安科瑞 繆凱倫
近年來我國城市內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)，造成人員傷亡以及經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重,，嚴(yán)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(yán)重,，據(jù)不統(tǒng)計，2021年截至上半年,，我國因洪澇災(zāi)害所死亡失蹤人數(shù)達(dá)26人,，造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)135億元。一方面,，我們需要建設(shè)和管理排水設(shè)施,；另一方面，建立城市防洪排澇監(jiān)測預(yù)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(shù)和數(shù)據(jù)支持。泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計算等技術(shù),，以本地自控結(jié)合大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺,，為城市洪澇災(zāi)情監(jiān)測,、內(nèi)澇預(yù)警和治理等方面提供解決方案。
1. 城市泵站的分類
從應(yīng)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)都,，如何讓泵站安全、低耗運行是管理者首先需要關(guān)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(shè)計
根據(jù)DJG 08-22-2018《城鎮(zhèn)排水泵站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，排水泵站根據(jù)功率需求和當(dāng)?shù)毓╇姉l件,，一般采用35kV或10kV供電,。城市排水泵站負(fù)荷等級為二級負(fù)荷，重要地區(qū)的泵站應(yīng)按照一級負(fù)荷設(shè)計,。二級負(fù)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(fù)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?yīng)毩⒐╇?，特殊情況下還需要設(shè)置自備電源,。以一個排水泵站為例，設(shè)置3臺10kV高壓異步電動機(jī)和2臺0.4kV異步電動機(jī),，平時2臺0.4kV異步電機(jī)運行即可滿足排澇要求,，在汛期至大可以5臺電機(jī)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(jī)啟動對系統(tǒng)造成的沖擊,，功率較大的電機(jī)采用軟啟動器啟動,。10kV電動機(jī)無功補(bǔ)償采用就地補(bǔ)償機(jī)制，并確保補(bǔ)償后功率因數(shù)為0.95左右,；0.4kV電動機(jī)采用集中式無功補(bǔ)償,，補(bǔ)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(shè)計
3.1 泵站電氣設(shè)備的自動控制,、測量,、保護(hù),、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(jī)的綜合保護(hù)系統(tǒng)。泵站的保護(hù)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(guān)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(guān)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(jìn)行自動控制,。
圖2 泵站保護(hù)測控裝置配置圖
表1 泵站保護(hù)測控裝置選型
3.2泵站及重要輔機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(yáng)壓力,、應(yīng)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(guān)量形式輸出,，采集信號為4-20mA模擬量信號和開關(guān)量信號,，這些信號主要PLC裝置采集并進(jìn)行相應(yīng)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(yīng)設(shè)置正常工作照明和應(yīng)急照明,，并滿足各場所照度要求,，應(yīng)急照明持續(xù)供電時間應(yīng)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(yīng)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(yīng)控制,、定時控制、遠(yuǎn)程控制等控制方式,，滿足泵站工作照明要求,。應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)提供不少于90min的應(yīng)急照明,，采用集中電源供電,，確保消防安全。消防應(yīng)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(yīng)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(hù)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(yù)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(luò)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(jìn)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,。
② 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。
③ 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(yuǎn)程控制功能,，并可以進(jìn)行遠(yuǎn)方/就地控制的切換,。
④ 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(hù)裝置故障等狀態(tài)，實現(xiàn)對水泵遠(yuǎn)程控制,、排水引水聯(lián)動控制,，在實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能之前將水泵、工作閘門PLC控制柜選擇遠(yuǎn)方,。排水引水聯(lián)動時,，系統(tǒng)將下發(fā)進(jìn)水閘門打開命令，直至進(jìn)水閘門全開狀態(tài),。
⑤ 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(yuǎn)程控制。
⑥ 趨勢曲線分析
可以監(jiān)測電機(jī)運行負(fù)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(shè)置在云服務(wù)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(shè)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(luò)傳輸。
① 泵站地理位置標(biāo)識
可在地圖標(biāo)識泵站位置,，點擊地圖上圖標(biāo)可直接進(jìn)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,。
④ 泵站非電量監(jiān)控
平臺可展示泵站變壓器、電機(jī),、線纜等關(guān)鍵接點溫度,，另外可對泵站電機(jī)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(shè)置越限報警,。
⑤ 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(biāo)水泵能效指標(biāo),，為管理者進(jìn)行設(shè)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(jìn)行分級：普通、嚴(yán)重,、事故三個級別,，并對所有事故進(jìn)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,。
⑦ 設(shè)備檔案及運維管理
平臺針對泵站設(shè)備建立設(shè)備檔案庫，記錄設(shè)備生產(chǎn)廠家,、性能參數(shù),、維護(hù)保養(yǎng)信息，并生成設(shè)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(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)數(shù)據(jù),，通過平臺進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控管理，提高泵站的運行安全和管理效率,。
