計算機監控系統在南水北調劉山泵站中的應用

楊曉久 趙孟博 王 琦 馬清坡 李世民

摘 要：泵站自動化工程的實施，進一步提升自動化設施水平，實現泵站自動化監控和集中調度管理，實現了"無人值班，少人值守"的目的。文章介紹了南水北調劉山泵站計算機監控系統中的配置、結構、功能等。

關鍵詞：南水北調；泵站；計算機監控

引言

南水北調工程是解決中國北方水資源短缺的一項大型基礎設施項目，通過合理配置跨流域水資源，保障南北方經濟、社會與人口、資源以及環境的協調發展。水利泵站作為水利系統最基層的工程之一，在保護工農業生產、防洪、環保等方面都發揮了積極作用。為了保障泵站安全可靠運行和科學化運行管理，泵站效益的充分發揮，建設水利泵站計算機監控信息系統是必不可少的。

1 工程概況

南水北調東線第一期工程劉山站位于江蘇省邳州市宿羊山鎮，工程主要包括泵站、節制閘、跨閘站引河公路橋等主體工程，是東線第一期工程的第七級梯級抽水泵站。劉山站布置采用“閘站結合”的方式，泵站的設計流量為125m3/s，安裝五臺立式軸流泵，每臺機組流量31.5，配套大型同步電機，額定功率2800kW，電壓等級10kV。平行布置5孔節制閘，設計流量為828m3/s，單孔凈寬10m。

劉山泵站計算機監控系統，實現泵站同步電機、快速閘門（泵站）、卷揚式閘門（節制閘）、輔機系統、清污機以及電氣設備的自動控制，同時與上一級220kV變電所進行通信，可以進行遠程調度。

2 系統結構

劉山泵站計算機監控系統采用開放型分層分布式結構。監控系統分為兩層，主控級和現地級。

3 系統主要配置及功能

3.1 主計算機（兼操作員工作站）

兩臺主計算機相互熱備冗余，通過以太網連接，可以預先選定運行值班主機，根據值班主機的運行狀態，系統軟件進行跟蹤判別。一旦發現值班主機異常，系統自動切換備用機為值班主機，同時屏幕顯示主機故障。

3.2 通信服務器

本系統設置通訊服務器，配有RS232/RS485串行口，預留與其它系統的通信，與上級部門的聯網可直接通過交換機聯網或可通過本通信服務器實現。同時本機通過與操作員機的數據共享，實現數據處理、報警信息顯示、報表及歷史數據查詢和打印等功能。

3.3 網絡設備

監控系統設備的交換機采用100MBbps速率具有組建環網功能的以太網交換機，網絡上各節點通過光纖連接成冗余環形網絡，當光纖環路上出現故障時，能保證實現網絡的自愈。

3.4 現地控制單元LCU

現地控制單元LCU包括機組LCU五套，選用法國施耐德公司的Quantum Unity系列PLC，實現對五臺機組的監視和控制。公用設備LCU一套，選用法國施耐德公司的Quantum Unity系列PLC，對主變、站變、所變、進線等機電設備進行監控。風機、供水泵、排水泵、清污機與節制閘啟閉機控制箱五套LCU，選用法國施耐德公司的Modicon TSX Primium系列PLC，實現對相關設備的監控。

4 系統功能

4.1 數據采集與處理

包括對實時數據的采集、進行必要的數據預處理并以一定的格式存入實時數據庫。監測系統的數據采集和處理系統，包括收集和模擬，數字采集和輸出處理，脈沖的累積量、流量計算、信號幅度狀態設置。LCU收集泵站設備的主要操作參數，通過必要的處理送至上位機，在經過進一步分析處理后存入數據庫，以備調用。

4.2 控制與調節

操作員根據上級指令及運行情況，控制泵站、節制閘的運行。操作人員在監控界面上點擊該控設備圖形控鍵，系統會自動彈出操作流程圖和控制模擬鍵，操作員只需要點擊所需控鍵，監控系統進行流程運行，根據流程圖上每一步的執行情況以及不執行部位及原因，進行指導、分析和自動操作?？刂苾热莅ú僮鱏F6高壓斷路器、隔離合、分操作，機組的開、停機操作等。

4.3 運行安全監視和事故報警

4.3.1 運行實時監視及參數在線修改

運行值班人員通過組態軟件InTouch開發的監控界面對設備的運行狀態進行實時監視控制，因為值班人員級別不同，監控權限各不相同，監控系統按照登陸者權限進行自動分配監控內容及在線修改參數權。

4.3.2 參數越復限報警及記錄

監控系統對設備某些參數以及計算數據在預先設定的范圍內進行監視，一些模擬量如溫度量進行梯度監視，需要進行變化趨勢分析。預先對這些參數值及梯度值規定上下浮動范圍，系統在它們越限及復限時必須做出相應的處理。系統處理包括越限報警、參數越復限時自動顯示信息等操作、一些重要參數在復限前調取之前存儲數據、相關參數分析、故障原因提示。

4.3.3 系統時鐘校對及事故順序記錄

系統時鐘采用GPS分別與上位機和各LCU對時。計算機監控系統可以按照發生的先后順序將發生的事故和設備的動作狀況記錄下來。在水泵機組發生事故而造成跳閘動作等情況發生時，監控系統馬上以中斷方式響應同時自動顯示、記錄并打印出事故名稱及時間；記錄和打印有關設備的動作狀況，自動跳出相關界面，進行事故原因分析并提示處理方法。

4.3.4 事故追憶及相關量記錄

監控系統完成事故追憶，這些數據作歷史數據被計算機保存于數據庫中，運行人員可以調用這些數據用于顯示和打印。追憶量包括110kV主變各種電量和10kV母線電流、電壓，機組電流、電壓，軸瓦溫度、供水壓力、勵磁電壓、勵磁電流等。當泵站發生事故時，各現場控制單元自動采集自動保護裝置及機電設備的狀態量，并傳送到泵站控制中心，并按照完成事件順序進行排序排列等操作。記錄的誤差不大于2ms，監控系統可以記錄事故發生前10秒和發生后20秒時間范圍你一些重要實時參數的變化詳情。

4.3.5 顯示記錄故障狀態

計算機監控系統定時掃描設備狀態信號，如發現故障狀態信號就會顯示在操作界面上，并記錄故障內容以及其發生時間，同時監控語音報警。

4.4 設備運行統計記錄與生產管理

計算機監控系統統計記錄各設備的運行情況，統計信息按照登陸者權限自動提示給操作人員。統計的內容包含設備在正常及非正常狀態下投切次數以及設備運行時間等；統計主輔設備的輔助接點進行變位及變位時間的記錄，如超出預定范圍作用于報警；統計設備參數越復限及定值變更等情況，同時自動生成報表和日志等。

4.5 系統自診斷與冗余管理

計算機監控系統自診斷程序能在元件發生錯誤或故障時，馬上做出正確判斷，通過硬件自檢，確定故障設備及故障原因，幫助操作人員進行判斷及更換。同時，系統在主服務器發生故障時，自動切換控制權，啟用備用服務器。

5 結束語

自動化工程的實施，進一步提升自動化設施水平，實現泵站自動化監控和集中調度管理，實現了“無人值班，少人值守”的目的；而且通過整個網絡，能夠實現辦公自動化、管理智能化、調控遠程化、決策科學化。

參考文獻

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