山地城市无人值守泵站的设计和风险管控

蒋 仪，汤 雯

（重庆中法供水有限公司，重庆 401120）

0 引言

近年来，随着相关技术的不断成熟，无人值守泵站作为现代化水厂管网安全、经济运行的主要方式之一，在减员增效、科学运行和智慧水务等方面均起到重要作用。因此，越来越多城市的水务公司已经对传统泵站进行了无人值守优化和改造。目前，无人值守泵站在我国很多城市已经有了应用实例。但是，由于山地城市地域的特殊性，供水区域地势落差较大，泵站需要多级加压后才能满足对地势较高用户的稳定供水。随着西部大开发战略的实施，我国西南片区的山地城市进入高速发展阶段，各供水公司的供水半径逐渐加大，用户量与日俱增，泵站的生产规模逐步增大。虽然供水公司对泵站进行了优化和改造，但山地城市中的无人值守泵站在设计和运行中依然存在诸多问题和风险，一旦大型远程泵站失控，将会导致大面积停水，带来严重的民生问题。

1 山地城市无人值守水泵站现状分析

相较于平原城市，山地城市的地势落差较大、供水要求高，泵站实现无人值守运行后有以下特点。

（1）泵站内水泵扬程高、电机功率大。山地城市泵站必须配置扬程高、功率大的水泵机组。重庆某水厂二级加压站的机组均为扬程均在100 m 以上，电机功率1000～2000 kW 的大型水泵机组。泵站最高日供水量达40 万吨/天。泵站实现无人值守运行期间，存在因为控制系统故障导致电机急停、水泵水锤和管网欠压的风险（表1）。

表1 重庆悦来水厂部分泵站机组扬程、电机功率

（2）泵站网络通信故障率较高。山地城市泵站一般地势较高，位置较为偏僻，但是随着城市的高速发展，泵站附近存在市政建筑工程施工，光纤被破坏，导致泵站通信中断。泵站所有生产数据和控制信号都无法传输至中央控制室，造成泵站失控的局面。

（3）泵站设备安全运行检测仪表不足。泵站实现无人值守后，存在水淹、机组温度异常、机组振动异常等风险。实施无人值守后，需要利用各种检测仪器对机组和设备的运行进行监测，出现风险及时报警至中控室。

（4）泵站安防措施不完善。泵站实现无人值守后，需要对泵站的安防系统进行重新设计和规划，包括视频安防、电子围栏、火灾报警、泵站通风和门禁系统等，以规避泵站由于设备故障或人为破坏导致的风险。

2 山地城市大型无人值守水泵站设计标准

2.1 无人值守泵站总体设计要求

无人值守泵站是采用自动化技术，遵循“集中管理、分散控制、资源共享、无人职守”的设计原则，并满足安全、经济、可靠、实用、先进的要求，实现全站的本地自动控制、保护、测量，并通过工控网络或物联网实现远程控制等功能。系统设计时应充分考虑到信息化的发展趋势，具有一定的开放性和可扩展性。

（1）实用性。自动化系统的主要目的是为了满足水厂生产控制和管理的要求，因此系统设计和操作满足生产工艺的要求和操作人员的习惯，人机接口能力强，操作简单、方便。

（2）可靠性。水处理是一种连续生产过程，设备运行控制的可靠性具有重要意义。因此系统结构和设备的可靠性将是贯穿设计和工程实施过程的一致要求。所有系统采用经过国家级单位鉴定、成熟、稳定、先进的全分布、开放式结构设计，按间隔划分、单元化设计、分布式处理，具有高可靠性和可扩展性。

（3）经济性。自动化系统的技术含量高，设备复杂，种类繁多，各档次产品的价格差异很大，因此，自动化系统的设计必须进行充分的技术经济比较，包括系统构建、设备系统维护、技术支持备件、设备维修等多个方面。

