安科瑞 鮑靜君

　　近年來我國城市內(nèi)澇災害頻發(fā),，造成人員傷亡以及經(jīng)濟損失嚴重,，嚴重威脅著城市的安全。數(shù)據(jù)顯示,，2015-2018年我國平均每年受淹或發(fā)生內(nèi)澇城市的數(shù)量約占我國城市數(shù)量的1/5,；人民生命財產(chǎn)也損失嚴重，據(jù)統(tǒng)計,，2021年截至上半年,，我國因洪澇災害所死亡失蹤人數(shù)達26人，造成經(jīng)濟損失達135億元,。一方面,，我們需要建設和管理排水設施；另一方面,，建立城市防洪排澇監(jiān)測預警系統(tǒng),。它不僅可以為管理部門提供城市河流和道路水位的實時信息,，還可以為城市防洪管理提供技術和數(shù)據(jù)支持,。泵站遠程監(jiān)控系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計算等技術，以本地自控結(jié)合大數(shù)據(jù)遠程監(jiān)控平臺,，為城市洪澇災情監(jiān)測,、內(nèi)澇預警和治理等方面提供解決方案。

　　1. 城市泵站的分類

　　從應用場景劃分,，城市泵站可以分為三大類：排水泵站,、污水泵站和供水泵站，排水泵站主要用以排水,、排澇的泵站,；污水泵站用來輸送生活廢水,；而供水泵站主要用于城市生活供水。這三類泵站對于城市運轉(zhuǎn),，如何讓泵站安全,、低耗運行是管理者首先需要關注的問題。泵站管理平臺通過現(xiàn)場監(jiān)測控制傳感器,、邊緣計算,、云平臺結(jié)合本地PLC為城市泵站的管理提供解決方案。

　　2. 城市排水泵站的電氣設計

　　根據(jù)DJG 08-22-2018《城鎮(zhèn)排水泵站設計標準》,，排水泵站根據(jù)功率需求和當?shù)毓╇姉l件,，一般采用35kV或10kV供電。城市排水泵站負荷等級為二級負荷,，重要地區(qū)的泵站應按照一級負荷設計,。二級負荷的泵站一般需要有兩路電源互為備用或一路常用一路備用；一級負荷的泵站需要有兩路獨立的電源,，一路電源故障時另外一路電源可以不受影響獨立供電,，特殊情況下還需要設置自備電源。以一個排水泵站為例,，設置3臺10kV高壓異步電動機和2臺0.4kV異步電動機,，平時2臺0.4kV異步電機運行即可滿足排澇要求，在汛期至大可以5臺電機同時運行,，見圖1,。

　　10kV母線采用單母分段接線，0.4kV母線采用單母線或單母分段接線,。為了減小電機啟動對系統(tǒng)造成的沖擊,，功率較大的電機采用軟啟動器啟動。10kV電動機無功補償采用就地補償機制,，并確保補償后功率因數(shù)為0.95左右,；0.4kV電動機采用集中式無功補償，補償后功率因數(shù)不低于0.9,。

圖1 中小型排水泵站電氣接線示意圖

　　3. 泵站的電氣自動化二次設計

　　3.1 泵站電氣設備的自動控制,、測量、保護,、監(jiān)視,、通訊方面。其內(nèi)容包括：泵站高壓送,、變電系統(tǒng),；泵站0.4kV配電系統(tǒng)；泵站直流系統(tǒng),；電機的綜合保護系統(tǒng),。泵站的保護測控裝置配置如圖2所示,。所有裝置均具備通訊接口，可通過智能網(wǎng)關接入本地監(jiān)控系統(tǒng)或者區(qū)域泵站管理平臺,，智能網(wǎng)關具備邊緣計算和邏輯控制功能,，可根據(jù)現(xiàn)場運行工況進行自動控制。

