大数据记录及分析在黄水东调工程泵站运行管理中的应用

侯德国

(山东水发环保集团有限公司，山东 济南 250100)

黄水东调工程是为优化山东省水资源配置，解决青岛、烟台、潍坊、威海等胶东四市水资源短缺而决策实施的一项重大战略性工程，工程设计流量15m3/s，年供水量3.15亿m3，总投资65.03亿元，自2017年1月开工建设以来，在短短两年内，新建大型泵站6座，新建输水管道116.4km，各类穿越顶管施工23处，各类配套阀井建筑物256座。

1 泵站运行管理系统概述

在大型水利工程的运行过程中，需要对工艺参数和统计信息等一些大数据进行监视和存储，作为系统运行维护的记录及总结运行经验的依据。黄水东调泵站工程包括曹店引黄泵站、麻湾引黄泵站、曹店入沉沙池泵站、麻湾入沉沙池泵站、广南水库入库泵站、广南水库加压泵站、潍北二库加压泵站等。泵站的实时运行状态图能够直观反映出前池的水位及水深数据、管道压力及流量数据、水泵机组的运行工况数据(机组的温度、振幅、电流、运行频率)、阀门开启度数据，以及泵站电力系统的电压、电流、用电量、功率因数等数据，并且以上数据都能实时记录，加压泵站实时运行状态见图1。

图1 广南水库加压泵站实时运行状态

2 大数据生成及存储

泵站运行机组构成复杂，仪表众多，既有集成购置在机组系统里面的数据，又有外接数据，记录量大，如果单纯依靠人工记录无法满足如此庞大数量的记录工作，泵站运行管理系统依靠大数据的算法及存储等功能，就能实现快速及时记录、方便灵活地查询到泵站各项运行数据。

本文以广南水库加压泵站加压泵站1号机组为例，说明泵站运行过程的几种常见数据类型及其用途，见图2、表1。

图2 广南水库加压泵站1号机组设备及外接仪表组成示意图

表1 泵站运行过程常见数据类型及其用途

2.1 实时报表系统

为每个泵站设置一个实时报表，显示泵站内各个机组的运行频率、运行电流、绕组温度、轴承温度、阀门开度、水泵出口压力、总管压力、瞬时流量、累计流量、泵站水位等重要数据。并根据系统设定的报警限值，对于超过限值的数据，会有红色字体醒目显示。

2.2 历史报表系统

将系统运行过程中的流量、压力、液位、电机频率、电流、阀门开度等数据按类别划分为多个表格，预先设定了日报表、月报表、年报表等表格形式，只要选择日期即可查询，同样支持导出和打印操作。

为满足自由查询的需要，系统建有自由报表，可以任意选定时间段和时间跨度，进行查询。例如：水量分析功能，选定任意时段后点击查询按钮，自动生成本时段内的供水记录，并据此计算出本时段内的总供水量及平均流量，方便进行供水统计。

2.3 运行值班记录表

系统预制运行值班记录表，可以任意选定时间段和时间跨度，对选定机组的整体运行情况进行查询，其中包含了机组供电电压、运行电流、温度和振动等重点数据，而且自动计算本时段内该机组的运行时长。表格中预留机组启停时间、停机原因、交接班记录等部分，供交接班人员导出表格后补充。

3 预警系统

在系统运行过程中，有时会出现设备故障、设备失电、管道压力偏高或偏低、前池液位低于安全水位线、机组温度过高、振动过快、电压电流偏高、技术供水异常等情况，系统运行过程中若不能引起足够重视，未及时采取处理措施，可能造成警情扩大，甚至造成设备损坏，危及整个系统的正常运行。为了保障系统的正常运行、避免故障扩大，发生异常情况时本系统以多种报警方式将报警信息通知相关工作人员，工作人员接收到报警信息后对报警做出相应的处理，同时由系统对故障情况做好记录以备后期追溯故障发生原因、处理过程，总结运行经验。本系统的报警功能分为以下几个方面。

