计算机监控系统在南水北调刘山泵站中的应用

杨晓久 赵孟博 王 琦 马清坡 李世民

摘 要：泵站自动化工程的实施，进一步提升自动化设施水平，实现泵站自动化监控和集中调度管理，实现了"无人值班，少人值守"的目的。文章介绍了南水北调刘山泵站计算机监控系统中的配置、结构、功能等。

关键词：南水北调；泵站；计算机监控

引言

南水北调工程是解决中国北方水资源短缺的一项大型基础设施项目，通过合理配置跨流域水资源，保障南北方经济、社会与人口、资源以及环境的协调发展。水利泵站作为水利系统最基层的工程之一，在保护工农业生产、防洪、环保等方面都发挥了积极作用。为了保障泵站安全可靠运行和科学化运行管理，泵站效益的充分发挥，建设水利泵站计算机监控信息系统是必不可少的。

1 工程概况

南水北调东线第一期工程刘山站位于江苏省邳州市宿羊山镇，工程主要包括泵站、节制闸、跨闸站引河公路桥等主体工程，是东线第一期工程的第七级梯级抽水泵站。刘山站布置采用“闸站结合”的方式，泵站的设计流量为125m3/s，安装五台立式轴流泵，每台机组流量31.5，配套大型同步电机，额定功率2800kW，电压等级10kV。平行布置5孔节制闸，设计流量为828m3/s，单孔净宽10m。

刘山泵站计算机监控系统，实现泵站同步电机、快速闸门（泵站）、卷扬式闸门（节制闸）、辅机系统、清污机以及电气设备的自动控制，同时与上一级220kV变电所进行通信，可以进行远程调度。

2 系统结构

刘山泵站计算机监控系统采用开放型分层分布式结构。监控系统分为两层，主控级和现地级。

3 系统主要配置及功能

3.1 主计算机（兼操作员工作站）

两台主计算机相互热备冗余，通过以太网连接，可以预先选定运行值班主机，根据值班主机的运行状态，系统软件进行跟踪判别。一旦发现值班主机异常，系统自动切换备用机为值班主机，同时屏幕显示主机故障。

3.2 通信服务器

本系统设置通讯服务器，配有RS232/RS485串行口，预留与其它系统的通信，与上级部门的联网可直接通过交换机联网或可通过本通信服务器实现。同时本机通过与操作员机的数据共享，实现数据处理、报警信息显示、报表及历史数据查询和打印等功能。

3.3 网络设备

监控系统设备的交换机采用100MBbps速率具有组建环网功能的以太网交换机，网络上各节点通过光纤连接成冗余环形网络，当光纤环路上出现故障时，能保证实现网络的自愈。

3.4 现地控制单元LCU

现地控制单元LCU包括机组LCU五套，选用法国施耐德公司的Quantum Unity系列PLC，实现对五台机组的监视和控制。公用设备LCU一套，选用法国施耐德公司的Quantum Unity系列PLC，对主变、站变、所变、进线等机电设备进行监控。风机、供水泵、排水泵、清污机与节制闸启闭机控制箱五套LCU，选用法国施耐德公司的Modicon TSX Primium系列PLC，实现对相关设备的监控。

4 系统功能

4.1 数据采集与处理

包括对实时数据的采集、进行必要的数据预处理并以一定的格式存入实时数据庫。监测系统的数据采集和处理系统，包括收集和模拟，数字采集和输出处理，脉冲的累积量、流量计算、信号幅度状态设置。LCU收集泵站设备的主要操作参数，通过必要的处理送至上位机，在经过进一步分析处理后存入数据库，以备调用。

4.2 控制与调节

操作员根据上级指令及运行情况，控制泵站、节制闸的运行。操作人员在监控界面上点击该控设备图形控键，系统会自动弹出操作流程图和控制模拟键，操作员只需要点击所需控键，监控系统进行流程运行，根据流程图上每一步的执行情况以及不执行部位及原因，进行指导、分析和自动操作。控制内容包括操作SF6高压断路器、隔离合、分操作，机组的开、停机操作等。

4.3 运行安全监视和事故报警

4.3.1 运行实时监视及参数在线修改

运行值班人员通过组态软件InTouch开发的监控界面对设备的运行状态进行实时监视控制，因为值班人员级别不同，监控权限各不相同，监控系统按照登陆者权限进行自动分配监控内容及在线修改参数权。

4.3.2 参数越复限报警及记录

监控系统对设备某些参数以及计算数据在预先设定的范围内进行监视，一些模拟量如温度量进行梯度监视，需要进行变化趋势分析。预先对这些参数值及梯度值规定上下浮动范围，系统在它们越限及复限时必须做出相应的处理。系统处理包括越限报警、参数越复限时自动显示信息等操作、一些重要参数在复限前调取之前存储数据、相关参数分析、故障原因提示。

4.3.3 系统时钟校对及事故顺序记录

系统时钟采用GPS分别与上位机和各LCU对时。计算机监控系统可以按照发生的先后顺序将发生的事故和设备的动作状况记录下来。在水泵机组发生事故而造成跳闸动作等情况发生时，监控系统马上以中断方式响应同时自动显示、记录并打印出事故名称及时间；记录和打印有关设备的动作状况，自动跳出相关界面，进行事故原因分析并提示处理方法。

4.3.4 事故追忆及相关量记录

监控系统完成事故追忆，这些数据作历史数据被计算机保存于数据库中，运行人员可以调用这些数据用于显示和打印。追忆量包括110kV主变各种电量和10kV母线电流、电压，机组电流、电压，轴瓦温度、供水压力、励磁电压、励磁电流等。当泵站发生事故时，各现场控制单元自动采集自动保护装置及机电设备的状态量，并传送到泵站控制中心，并按照完成事件顺序进行排序排列等操作。记录的误差不大于2ms，监控系统可以记录事故发生前10秒和发生后20秒时间范围你一些重要实时参数的变化详情。

4.3.5 显示记录故障状态

计算机监控系统定时扫描设备状态信号，如发现故障状态信号就会显示在操作界面上，并记录故障内容以及其发生时间，同时监控语音报警。

4.4 设备运行统计记录与生产管理

计算机监控系统统计记录各设备的运行情况，统计信息按照登陆者权限自动提示给操作人员。统计的内容包含设备在正常及非正常状态下投切次数以及设备运行时间等；统计主辅设备的辅助接点进行变位及变位时间的记录，如超出预定范围作用于报警；统计设备参数越复限及定值变更等情况，同时自动生成报表和日志等。

4.5 系统自诊断与冗余管理

计算机监控系统自诊断程序能在元件发生错误或故障时，马上做出正确判断，通过硬件自检，确定故障设备及故障原因，帮助操作人员进行判断及更换。同时，系统在主服务器发生故障时，自动切换控制权，启用备用服务器。

5 结束语

自动化工程的实施，进一步提升自动化设施水平，实现泵站自动化监控和集中调度管理，实现了“无人值班，少人值守”的目的；而且通过整个网络，能够实现办公自动化、管理智能化、调控远程化、决策科学化。

参考文献

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