-0017-01

1 高疃泵站自动化系统总体结构

高疃泵站处于胶东调水工程第六级泵站，泵站出水口直接连通压力管道，在正常通水运行期间，泵站不允许出现停机的情况，对泵站的监控系统要求较高。另外，高疃泵站接入电力电压等级为35kV，为减少泵站监控系统的复杂性，泵站供配电系统集成在泵站监控系统中。

为提高泵站监控的可靠性，方便泵站信号的采集与机组控制，高疃泵站的监控系统采用分层式分布监控系统。

2 泵站监控系统功能

高疃泵站监控控制系统的功能主要包括：泵站信号的采集与处理；设备的运行监视与事故报警；设备的控制与调节；数据通讯；供配电保护系统、直流系统；视频监控系统等。

2.1 泵站信号的采集与处理

2.1.1 模拟信号的采集与处理

高疃泵站主要模拟量包括泵站进水池水位，进水管压力、出水管流量压力、水泵电机温度、调速电机转速、供配电保护装置信号等，经现场传感器采集并传递到中控室作显示和处理。

模拟信号的采集与处理过程为：首先由现场的信号采集单元对模拟信号进行采集，转化為4-20ma信号后，传输至PLC模拟输入模块，经过PLC处理后存入数据库。人机监控界面读取相关数据，并通过设定相关上下限范围在监控界面上显示。泵站供配电系统通过保护装置将相关信号直接接入泵站监控系统，由泵站监控对供配电系统实现遥控、遥测。

2.1.2 泵站开关信号的采集与处理

泵站的主要开关信号，包括高低压开关柜的开关、限位等信号，进出口电动蝶阀、液控蝶阀的开关、限位信号，调速装置的控制信号、各类故障信号等。

2.2 设备的运行监视与事故报警

2.2.1 运行监视

泵站运行维护人员通过计算机监控系统对泵站进行全方位的监控，包括泵站供配电系统状态，各主要断路器的状态，机组运行状态，流量、压力、温度趋势曲线，报警记录等。

2.2.2 泵站事故报警

计算机监控系统将对预设的重要参数进行监控，对于超出预设范围的参数进行记录，并对参数的越限及复限进行相应的处理。对于可能造成停机事故的重要参数，采用语音报警的方式进行提醒。当泵站设备发生故障造成机组停机等重大情况时，系统将发生的事故及重要设备的动作先后顺序及动作时间记录下来，并同时推出相应的应急处理画面，应急画面中包含事故的重要参数显示以及预先编制好的应急预案，方便运行操作及维护人员进行故障处理。

2.2.3 泵站系统时钟

系统时钟校对采用GPS+北斗卫星同步时钟，用于系统的时间记录。时钟系统用于计算机监控系统、供配电保护装置等设备的时间同步，正常情况下，两台主时钟独立接收时间基准信号，当某一主时钟信号出现故障时，该主时钟控制单元能自动切换至另一台主时钟的信号接收单元，实现时间信号的互为备用，确保泵站设备时间记录的准备性。

2.3 设备的控制与调节

高疃泵站自动化监控系统控制与调节对象主要为主变、电机、水泵、高低压电气设备、电动液控蝶阀等。

泵站运行维护人员可根据运行操作的要求，对泵站内的主要设备进行控制。控制的内容包括高压断路器合、分闸操作，机组的开、停机操作，调速机组的速度调整操作，进出口电动液控蝶阀操作等。操作人员在操作的同时可通过监控系统对各参数进行实时查看，已确保操作的正确性。