3.1 报警设置

系统异常包括状态异常和数据越限。

对于状态异常报警，在系统中预先进行配置，当有设备故障、系统失电、网络故障等情况发生时，系统报警提醒并自动记录。对系统运行中的重要数据，如管道压力、机组温度、振动速度、运行电流、前池水位等进行监测，当发生数据越限时，进行报警记录。报警限值可以在线修改，自由调整。报警限制的设置主要是根据泵站机组的性能与工况及设计各项参数来综合确定。

3.2 实时报警

根据系统异常的重要程度，有些故障需要停机操作，比如：温度超过一定限度且持续不断报警超过一定时间，自动停机。有些故障不影响系统的正常运行，比如：压力过低，但要引起运行人员注意。实时报警界面展示系统中当前存在的所有异常情况以及该异常情况发生的时间、异常类型、报警限值等。在报警条目上点击右键，可以对报警记录进行确认、隐藏及删除等操作。

3.3 报警提醒

当系统中有异常情况发生时，采取文字变色、声音播报、报警弹窗等多种形式及时通知运行人员，引起用户的注意。从而可以对一些重要的报警及时处理，以免故障扩大。

a.文字变色：当系统运行参数异常时，异常变量将由正常的黑色字体变为醒目的红色或闪烁，提醒运行人员该变量异常。

b.声音播报：通过对语音报警控件的配置，实现对报警库中的所有变量或选定的部分变量进行监听，当有报警产生时，通过外设音箱将某些变量的报警信息朗读出来，引起运行人员注意。在语音报警控件中，可以为每个变量设置不同的报警信息和语音库，选择播放内容和播放次数。

c.报警弹窗：当新报警发生时，系统会以报警弹窗方式及时通知运行人员。当运行人员未确认的报警始终未消除时，系统会每隔一段时间以报警弹窗方式持续通知运行人员。

3.4 历史报警和报警查询

需要对系统运行过程中发生过的报警进行查看和查询，以便追溯事故起因和处理过程，从而总结运行经验，保证系统更加安全平稳的运行，可通过历史报警窗口和报警查询界面对历史报警信息进行查看。

历史报警窗口的记录中包含报警时间和报警消除的时间。历史报警列表按时间顺序显示以往的历史报警信息、报警确认信息和恢复信息。报警发生时，历史报警列表中产生报警记录；报警确认时，历史报警列表中产生报警确认记录；故障消除时，历史报警列表中产生报警恢复记录。

在报警查询窗口，运行人员可以按时间、报警类型、按记录类型、站点和报警组等多种条件对报警库中的记录进行查询，便于快速查找和锁定系统曾经发生的异常。

3.5 报警死区和报警延时

系统运行和信号采集过程中可能存在信号波动或干扰，造成反复报警或误报警，为减少误报警，系统对报警死区和报警延时进行配置。

a.报警死区：为了防止变量值在报警限上下频繁波动时，产生许多不真实的报警，在原报警限上下增加一个报警限的阈值，使原报警限界线变为一条报警限带，当变量的值在报警限带范围(报警死区)内变化时，不会产生和恢复报警，而一旦超出该范围时，才产生报警信息。

b.报警延时：报警延时是对系统当前产生的报警信息并不提供显示和记录，而是进行延时。在延时时间到后，如果该报警不存在了，表明该报警可能是一个误报警，不予理会，系统自动清除；如果延时到后，该报警还存在，表明这是一个真实的报警，系统将其添加到报警缓存区中，进行显示和记录。

4 结 语

通过对泵站运行管理系统中的数据进行历史存储配置，可以日、月、年报表，自由报表，运行值班记录表等多种形式生成运行记录，数据记录齐全，查询快捷方便，完整记录和展示整个调水工程的运行状态。数据按预先设定的要求自动进行简单的计算和分析，为汇总统计和调度决策提供依据。通过对采集的泵站设备运行状态和运行数据进行报警配置，做到泵站运行状态异常时以多种方式提醒运行人员注意，及时采取措施，消除警情，避免损失扩大。通过以上措施的组合，保证泵站安全、平稳、经济、高效运行。