新型泵站综合自动化系统在景电工程成功应用

□ 贾德治　李怀清

　　一、工程概况

　　景泰川电力提灌工程(以下简称景电工程)位于甘肃省兰州以北180km处。工程运行30多年来，产生了显著的经济效益、社会效益、生态环境效益，已成为甘肃省农业科技示范、发展“两高一优”农业、带领群众致富奔小康的示范基地。

　　景电一期工程1969年开工建设，1974年竣工。工程建设水平受当时经济技术条件的制约，存在各种先天缺陷。加之长年运行，工程主要设施老化现象严重，故障频繁，致使区间流量经常失衡，供水能力逐年下降，已不能保证灌区的适时适量灌溉。为此，景电工程通过“中日技术合作景电一期灌区节水改造示范项目”和“景电一期灌区节水改造续建配套项目”的实施，对一期工程进行更新改造。其中，总干6个泵站的自动化建设是这次更新改造的主要内容。

　　二、泵站综合自动化建设

　　1.总体方案

　　泵站综合自动化系统涉及到配电、大型电动机的控制和保护，水泵的安全经济运行和管理，水工建筑物的安全稳定性监测，水情数据的收集和水资源的调度等方面的内容。目前典型的泵站自动化控制保护设备通常使用普通的可编程控制器PLC开发，系统集成和硬件及软件工程费用相当可观，而且现场二次接线量大且复杂。因此，该系统采用了一种新型的泵站综合自动化方案。该系统采用分层、分布、分散式结构，由远程调度中心自动化调度系统、泵站现场后台监控系统、现场综合测控装置三层构成。

　　2.现场综合测控装置

　　现场综合测控装置由基于DSP高速微处理器、预编程技术、高精度交流采样技术、集测量、保护、控制于一体的标准模块组成。不同类型的综合测控装置就地分散安装在高压配电设备上，电量、非电量测控信息通过光纤专用通信网与远程局调度中心自动化调度系统连接。

　　3.自动化调度系统

　　调度中心自动化调度系统采用标准C/C++及JAVA语言编程，保证系统具有良好的兼容与开放性。

　　系统提供了稳定强大的分层分布式系统运行平台，具有先进的网络管理、远程管理、应用资源管理、错误和事件的跟踪记录、各应用子系统的报警服务、跨平台应用的功能。系统采用国际工业界新一代能量管理系统应用程序接口标准-IEC EMSAPI，采用模块化的支撑平台和应用软件设计，具有标准的对内对外接口，易于模块化产品的集成和升级。

　　系统数据库采用面向对象的Sybase商用关系数据库，便于保存大量的历史数据和各种管理信息，与其他系统实现信息共享。

　　(1)系统特点
　　系统采用全分布式的冗余双网体系结构，主网采用热备用的双网机制，把各个功能模块分配到各个网络节点上，保证了系统的可扩充性。当两个通信节点间的两个网的状态发生变化时，系统将根据变化后的网络状态重新设置通信路径。

　　与MIS等系统的通信，通过Web服务器节点实现多个LAN的互联。Web服务器节点中的通信服务程序使用标准的实时数据库访问接口可获得实时数据和SCADA处理描述参数，但其访问权限为只读模式。获得历史数据和历史事项需访问关系数据库Sybase。MIS网上的实时画面采用通用的Internet浏览方式，使得人机工作站无须任何专用程序支持。

　　(2)系统各节点硬件配置
　　采用两台数据库服务器，实现历史数据的备份；采用两台调度员工作站(机器逻辑上承担前置机功能)；采用一台Web服务器。

　　(3)系统网络配置
　　中心采用两台网络交换机，实现调度系统内部的双网冗余；一台数据采集网络交换机，实现各泵站数据向系统的集中转发；1台路由器实现Web服务器向上级调度部门与MIS系统的数据转发。

　　该系统主要功能有：实现机组开停，电压、电流、温度、压力、拦污栅压差、流量、水位等数据的远程测量，位置、故障预警、事故报警并伴有语音提示，泵站后台计算机的远程管理与维护，保护定值的远程修改、远方保护压板投/退，报表管理与打印，与调度中心模拟屏/大屏幕通信，GPS系统对时，自动化设备状态监视，运行日志，Web浏览功能等。

