密云水库调蓄工程调度运行方式的研究

姜舒 于贤磊 戴康 鲁健

摘要：简单介绍了北京密云水库调蓄工程的工程概况，详细论述了工程全线调水动态调节的原理方法、设计原则及控制流程。

关键词：南水北调;监控系统;动态调节;自动化

为提高城市供水的可靠性和稳定性，解决南水北调来水与北京市用水过程不匹配问题，设置大型调蓄工程不可避免。将南水北调水调入密云水库，不仅解决密云水库近年来供水功能逐年下降问题;同时还解决密云水库蓄水量少，不能满足补偿调节要求的问题。调水工程建成后，南水北调在北京市的供水范围跟着扩大，昌平、怀柔等新城地区也能顺利的用上南来之水。

一、概述

密云水库调蓄工程作为北京南水北调的一个重要配套工程，对于消纳南水北调来水、实现北京水资源优化配置起到了重要作用。工程线路总长103km，主要内容包括9座泵站、节制闸，PCCP管道，泵站水机、电气设备及自动化设备等，总扬程达到132.85m。9座泵站设计卧式双吸离心泵、立式轴流泵、立式混流泵等泵型，总装機容量为36320kW。

二、控制原理

输水的动态调节是一种可以实现远程监测、远程控制和管理的系统，它要求能对整个输水渠道上各站点的流量和设备进行持续的闭环控制，对泵站自动化程度要求极高。为了能实现工程调水动态调节的控制目标，各现地站不仅要建立一套合理且完善的调度运行管理模式，还必须配备相对先进的计算机监控系统和被控设备设施，通过专用通信网把全线各站连接成一个计算机监控系统网络整体，在时间上和空间上对整条线路上各控制设施（泵站、节制闸等）进行全面控制。

动态调水过程中，调度指挥中心的调水自动化监控系统计算机可远程控制整个调水线路上每一个控制设施的动作。在调水动态调节过程中，它不仅要做到控制某个现地控制站设备设施的动作、采集该现地控制站的流量、水位等数据的功能，而且要求通过计算相邻泵站输、送水流量变化来统筹控制。为了防止渠道水面波动范围过大，泵站的开、停机次序和台数应按一定的顺序和方式进行。当渠道流量需要改变时，可由两种方式实现。一种是远程操作，现场各站交出远程调度权限，由调度中心通知现场各站调节目标，并直接远程控制各站开（停）机、叶片调节等操作，现场各站做好记录。另一种是现地操作，调度中心向各管理所及各现地控制站下达开（停）机指令或频率、叶角变化指令后，由各现地控制站执行相应的调令，进行开（停）机、叶片调节操作。不同两种方式的动态输水调节过程都可实现全线工程的调水动态控制。

三、自动化监控系统的总体设计要求

为确保工程调水系统能稳定可靠地长期运行，密云水库调蓄工程实行“统一调度，分级管理”的调度运行管理体制。因此，结合工程管理、运行维护、稳定可靠和经济实用等多方面考虑，系统应满足以下要求进行设计。

1.从工程的调度运行管理体制出发，结合工程调水距离较长、现地站点较多、又要求集中统一调度和分级管理的特点，应依照统一调度、分级管理、分散布置、分层分布的原则来建立全线工程自动化监控系统。

2.工程要求三个季度不定时调水运行，因此必须用动态调节控制的方式来提高调水的快速性、时效性。

3.考虑到调水线路上各现地控制站之间为串联调控方式。因此，为保证整条线路自动化监控系统的可靠性。各站点的重要控制设备必须采用双机热备冗余配置。

4.为适应多种调度运行管理模式，自动化监控系统操作应简便，结合工程调度、运行管理和控制方式，实现实时数据监测和故障报警提示功能。

5.为确保工程安全可靠的运行，全线工程自动化监控系统计算机广域网原则上应考虑备用通信手段，在主通信通道出现故障情况下，备用通道应能满足各现地站控制的基本功能。

6.为考虑科技的发展，方便日后自动化监控系统更新改造和各种可控设备的更新换代，工程整体的自动化监控系统应采用开放型、可兼任、可扩充的计算机系统。

四、自动化监控系统总体部署

根据本工程调度运行模式和工程管理条例，为满足工程运行管理要求，密云调蓄工程自动化监控系统的总体结构方案采用由两个层次组成的光纤环网的拓扑结构，即：设置调度中心层、现地控制层。两个层级不仅参与调水的运行控制和管理，还参与现场数据实时监视和历史数据储存。

1.调度中心层。

设一个调度中心站，位置在北京团城湖管理处，便于对全线调水工程的统一调度。

2.现地控制层。

全线设9个现地控制站，沿线根据地理地势平均分布，实现对各现地设备的运行、控制与监视功能。

调度中心站、现地控制站的计算机监控系统构成局域网，它们之间的数据传输通过专用通信网连接，整体构成树型网络拓扑结构。全线监控自动化系统总体结构框图见图1。

五、自动化监控系统的功能组成

1.调度中心层计算机监控系统

调度中心层计算机监控系统是全线工程调水自动化监控系统的核心，它担负着整个调水工程的水量计算和调配、运行管理及协调工作，同时还提供调配水的决策、水情分析、办公自动化和渠道安全监测等多种服务。密云水库调蓄工程调度指挥中心通过对全线9个现地控制站进行实时控制，监视整个输水工程的实时运行工况。根据南水北调工程的运行管理规定，全线各站的工程运行情况必须由调度指挥中心统一调度管理。因此，调度指挥中心需在保证工程安全运行的基础上，结合调水线路水情和水质以及地区气象变换等多种因素，制定出经济、合理的最佳用水调度计划，下达给各管理所及现地控制站，以实现对整条输水线的宏观调控。

2.现地控制层计算机监控系统

作为执行调令的最基础、最直接的机构，各现地控制站配备了相对完整而又独立的自动化监控系统。根据远方调度指挥中心下达的控制指令，以及各自的站前站后水位状况，计算机组、叶角、频率的组合，实现水量控制目标。即使当现地站与调度指挥中心的数据通讯全部中断时，仍能实现实时可靠的设备设施监控工作。

六、调水动态调节控制

1.系统控制流程

密云水库调蓄工程自动化监控系统通过调度指挥中心和各现地控制站的协作运转，实现对全线设施的全面控制。为确保全线输水协工作能长期稳定运行，机构之间应当相互配合，协调运行，进行合理的分工。本工程调水自动化监控系统控制流程如图2所示。

2.工程运行方式

2.1常规运行情况。

调度指挥中心根据每月调节池及水库的水量、调水线路的水情和水质以及地区气象变化等多种因素进行综合运算，制定出每天的渠道调水的预调度计划。在此基础上调度指挥中心再根据每天的水情气象信息、渠道运行状态等的情况，每天下达出数次水量调度计划给各现地控制站。

现地控制站是全线调水调节的基础机构，也是直接控制机构，执行上级下达的控制指令，实时控制泵站机组的起停和叶角、频率的组合，并每两小时采集现地控制设备的信息。

2.2特殊运行情况。

如遇到突发事件，现地控制站可直接对现场工况进行调节，并于事后及时上报调度指挥中心。

七、结语

调水动态调节，能实时有效的满足全线调水的安全可靠性。目前，密云水库调蓄工程的各站机组运行效率并未达到理想状态，如何提高机组运行效率、降低能源单耗，实现调水动态调节只是一方面，在保障安全调水的前提下，如何控制各现地站在额定扬程下、实现额定流量运行，有待进一步的深入研究。

参考文献：

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