浅析某排涝泵站计算机监控系统设计

□徐温泉

随着现代城市经济迅猛发展，城市人口、面积越来越大，短时间强降雨排涝不畅、地面硬化、城市热岛效应等问题加重了城市积涝发生。泵站排水效率高，启动方便，便于维护，是解决城市应急积涝重要手段之一。我国泵站数量大，各类规格齐全，已经基本接近或者达到国际较高水准，但是大多数泵站建于20世纪70年代，运营时间大多超过50年，设备技术较为落后，工程质量一般，运营维护成本偏高，无法满足自动化和实时控制要求，在一定程度上落后于国外水平。随着水利设施信息化自动化应用水平的提高，计算机监控系统开始在部分大中型泵站中使用，具有数据采集与整理、设备调节与控制、运行情况监控与报警等功能，可以提高泵站的日常自动化管理水平、减轻一线人员劳动强度，逐渐实现泵站“无人值班、少人值守”的目标，大大减少日常维护的工作量，提高工作效率，充分发挥泵站的减灾救灾重大作用。

1.泵站工程概况

图1 系统结构图

图2 接线端子

图3 安装接线图

某排涝泵站是某大堤（I级堤防）防洪体系中最大排涝泵站，位于两条河流的交汇处，是全面提高某大堤防洪能力，捍卫某城区的重要防洪设施。泵站于2003年批准立项，工程于2006年10月开工，2009年5月完工，工程建成后某江北城区防洪标准基本提高至50年一遇，有效地保障保护区人民正常生产生活秩序。

该泵站工程属Ⅱ等大（2）型，上游集雨面积73.7km2，有效保护面积为3.67km2，防洪标准按50年一遇洪水设计，排涝标准按10年一遇24h暴雨1天排除的标准设计。泵站采用微机监控综合自动化系统管理，中央控制室全程监控泵站安全运行；泵站装机8台，总装机容量8×800kW·h，采用带行星齿轮减速潜水轴流机组；机组启动方式采用10千伏液态电阻软启动；单机排涝流量为14.09m3/s，排涝总流量 112.72m3/s。设自排水闸两孔，平板钢闸门尺寸12.4×5.2m，设计流量216m3/s，采用型号为QPQ-2×250KN卷扬启闭机启闭。

带行星齿轮减速大型潜水泵具有重量轻、体积小、噪声低、效率高、功率因素高、机组安装方便、操作简便的特点，应用其替代传统的水泵能很好解决水位低、流量大，扬程变化大，基础差，开挖和处理困难的问题，造价较低，缩短建设时间，装置效率也能提高，运行环境好。

2.泵站计算机监控系统硬件和功能技术指标

2.1 系统的组成和配置

监控系统的硬件组成和配置：监控主机采用戴尔 T3400×2，2253BW×2液晶显示器，打印设备选用惠普Laserjet 5100se。

2.2 系统的主要功能

监控系统软件的主要功能：用于站内查看保护信息、完成故障录入数据的接收、分析等；显示一次设备状态，即实时数据显示，包括接线图、数据一览表等，并可以手工打印；显示事件信息，事件信息包括：各种报警、及水位情况等；事件信息列表展示，提供各种信息查询方法；远程调节与遥控控制；人工手动调节参数；警报执行操作确认；展现预防事件信息列表并提供查阅方式；通过实时曲线和历史曲线显示各类水位信息；历史报告和列表信息显示，可以手动打印有关信息。

3.泵站计算机监控系统结构

见图1。

4.监控仪工作原理及技术功能

某型号高压电力系统绝缘水平在线监控测试仪是一种专门测量对地绝缘电阻的仪器，主要用于高压电动机在停机和在线运行条件下，发生异常情况时运行管理和操作人员可以根据绝缘电阻数值变化采取对应措施，有效地防止事故的突然发生和扩大。主要适用于3KV、6KV、10KV高压电力不接地系统。

高压电机的绕组在机器停止和在线运行时，对地施加间歇或连续1500VDC电压，监控仪测量高压电机绝缘状况，达到绝缘监控目的。

当电机停止或用作备用时，监控测试仪继续监控电机绝缘情况。如果发现存在问题，则电动机启动电路会被及时关闭，并且不允许将其投入运行使用。

将冷备用高压电动机视为热备用，在启动电动机之前避免用数字兆欧表测量电动机的绝缘情况，并在确保良好绝缘的前提下随时启动高压电动机。

监控仪测量电动机停止时绕组对地的绝缘电阻。当电动机启动并投入运转时，在监控仪上将施加10KV的高压电，当10KV高压电在线时，监控仪继续向系统生成1500V直流电压（在电动机投入运转后，所测量的绝缘为系统绝缘）进行绝缘电阻测量，监控仪会增加分支和泵站设备泄漏电流的测量值。按照系统的绝缘电阻值变化以及分支或机电设备的泄漏电流，可以马上确定在线运转期间绝缘降低的具体分支和泵站设备。