圖2 泵站保護測控裝置配置圖

表1 泵站保護測控裝置選型

　　3.2泵站及重要輔機系統(tǒng)的自動控制,、測量,、監(jiān)視、通訊方面,。其內(nèi)容包括：為主機配套的油系統(tǒng)的控制（例如：水泵葉片調(diào)節(jié)壓力油系統(tǒng),、快速閘門液（油）壓操作系統(tǒng)、油系統(tǒng),、齒輪箱冷卻油系統(tǒng)等）,；為主機配套的氣系統(tǒng)的控制（為真空破壞閥（虹吸式泵站）所配的低壓氣系統(tǒng)、為水泵葉片調(diào)節(jié)配套的壓力油及其它氣動工具用的中壓儲能氣系統(tǒng)）,；泵站水系統(tǒng)（為主機組配套的冷卻水系統(tǒng),、泵站排水系統(tǒng)和消防用水系統(tǒng)等）。

　　3.3 各種非電量的自動測量,、監(jiān)視,、通訊方面。其內(nèi)容如下：水工安全方面的位移,、沉降,、揚壓力、應力等各種監(jiān)測,；水文,、水位、水情,、水量,、水質(zhì)等各種監(jiān)測；各種溫度,、濕度的監(jiān)測,；絕緣監(jiān)測；各閘門開度,、荷重等監(jiān)測,。

　　這些信號均為模擬量和開關量形式輸出,，采集信號為4-20mA模擬量信號和開關量信號,，這些信號主要PLC裝置采集并進行相應的告警和控制，數(shù)據(jù)可上傳泵站管理平臺,。

　　為了提高可靠性,，4-20mA或者0-5V模擬量信號需要增加信號隔離裝置來實現(xiàn)限壓,、限流、隔離等措施,，增加系統(tǒng)的抗干擾能力,。

表2 泵站信號采集及隔離裝置選型

　　3.4 泵站應設置正常工作照明和應急照明，并滿足各場所照度要求,，應急照明持續(xù)供電時間應不少于30min,。

表3 泵站照明系統(tǒng)要求

　　安科瑞為泵站提供消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)和智能照明控制系統(tǒng)解決方案。正常工作照明可以采用感應控制,、定時控制,、遠程控制等控制方式，滿足泵站工作照明要求,。應急照明和疏散指示系統(tǒng)提供不少于90min的應急照明,，采用集中電源供電，確保消防安全,。消防應急照明和工作照明控制均可接入泵站管理平臺實現(xiàn)集中監(jiān)測和控制,。

圖3 泵站消防應急照明和工作照明系統(tǒng)

　　3.5全站的視頻監(jiān)視系統(tǒng)及視頻信息上傳。

　　4. 泵站管理系統(tǒng)

　　泵站管理平臺由本地保護測控裝置,、測量采集儀表,、PLC自控裝置、視頻安防,、本地控制系統(tǒng)以及區(qū)域泵站管理平臺組成,。通過泵站管理平臺可以實現(xiàn)對區(qū)域內(nèi)泵站的數(shù)據(jù)采集、運行監(jiān)測,、控制調(diào)節(jié),、能耗分析、事故預告報警,、事件記錄,、運維管理等功能，實現(xiàn)泵站無人值守,、集中運維管理,，提高泵站的運行可靠性。

圖4 泵站管理平臺網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖

　　4.1 泵站管理系統(tǒng)(就地部署)

　　Acrel-2000M泵站管理系統(tǒng)部署在泵站內(nèi)部,，實現(xiàn)對泵站的監(jiān)視,、控制和運行記錄，在異常時可及時發(fā)出報警信號,，保障泵站運行安全,。

　　①　泵閘全景圖

　　泵閘全景圖可以幫助用戶進行的監(jiān)測泵閘的運行狀態(tài)，比如內(nèi)外河水位,、節(jié)制閘東西方向的開度,、內(nèi)外側(cè)閘門的開度、水泵運行的狀態(tài)以及電流,。

