大中型泵站无人值守运行管理模式研究

2020-04-04

水利建设与管理 2020年3期

(江苏省秦淮河水利工程管理处，江苏南京 210001)

近年来，大中型泵站不断建设，尤其是区域性排涝站及生态供水泵站数量急剧增加，按照水利部《水利工程管理单位定岗标准(试点)》中运行管理岗位设置标准[1]，即使采取了运行管理服务外包、管养分离等形式，符合岗位要求的运行人员供需矛盾仍较突出。随着大中型泵站主辅机系统、电气设备质量不断提高，状态监测及故障诊断手段的不断成熟，网络技术、安全技术的飞速发展，部分大中型泵站无人值守完全具备了技术基础。事实上国家电网公司早就对变电站无人值守运维模式进行了探索，并已全面推进，大批500kV变电站都已实现了无人值守。在泵站管理方面，部分供水泵站、加压泵站、一体化预制泵站等也已实现无人值守运行，并且逐步形成了泵站无人值守运行模式的完整解决方案。

1 大中型泵站自动控制系统及运行模式

大中型泵站的自动控制系统从20世纪80年代开始起步，经历了分立元件、集成电路、数字电路时代。目前泵站微机监控系统基本采用分散式与集中式控制相结合、分层分布式网络结构，系统控制权分远方、中控室、现地三级(见图1)。

《泵站技术管理规程》(GB/T 30948—2014)、《江苏省泵站运行规程》(DB32/T 1360—2009)[2]均未对泵站计算机监控系统操作方式作明确规定。受传统泵站运行管理思维影响，大部分泵站计算机监控系统只是作为传统控制方式的辅助手段，发挥数据采集处理功能，在控制权限的开放上非常慎重，有些仅仅是用鼠标取代按钮，执行简单的分合闸操作，虽然开发了很多专家系统和智能决策系统，但真正发挥作用的不多，远方操作基本都未开放。每个运行班组仍按照《泵站运行规程》要求设正、副值班长各1名，配备2～4名值班员[1]，未充分挖掘监控系统能力。很多管理者认为大中型泵站主机组运转是动态的，现有的状态监测手段无法满足安全运行要求，现场的“观、闻、听、触”才真正有效。在推进精细化管理上，重视文本的细节挖掘，缺乏对现代技术手段的深度应用。因此大部分泵站的计算机监控系统建设并没有有效地降低运行值班人员工作强度，没有实现对泵站的智能控制和优化运行。

图1 泵站微机监控系统典型结构

2 无人值守运行管理模式系统框架

2.1 应用场景

参考电力系统无人值守设集控中心模式，按照泵站群或梯级泵站设一处集中监控与调度中心，集控中心负责无人值守泵站运行模式的选择、信号监视、设备状态监视、越限报警、远方操作等，必要时可配备一组巡操人员。

2.2 大中型泵站主要监控对象及参数

目前大中型泵站主要监控对象及参数见表1[3]。

表1 大中型泵站主要监控对象及参数

2.3 实现无人值守运行管理的条件

2.3.1 优化主设备选型

新建泵站设计时应兼顾效率和成熟可靠，以降低运行维护工作量为前提进行主设备选型。电气设备实现“无油化、免维护”，主机组尽量摈弃复杂的结构，减少辅机用量。随着大型潜水电泵、智能化一体泵站、永磁同步机组技术的成熟，泵站的结构和辅机配置都可以更加简化。潜水电泵机组可以做到无辅机、无厂房；永磁同步电机+高压变频器方式既可以省去复杂的故障率高的励磁机构(励磁变、励磁屏、绕线式转子、集电环碳刷等)和叶片调节机构，又可以实现高功率因数，全范围调节按最优工况运行。传统泵站也可以通过适当的技术改造，优化设备配置、操作流程来实现。

2.3.2 计算机监控全覆盖

目前泵站的计算机监控系统设备选型存在追求豪华、高档的趋向，贪大求全，配备大屏幕、多台工控机、服务器，热衷多画面制作展示，而缺乏对监控系统的深度开发及采集数据的综合运用[4]。要实现泵站的无人值守，必须充分利用计算机监控手段，全面掌握泵站运行关键信息。一是要完善泵站监控系统标准。随着智能设备、信息技术的高速发展，泵站计算机监控系统相关规范编制滞后。二是要建立完善的设备健康状况监测评估系统。根据监测采集的设备运行电量、震动、摆度、压力、声音、温度等关键信息，实时诊断故障，准确判断故障类型，辅助用户进行维修决策；利用多数据融合进行趋势预测；为避免值班人员盯着屏幕产生的视觉疲劳，应采用弹窗、声音等多种手段进行越限报警及状态提示。三是完善在线监测和自动调节。配置绝缘、温度在线监测，以科技手段代替人工现场检测。充分发挥自动控制调节功能，励磁装置、叶片调节机构、软启动、变频装置、真空破坏阀、辅机设备、照明、通风、消防等实现自动控制和动态自动跟踪调节。四是完善水工建筑物安全监测。充分利用GIS、GPS、北斗等技术手段，实现泵站水工建筑物水平位移、垂直位移、伸缩缝、沉降缝、扬压力等远程实时自动监测。

2.3.3 视频监控全覆盖

视频监控覆盖运行管理需要查看的要素主要包括主机组、变压器、高低压配电装置、闸门、辅机系统(油气水、清污机等)、集水井、主副厂房、泵站出入口安防、上下游警戒区内引河、水工建筑物、水尺等。