　　(4)配水调度优化系统
　　为了更好地优化水资源配置、进一步节约成本，针对灌区的现状以及配水计划、各泵站出水能力，设计了灌区配水调度优化系统。该系统具有：

　　① 画面显示功能
　　监测画面：包括水位、流量、电流、电压、温度、机组状态、开关位置、报警。
　　控制画面：包括控制方式选择、泵站列表、流量分配、控制命令下达、执行结果。

　　② 控制功能
　　控制类型：单机控制、调度计划控制、泵站前池水位自动调节控制、事故处理自动控制。单机控制只能单独运行，泵站前池水位自动调节控制、事故处理自动控制是调度计划控制的补充。
　　单机控制流程：选择泵站→选择机组→操作目的→发送命令→认可→执行→结果。
　　调度计划控制：通过“人机会话”输入一个总泵站及各区间的计划流量。
　　泵站前池水位自动调节控制：根据设定的泵站前池水位上、下限，当越限时本级泵站或前级泵站自动调节。
　　事故处理：对于计算机能够监测到的事故，根据事故处理模式自动处理，对于计算机无法监测到的事故，需要通过“人机会话”方式确定运行方案。

　　③ 数据库
　　数据库包括调度员操作日志、机组开停时间、机组运行时数、事故记录、故障记录、调度员随机记录、任一泵站提水量。

　　④ 报表及打印
　　机组运行时数、开停次数、事故统计、故障统计。

　　⑤ 调度运行模式优化
　　调度运行模式包括运行方案生成、方案优化、方案存储、方案下达与执行、水位调节、事故处理等各功能模块。

　　4.泵站当地监控系统(SCADA)

　　泵站自动化监控系统执行国际IEC标准，采用分层、分布、分散式结构。分成间隔层、网络层和泵站当地监控层三层。

　　(1)间隔层
　　间隔层由微机型保护测控装置构成，主要包括NS 901线路保护测控装置、NS 941异步电动机保护测控装置、NS 942和NS 941组合的同步电动机保护测控装置，NS 901厂用变保护测控装置、NS 931分段保护及备用电源自投装置、NS 951C直流综合测控装置和NS 953PT切换装置。DSS43D数字式多功能三相电表。所有装置均采用就地安装在开关柜上的形式。

　　(2)泵站层
　　在泵站当地监控系统中，要求计算机监控系统能够对全站主要设备进行控制，对所有机电设备进行控制，能准确可靠的接收和处理泵站消防监控系统、水情自动测报系统及水工建筑监测系统的上送信息，并能实现泵站级当地监测系统与上级调度部门之间的通信。泵站级当地监控系统是基于Window2000的厂站自动化、集成化、开放式的应用平台。其具有：

　　数据采集、数据处理、报表生成和打印、机组顺序控制、时钟同步等功能。

　　(3)网络层
　　主要完成间隔层和泵站层间的数据交换。泵站当地监控系统与保护测控单元间采用CAN总线和局域网通信方式，选用屏蔽双绞线作为通信介质，采用IEC870-5-103通信规约；与外围设备的通信如电度表，直流屏，温度巡检仪等智能设备则采用串行口(RS-485总线)方式。

　　同时，为提高通信速率及可靠性，该系统采用基于TCP/IP协议的以太网技术。通过SDH同步光纤传输系统，为每个站点分配2M的宽带，实现了远程数据共享。

　　三、结论

　　通过一年的生产运行，证明该自动化系统是一个安全可靠、经济实用、操作方便、系统结构先进、技术性能指标领先的泵站综合自动化系统。

　　系统提高了景电一期工程机电设备和水工建筑物安全运行的可靠性；实现了科学调度，改善了供水能力；实现了机组优化运行，装置效率提高了6%，节约了能源；较好地做到了级间流量的配合，减少了溢流弃水，渠系水利用率提高了3%，节约了水资源；运行管理人员减少了18%，降低了提水成本，使泵站少人或无人值守成为可能；实现了水量的量化管理，为水资源的优化配置创造了条件。　■

(作者单位：甘肃省景泰川电力提灌管理局，贾德治为局长、高级工程师，李怀清为高级工程师)
责任编辑　唐 瑾