当监控仪对在线运转的泵站设备绝缘测量时，仪表显示的数值包含电动机绕组接地，电缆线，架空线接地和变压器绕组接地的总绝缘值，所以也可用于高压电力系统的接地保护。它的特征是：可以观察和测量绝缘变化的过程，实现对异常事故早期发觉、早期预警和早期处理，有效避免并预防不良事故。

一是工作方式。监控仪产生1500V直流电压施加于停机或在线运行的高压电机对地之间。测阻施压分连续和断续两种，1500V间断直流电压工作方式为施压三分钟，保持LED灯灭；断压三分钟，保持LED灯亮。注：施压、断压时间可人工设定；施加电压时，测量监控仪绝缘电阻并将其显示在数字管上。切断电压后，绝缘测量将停止，先前测量的数据将暂时保留在数码管上，直到下次再施加电压时数据更新。

二是主要功能。测量功能：电机绝缘电阻和泄漏电流测量；警报功能：在测得的电阻值小于设定值情况下，监控警报LED指示灯便会亮起，测量值不断闪烁，并且绝缘电阻警报输出继电器无源常开触点就会关闭。在泄漏电流大于设定值情况下，监视报警LED指示灯便会亮起，测量值不断闪烁，泄漏电流报警输出继电器的无源常开触点就会关闭；记录功能：异常警报事件日常自动记载；数据远传：仪表具有RS-485接口，便于组网将数据传至上位PC机。

5.监控系统软件的日常检查及维护

泵站计算机监控系统的日常监控工作，主要以计算机监控系统为主，人工监控为辅。监控和控制泵站的运行管理信息，以便摸清楚泵站的所用电及直流系统、一次主设备、二次继电保护、自动装置和其它内部机电设备运转情况，通过监控上述部分确保泵站各项设备维持良好的运转状态。

一是日常监控工作应完成内容如下：监控泵站一次主接线和一次设备的运转状态；检查泵站采取的安全防范措施；监控保护和自动设备运转状态；监视各段母线电压。

二是在每日报告中查看每整点小时的技术参数等。进行各种报告的编制和印刷输出；事故音和预报音语音设备的实验测试巡检；监控泵站的计算机网络的运行情况；对直流电压系统的运转状态进行检查。

三是异常及事故监控。泵站计算机监控系统对异常和突发事故的预防监控，也是主要以计算机监控为主，人工监控为辅，当泵站突发跳闸事故或其它异常事故时，在异常情况发生前后的一定时间范围内的信息进行采集、整理分析和控制，以快速正确地确定和处理各种紧急情况，并能够短时间内恢复到异常情况发生前的运转情况，维持泵站机电设备(特别是主设备)良好运行状态，保障整个监控系统平稳性。

四是正常巡检时计算机监控系统查看主要内容如下：一次主设备运转方式及运转条件；继电保护和自动装置连接片投退运行状态；泵站安全防范措施的落实情况；查看直流电力系统的运转状态；检查泵站通信设施状态；查看手动计数设备信息列表；测试警报和事故提示音频设备；交直流一体化系统(包括交流不间断电源、直流操作电源)。

6.结语

排涝泵站监控系统运行3年来，历经多次城市洪水排涝检验，多次提前发出异常事故警告，系统运行良好。综上所述，实践证明该计算机监控系统能够实现设备自动化管理和对泵站整体运行的实时监控。如果发现异常和突发事故，计算机监控系统可以立即发出警报或自动采取相应处理措施大大缩短应急时间，减少不良事故出现；结合泵站过流流量、抽水量等技术参数，有针对性的选择匹配机组，合理分配排涝时间，提高排涝工作效率，达到减灾目的；实施泵站监控自动化后，一线值班和作业人员劳动强度也大大降低，日常工作环境得到明显改善；监控仪自动记录排涝泵站运行数据，并进行数据整理分析和归并，形成可视化数据图像，供技术人员和领导层面决策参考，提高科学化管理水平；监控系统保留有与其它管理系统的接口，后期可以通过系统升级改造，实现通过以太网将排涝泵站日常运行数据上传到上级部门集控指挥中心，满足防洪工程的多级调节和统一调度管理。经过排涝泵站五年运行的实践证明，排涝泵站的计算机监控系统设计完全满足日常运行管理所需，符合现代化泵站工程对信息化的新要求，其设计和建设管理经验可以为类似排涝泵站改造提档升级提供重要的参考价值。