（4）先进性。计算机网络技术、信息技术、自动控制技术更新换代较快，功能增强，在经济可行的基础上应选择具有先进性的产品。系统以测控装置、网络通信装置等为硬件核心，以综合自动化的组态软件为软件核心，应用自动控制技术、计算机数字信号处理技术和数字化信息及通信技术，将泵站相互关联的各部分连接为一个有机整体，完成泵站安全稳定运行、实时监控、开关操作、数据存储和处理等功能。

（5）网络安全性。全部生产及安全数据通过网络传送至中控室，泵站内通信采用大容量通信网以及ModBus 通信规约，具有实时性好、抗干扰能力强的特点，视频监控全部采用高清数字摄像技术实时观察设备运行状况。

2.2 远程泵站自动化系统基础设计方案

为实现泵站的无人值守，首先应完善泵站的自动化系统的软硬件配置，包括通过PLC 控制所有机组和各类调节阀启停或开关、所有在线仪器仪表实现数据实时回传至本地生产监控系统、站内高低压柜具有远程数据传输的功能等。

针对上文所提到的山地城市无人值守泵站运行中存在的风险，提出如下解决方案和规避措施。

（1）敷设双有线网络，分别传输生产数据和视频监控数据，故障时互为备用，以保证数据的连续性和可靠性。

（2）山地城市泵站的机组有扬程高、出水流量大的特点，当遇到电机或电路故障时极易出现水锤现象，严重影响供水和设备安全。因此，对于山地城市的大型泵站，应选用具有防止水锤功能的出水阀，避免事故发生，规避供水设备损坏的风险。防止水锤事故的出水阀有多种型号，表2 列出了泵站各种出水阀的优缺点。

表2 泵站各种出水阀的优缺点

（3）PLC 采用高端Quantum 系列双机热备系统，实现故障发生时两台PLC 不间断自动切换，确保在PLC 故障或停机时机组持续稳定运行，保证生产数据的连续性和可靠性，保障供水需求，延长机组寿命，并通过先进的编程技术和有线网络实现机泵的远程控制。

（4）运用电力监控及无线测温系统，实时掌握电气设备的运行状况。总电源进线端实现远程关断功能，可防止发生重大事故。

（5）安装的振动监测仪，将检测数据传入PLC，并对振动信号进行频谱分析，实现故障预判。

（6）在泵站增加必要的仪器仪表，完全能够反应现场设备的工况，包括温度、烟感、电压、电流、水位、压力、电度、流量、震动、水淹等，均要作为控制的控制参数和安全管控点，既要保证稳定供水，又要确保设施安全。

（7）建设门禁、消防、视频、周界系统并根据报警优先等级划分与视频录像联动：主要确保现场安全的安防设施，包括防止外来入侵、防止现场破坏，也能为今后的事故分析提供必要的依据。

（8）智能化建设：制定科学的、灵活的、严密的控制模式，根据不同季节、不同时间、不同温度、不同组合模式，制定不同的模型、不同的开停及控制模式，以达到供水安全又能降低成本的目的。

3 应急预案

泵站实现无人值守后，为保障供水安全，应评估运行中的各类风险，针对性地制定应急预案并定期演练。应急预案内容包括但不仅限于泵站断电应急预案、网络通信中断应急预案、火灾处理应急预案、生产监控系统应急预案以及安防反恐应急预案等。

4 结论

相较于国内常见的平原城市泵站，山地城市大型无人值守泵站有明显的差异，因此在泵站的方案设计中，不仅要通过先进的检测、采集、控制和网络技术保证泵站安全稳定运行，同时要因地制宜地地对泵站实现无人值守的潜在风险进行评估和预判，在方案中充分考虑风险的管控措施。按照此设计思路和风险管控设计的无人值守泵站，具有风险低、成本低、可控性强、智能性高及安全性高等特点。

山地城市无人值守智能泵站的实施，大幅提升了水司的自动化水平，真正实现既保证安全供水又降低经营成本的目的，为进一步推广“智能化、智慧化”水务建设提供了有力依据。