2.3.4 完善的网络安全防护体系

要实现泵站无人值守，网络安全至关重要。首先网络传输是无人值守泵站的命脉，所有的监测、遥控都要通过网络实现，泵站至中央控制室宜采用有线+4(5)G专网冗余配置。此外根据《中华人民共和国网络安全法》《电力监控系统安全防护规定》(国家发改委2014年第14号令)，安全防护体系的组建要遵循“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的原则[5]。随着5G、云端应用的普及，利用大数据、人工智能进行状态评估和故障诊断有了可能，加上移动端信息读取的需求，完全的物理隔离与信息技术的发展相悖，可从数据加密、应用冗余、Web防护、认证授权等方面入手，进行系统和应用的安全加固。

2.3.5 建立泵站无人值守管理机制

泵站无人值守的运行管理模式是对现有规范、运行管理制度、安全管理制度的突破。要针对无人值守的运管模式建立一套新的管理机制，全面重建值班制度、交接班制度、安全责任制、岗位职责、操作规程、巡视制度、反事故预案等，以适应无人值守的需求[6]。

2.3.6 人力资源优化配置

无人值守运行管理模式对运行人员的要求和传统值班方式相比发生了很大变化。一是要提高运行值班人员的专业化水平，重新梳理工作内容，使值班人员全面理解和系统把握。二是要加强培训，全面掌握泵站整体情况、操作任务流程和无人值守的业务流程。三是强化责任意识，明确责任划分。

2.4 泵站无人值守业务流程

2.4.1 开机前准备工作

中央控制室值班人员接到开机调度指令后，利用计算机监控系统和视频监控系统进行远程检查。准备工作经监控系统回讯或手工确认后进入开机流程。图2为泵站开机前的准备工作流程。

图2 开机前准备工作

2.4.2 开停机流程

泵站的开停机流程主要包括主变投运、母线投运、电容补偿进线投运、主机组投运、主机组停运、电容补偿进线停运、母线停运、主变停运等。泵站主辅机设备须全部满足远动的要求，开停机各项操作流程在监控系统中固化，并在监控系统任务流程图上设置多重确认，确保操作安全。根据国网公司安全规定，电气倒闸操作应使用倒闸操作票，执行发令复诵制度，一人操作、一人监护，对于泵站的倒闸操作，应根据操作任务，在监控系统中固定操作票格式和内容，可与操作流程图结合，中央控制室值班人员借助监控系统信息和视频系统，严格执行操作票发令复诵制度，一人操作、一人监护，执行前操作人、监护人使用电子签章签名或操作完成后打印手工签名存档。为适应远程操作的要求，配电装置宜配置电动手车；对于手车没有电动装置的开关设备，在具备完善的机械及多重电气闭锁的情况下，手车可置于热备用状态。

2.4.3 运行巡视

《泵站技术管理规程》(GB/T 30948—2014)明确对运行设备和备用设备按规定的内容和要求定期进行巡视检查，特殊情况下须加大巡查频次，设备运行参数每1～2h记录1次。随着泵站精细化管理的推进，很多大中型泵站对巡视检查有了更加细致的要求。对于无人值守泵站来说，巡视要通过远程智能设备、视频监控、巡视机器人等先进信息化手段，优化巡视线路，合理划定巡视区域，提高巡视质量。必要时可采取人工巡视与智能远程巡视相结合，对于泵站群或梯级泵站可安排专门的巡视班组，每天进行1次人工现场巡视[7]。

2.4.4 应急处置

无人值守泵站事故应急处置依赖于可靠全面的故障信息上传和设备远方操作控制，应急响应的时效性至关重要。一是要编制适应无人值守模式的事故应急处置预案，制定应急处置手册，使运行管理人员熟练掌握应急处置流程。二是要完善技术保障，提高系统远控可靠性和故障研判能力，建立事故应急处置专家库，为运行值班人员提供快速决策辅助，监控系统内建立应急处置流程，便于值班人员快速处置。三是要建立抢修应急联动机制，优化人员配置，利用自有人员或购买社会化服务组建应急抢修队伍，第一时间快速响应。四是加强应急演练和考核，制定明确的应急处置响应时限和处置标准，提高事故处置协同能力[8]。此外，传统模式运行管理思维往往对远程事故处置心存疑虑，传统方式下认为主机组现场急停、开关拒动情况下，通过断路器本体机械脱扣按钮“手动”分闸等应急手段在远程方式下难以实现。其实现场急停可以通过有线或无线方式在中央控制室设置机械急停按钮实现。为了防止事故状态下断路器灭弧能力下降导致开关爆炸，各地新的变电站运规已不允许在断路器两侧带电的情况下采用现场“手动”方式分闸，在断路器拒动情况下，可远程采取越级分闸方式或通过对断路器脱扣装置进行技术改造远程“手动”分闸切断事故电源[9]。

2.4.5 值班与交接班

无人值守泵站智能化高效运行，完全依赖监控系统对信息的获取以及值班人员对运行数据的分析判断，与现场值班直接的感官接收信息有很大不同，需要值班人员集中精力，对设备运行数据的趋势变化、越限报警快速作出响应，故障或事故时能够快速应对。因此对值班人员的职责分工和责任划分要明晰。中央控制室一般采取三班轮转制，交接班时要对运行数据、异常状况全面交接，双方确认留档。