　?、凇?strong>泵站總覽及單線圖顯示

　　查看泵站配電回路的分布和連接情況以及主要的電參量。主要數(shù)據(jù)包括：三相電流,，三相電壓,，功率、電能,、功率因數(shù),、回路名稱。

　?、邸?strong>節(jié)制閘監(jiān)控

　　監(jiān)測節(jié)制閘運行狀態(tài),，比如閘門開度，是否鎖定解鎖等狀態(tài),，同時具備監(jiān)測內(nèi)外河水位的趨勢,、油泵的運行情況。另外在該功能模塊可以實現(xiàn)對節(jié)制閘,、油泵的遠程控制功能,，并可以進行遠方/就地控制的切換。

　?、堋?strong>水泵運行監(jiān)控

　　監(jiān)測水泵運行狀態(tài),，比如運行、停止,、保護裝置故障等狀態(tài),，實現(xiàn)對水泵遠程控制、排水引水聯(lián)動控制,，在實現(xiàn)遠程控制功能之前將水泵,、工作閘門PLC控制柜選擇遠方。排水引水聯(lián)動時,，系統(tǒng)將下發(fā)進水閘門打開命令,，直至進水閘門全開狀態(tài)。

　?、荨?strong>閘門監(jiān)控

　　監(jiān)測工作門,、油泵運行狀態(tài)，比如運行,、停止等狀態(tài),，在該功能模塊可以實現(xiàn)對工作門、油泵遠程控制。

　?、蕖?strong>趨勢曲線分析

　　可以監(jiān)測電機運行負荷曲線,、內(nèi)外水位曲線等等,，幫助用戶分析和記錄運行趨勢,。

　　此外，系統(tǒng)還具備異常報警,、報表制表等功能,，使管理人員及時了解電站運行情況。

　　4.2 區(qū)域泵站管理平臺

　　AcrelEMS泵站管理平臺設置在云服務器或者區(qū)域指揮中心,，實現(xiàn)對區(qū)域內(nèi)不同類型泵站的統(tǒng)一監(jiān)控,，提高管理效率。平臺具備泵站地理位置顯示,、泵站3D展示,、電力監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢,、控制調(diào)節(jié),、能耗分析、視頻監(jiān)控,、報警管理,、設備管理、運維管理等功能,。數(shù)據(jù)可通過4G無線專網(wǎng)或網(wǎng)絡傳輸,。

　　①　泵站地理位置標識

　　可在地圖標識泵站位置,，點擊地圖上圖標可直接進入泵站監(jiān)視界面,。

　　②　泵站工藝3D展示

　　通過2.5D或3D界面實時展示泵站運行狀態(tài),，包括電氣數(shù)據(jù),、管網(wǎng)、水位,、閘門狀態(tài)等,。

　　③　電力監(jiān)控

　　實時監(jiān)測泵站配電系統(tǒng)運行狀況,，包括電氣參數(shù),，越限/異常報警等等。

　?、堋?strong>泵站非電量監(jiān)控

　　平臺可展示泵站變壓器,、電機、線纜等關鍵接點溫度，另外可對泵站電機振動,、環(huán)境溫濕度,、水位、閘門狀態(tài),、視頻,、門禁等各種參量，并可設置越限報警,。

　?、荨?strong>能耗分析

　　分析各泵站電能消耗數(shù)據(jù)和碳排放分析，對標水泵能效指標,，為管理者進行設備能效升級改造提供數(shù)據(jù)支持,。

　　⑥　報警分析

　　平臺可對區(qū)域內(nèi)泵站的報警進行分級：普通,、嚴重,、事故三個級別，并對所有事故進行分析,，幫助管理者更好了解泵站的運行狀況,，避免錯過重要的報警信息。

　?、摺?strong>設備檔案及運維管理

　　平臺針對泵站設備建立設備檔案庫,，記錄設備生產(chǎn)廠家、性能參數(shù),、維護保養(yǎng)信息,，并生成設備二維碼，支持運維巡檢,、缺陷記錄,、工單管理、事故搶修等運維管理流程,，幫助用戶管理泵站運維,。

　　此外平臺可接入各泵站的照明控制系統(tǒng)、應急照明和疏散指示系統(tǒng)數(shù)據(jù),，通過平臺進行統(tǒng)一監(jiān)控管理,，提高泵站的運行安全和管理效率。