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      泵站微机自动化控制的问题及解决方案

      * 来源 : * 作者 : admin * 发表时间 : 2016-06-15 * 浏览 : 26

        解台泵站是南水北调东线第一期工程江苏省境内第八级梯级抽水站,包括抽水站和节制闸,工程采用闸站合一的布置方式,其主要任务是扩大解台站的输水规模,沟通骆马湖至南四湖的调水线路,实现向北调水的的目标。泵站设计流量125m3 /s,安装立式轴流泵5台(其中1台备用),单机流量31.5 m3 /s,配套电机额定功率2800kW,电压等级为10kV,节制闸设计流量500m3 /s,共3孔,单孔净宽10m.采用110kV专用架空线路向泵站供电,设有110,10kV户内变电所。

        解台泵站设置一套微机综合自动化监控系统,其系统为分层分布开放式结构,采用环形冗余光纤快速以太网拓扑结构。

        系统控制权分为远方,控制室,现地三级,可以进行无扰动切换,控制权限越接近设备越高,各控制单元相互独立运行。现地级与主控级采用具有冗余功能的环形光纤以太网实现数据通信,监控单元的交换机之间采用光纤设备连接成以太网,环网中任意一处节点线路故障时,网络可以自动选择另一方向实现通讯,网络速率达100Mbps,信息传输速率和安全可靠性很高。其主要任务是完成现场数据的采集和处理,机组设备的控制调节,故障报警,历史数据的存储和查询,泵站自动抽水控制及与上位机通讯,具体为实现泵站5台同步电动机,泵站10孔快速闸门,节制闸3孔闸门,供排水系统,风机,叶片调节系统等辅机系统,10台回转式清污机,1台皮带输送机,户内变电所电气设备以及直流屏,微机励磁装置,微机综合?;ぷ爸玫淖远嗫?,达到远程监控,数据共享,图像远传浏览的水平;同时,与南水北调东线第l期工程调度运行管理系统连接,实现遥测,遥信,???,遥调,遥视等功能,并与上级220kV潘家庵变电所进行电力通信,实现远程调度功能。

        2存在问题探讨

        2.1系统网络安全问题

        大型泵站微机综合自动化监控系统的网络与普通的的计算机网络有许多不同之处,它针对性强,对网络的稳定性,可靠性和安全性要求高。解台泵站监控系统目前的系统网络结构如图1所示,系统内通讯主机兼Web发布机,监控系统网络与局域网直接相连,易受病毒感染或黑客攻击,给监控系统带来了很大的安全隐患。目前,该泵站(包括其他泵站)还停留在简单的被动防护阶段,即平时断开物理链接,必需时短时间接入,采用防病毒软件等。鉴于该结构存在的欠缺,建议将Web机浏览功能从通信机上分离出来,单独采用一台计算机作为Web服务器,监控系统的通信机与Web服务器通过硬件的物理防护方式增加网络安全隔离装置,如SysKeeper2000,在监控系统网络和管理所局域网及将来的广域网之间实现安全的数据传输。

        通过采用网络隔离装置,实现2个不同安全等级区之间的数据交换,既满足泵站对Web浏览的需求,又能保证监控系统的安全性,极大地提高了整个系统的可靠性与稳定性。改进的系统网络结构如图2所示。

        2.2水泵装置工况点动态调节问题

       ?。?)水泵装置工况点<3>。水泵供给水的总比能与管道所需求的总比能相等的那个点,也即为水泵特性曲线与管道特性曲线的交点。水泵工况点取决于水泵的性能,管路性能和进出水池的水位差(净扬程)三种因素,其中任一因素的变化,水泵的工况点都将随之改变,水泵装置的工况点实际上是在一个相当幅度的区间内变化着。对水泵工况点进行适当的调节使之在选定的高效率区间运行,既可以提高装置效率和功率因数,达到节能降耗的目的又能保证水泵正常工作,如果水泵不在高效区工作,动力机超载或负荷不足或发生汽蚀等。调节水泵工况点的方法主要有变角调节,变速调节及变径调节,对于大型全调节型轴流泵或混流泵一般采用变角调节的方法来实现。因此,水泵装置工况点是泵站考核的一个重要的经济指标,同时调节水泵装置工况点也是泵站实现经济运行管理的一个重要举措。