监控系统对对操作人员的控制与调节操作进行记录，并形成表格，随时可进行查看或打印。

2.4 人机界面

人机界面是泵站监控系统的核心部分，高疃泵站监控系统的人机界面需包含机组监视、单泵监控、辅机系统、供配电、实时参数、趋势曲线、故障报警、报表系统、管理界面等。

2.5 泵站设备数据通讯

2.5.1 与胶东调水综合调度系统的接口

设计适合与综合调度系统连接方便的接口模式，将泵站的主要信息上传，并能接受综合调度系统的实时控制。

2.5.2 监控设备间的数据通信

人机界面与PLC设备采用SuiteLinke总线方式进行连接。

2.6 泵站设备保护功能

高疃泵站监控系统通过保护装置可实现对35kV进线、10kV母线、主变、电动机进行保护，泵站保护装置包括：35KV进线保护、主变差动保护、主变后备保护、35KVPT保护、站变保护、电动机差动保护、电动机后备保护、10kV母联保护、10KV PT保护、10KV PT并列装置、10kV出线保护、10kV电容保护等。泵站监控系统的主要保护功能包括：

（1）35kV、10kv线路保护：可进行过负荷保护、反时限过流保护、手合（遥合）同期、单相接地告警、重合闸等；

（2）主变保护：差动保护、电流速断保护、过流保护、低电压保护、零序电压告警、两段式高压侧零序电压闭锁零序过流、瓦斯保护、温度保护等；

（3）电动机保护装置：差动速断、电流速断、零序过流、堵转、过负荷、低电压、过电压等保护。

2.7 监控直流系统要求

根据高疃泵站的实际情况，若在运行过程中，出现突然停电的情况，将会对泵站造成不可估量的损失。为此，在自动化系统中设计了直流系统，在泵站出现突发性停电的情况下，由直流屏系统对系统进行反供电，为控制系统和部分动力系统提供电源。其中，控制系统包括计算机监控系统、PLC系统、各保护屏等，动力系统包括开关柜断路器的分合闸机构、应急照明系统、直流电动机等。由于直流系统是相对独立的监控设备，所有单独对直流系统设计以下功能：

（1）良好的通讯功能。直流屏系统设置通用的通讯接口，与泵站监控系统进行无缝连接。

（2）控制功能。在直流屏上，设置“手动”、“自动”切换开关，在手动状态下，由操作人员对蓄电池的充放电、浮充等进行设置。在自动状态下，由直流系统自动进行完成。

（3）报警功能。当直流系统内部原件出现故障时，由直流系统的PLC作出相应，形成报警信号，并存入报警记录。必要时进行声光報警，或将报警信号传送至主监控设备。

（4）历史记录功能。直流系统较为特殊，需要对蓄电池定期就行充放电维护。为此，历史记录功能将特别重要，历史记录中要包含电池的均冲及放电记录，并且要详细到每块电池的充放电起始、截至时间，以方便查询。

（5）显示功能。在直流系统LCU柜体，可以就地查询直流系统的所有重要参数，包括直流系统母线电压，电池的电压、电流等参数，直流系统的绝缘情况，交流电压情况，直流系统与泵站监控设备的通讯情况，报警记录及历史记录等。

2.8 视频监控系统

高疃泵站视频监控系统主要是根据泵站的实际情况，在泵站厂房内部及厂区设置相应的摄像机，并将摄像机拍摄的监控信号发送至视频控制中心，由视频控制中心进行处理和保存，并同时将实时画面显示在主控室的大屏幕上。泵站视频监控系统可帮组操作人员了解现场的实际运行情况，并可与自动监控系统进行对比，帮助操作人员快速的作出正确的判断。视频监控系统将包含上下游管道的阀门室监控，对实现阀门室无人或少人职守，提供了必要条件。同时视频监控系统可对历史画面进行查看，可在故障发生后对确定故障原因等方面提供较大的帮助。

数据处理显示及存储部分：将现场传输来的信号进行处理，并及时显示在屏幕上方，同时按照要求将监控画面进行记录。高疃泵站视频监控系统可与主监控系统进行通讯，在主监控系统中，可随时调用查看各监控画面。

3 结语

高疃泵站计算机监控系统具有完善的监控、保护功能，能满足泵站安全运行及实时监控的需要，且该操作系统方便、可靠性强，可为类似工程提供参考。