       ?。?)静态调节。解台泵站(其他大型泵站)目前主要采用静态调节的方法。即技术人员根据上下游水位组合情况及调度指令,利用水泵装置性能曲线(如图3),人工计算出叶片角度,由运行人员在上位机上输入叶角值,系统根据预输入的叶角值进行自动调节。当运行工况发生变化时,重复以上步骤操作。

        这种调节水泵装置工况点方法存在诸多缺点,因为上下游水位(净扬程)时刻在发生着变化,为确保水泵装置在高效区工作,这项工作是不可能也无法靠人工来完成的。这种所谓的自动调节实质上是与现场控制箱手动调节加以区分的,从严格意义上讲,实际上是一种人工的手动调节,无真正应用价值。

       ?。?)动态自动跟踪调节。采用微机监控系统动态跟踪调节的方法很容易解决以上难题,具体做法是:利用原上下游已配置的超声波水位传感器及原各授油器内已配置的叶角传感器,将水泵装置性能曲线及一套具有调节装置工况点的功能程序输入到监控主机内,监控系统实时采集和处理由传感器上传的泵站进出口水位及叶片角度的数据,根据存储在监控主机内的装置性能曲线,再执行功能程序进行分析计算和动态跟踪调节,即当净扬程减小时,将叶片安装角调大,在保持较高效率情况下增大出水量,使动力机满载运行;当净扬程较大时,将叶片安装角调小,适当较小出水量,使动力机不致过载运行。这种做法的优点是不需要添加任何硬件设备,关键就是功能软件的开发。

        2.3工作闸门联动控制问题

        解台泵站主机开?;牍ぷ髡⒚诺牧耆峭ü⒒嗫叵低忱词迪值?,现以1#主机为例,具体介绍如下。

        开机时首先将事故门开启到全开位置,可采用在液压控制屏现场手动操作方式,也可以在上位机或在现地LCU触摸屏操作,然后将功能开关旋至联动位置,当合上主机断路器时,监控主机通过与现场PLC建立通讯,按照预设定的程序自动发出程序指令,由现场PLC控制输出驱动24V继电器(1KA4),通过1KA4出口继电器的触点(微机启门节点)接通电磁换向阀(YV13)的控制回路(见图4),从而实现了工作门的开启。?;?,高压断路器分断,同样也有监控主机向现场PLC发送程序指令去接通电磁换向阀(YV14)的控制回路,以达到关闭工作门的目的。从以上控制过程不难看出,主机开?;牍ぷ髅诺牧刂仆耆且揽考嗫叵低车耐ㄑ锻缋词迪值?,但一旦系统网络通讯出现故障,闸门联动控制将无法实现。当开机时,由于工作门不能联动,即轴流泵闭阀启动,如运行人员不紧急?;蚴侄裘?,则极易引起电机过负荷,轻则导致定子绝缘破坏,重则烧坏电机诱发火灾事故;当?;?,机组极易出现飞逸转速,严重影响机组寿命。

        鉴于存在以上缺陷,建议将主机高压断路器(3QF)的辅助触点并联接入电磁换向阀YV13,YV14的控制回路中,以便在系统通讯网络出现故障时,为正??;蚧檎T诵刑峁┧O?,具体做法是:在高压开关柜面上增加一只LW2-16D/ 49.4021.3Y型转换开关(QT),开关分三个位置即启门位,断开位及闭门位。

        2.4节制闸流量自动测算与调节问题

        泵站节制闸泄洪流量的测算统计是运行管理中的一项重要任务,同时也一直是运行管理中的一大难题,靠人工计算工作量大,过程复杂且准确度差。节制闸的运行可分为恒流量和恒开启高度两种运行方式。目前大型泵站的节制闸以恒高度运行方式居多,闸门开启高度的控制主要是依据上级防汛部门下达的调度流量,根据上下游水位的组合情况,利用相应的开启高度-过闸流量曲线而确定,而流量的统计计算主要是采用调度流量与开闸总时间的简单乘积,使计算结果与实际值偏差很大。

        针对以上问题,笔者认为利用微机监控系统可以完成闸门流量的自动测算及闸门的动态调节任务。具体思路是:利用原上下游已配置的超声波水位传感器及原各节制闸油缸内已配置的开度传感器,将闸门开度-流量关系曲线,闸门开度-下游水位关系曲线,下游水位-允许过闸流量关系曲线及一套具有自动测算和调节的功能程序输入到监控主机内,在原节制闸监控画面的基础上,利用Intouch软件绘制恒流量运行,恒开度运行,调度流量,即时流量四个控键并组态好。测算及调节流程为:监控系统首先判断闸门运行方式,当采用恒流量运行方式时,选择控键,在调度流量控键内输入流量值,系统根据监控系统实时采集和处理由传感器上传的节制闸上下游水位及闸门开度的数据及存储在监控主机内的曲线,执行功能程序自动进行闸门的开度计算和动态跟踪调节;当采用恒开度运行方式时,选择恒开度运行控键,在调度流量控键内与输入流量值,系统自动地进行开度计算并执行相应的控制流程,然后将累计流量存入主机数据库并生成报表。恒流量运行方式泄洪流量的计算比较简单,即泄洪流量等于调度流量与时间的乘积,但动态调节的流程比较复杂;恒开度运行方式控制比较简单,即系统根据计算出来的开度值,将闸门提升到一定高度,但泄洪流量的统计计算十分繁琐。

        2.5自动化控制设备的选用问题

        先进的微机自动化监控方式离不开可靠的自动控制设备,目前在南水北调大型泵站中,作为控制与?;さ暮诵牟考LC可编程控制器及微机综合?;て骰旧隙际茄∮昧斯獠?,解台泵站选用法国施耐德公司的Quantum及Premium系列PLC和Alston公司的微机综合?;て?,其优点是安全稳定性好,故障率低,日常维护量小,其缺点一是使用及技术说明书和人机交互界面均为英文,没有很扎实的英语基础,阅读及使用起来相当困难,给日常的运行管理带来诸多麻烦;其二是设备一旦发生物理性故障,其售后服务及更换或新购设备时间相对滞后,若出现在运行期内,则严重影响了泵站的正???。究其原因主要是目前国产设备可靠稳定性能远不如国外产品,随着国内生产技术的不断发展成熟,在满足安全可靠性的基础上,我认为优先选用国内设备是自动化设备选用的一种必然趋势。

        2.6监控系统实用性问题

        泵站微机综合自动化系统的主要功能之一是实现站内主辅机设备及变电系统的自动控制,有很多泵站虽然上了计算机监控系统,但往往只发挥了数据监测的功能,自动控制功能相对弱化,究其原因主要有:从目前的计算机自动化项目实施情况看,参与项目的不少技术人员在计算机及自动控制方面具有较高的技术水平。但是他们对水泵机组的技术特性,经济运行的基本知识,泵站技术管理基本要求等方面的了解较少,针对性不强,实用性较差,而泵站技术人员又对计算机自动化方面的知识比较缺乏,对计算机自动化提不出很具体的技术要求。

        要开发出实用性强,能切实满足大型泵站运行管理实际需要的微机自动化监控系统,其一,设计人员不仅要加强自动化方面的研究,还要加强对水泵的基础理论,泵站的经济运行,泵站运行管理等相关基本知识的学习;其二,运行管理单位要加强对运行管理人员在自动化基础理论等方面的学习与培训,开展岗位练兵,技术比武等活动,切实提高他们的业务技能。

        3建议

       ?。?)微机综合自动化系统的设计在满足安全可靠的基础上,要紧紧围绕泵站经济运行这个中心任务,旨在提高泵站装68南水北调解台泵站微机综合自动化应用若干问题探讨孟广清赵孟博置效率上开展设计工作,切实开发出适合泵站实际运行需要的微机监控系统。

       ?。?)对变配电设备控制流程的设计,在逻辑上要力求严密,在上位机监控画面上要设置多层确认对话框,以免运行人员误操作,预防事故发生。

       ?。?)自动化设计人员要加强对水泵及水泵站相关知识的学习,以适应泵站微机综合自动化系统设计工作的需要。

       ?。?)泵站设计要充分考虑雷电对系统的危害,采取可靠的防雷措施。计算机监控系统除了自身的上位机及LCU设备外,还与现场许多传感器,变送器及其他设备相连,由于计算机,通信等设备普遍存在绝缘强度低,耐过压能力差的弱点,一旦遭受雷击,轻者造成系统运行故障,重者造成设备永久性损坏。

        4结语

        本文仅对解台泵站中目前普遍存在的问题进行了分析探讨,但由于作者水平有限,认识,研究的深度和广度还不够,仅从理论的角度出发给出了相应的改进措施或基本思路,这与具体实践应用可能还有一定差距。随着科技的迅猛发展,一些智能化控制,?;ど璞冈诖笮捅谜局械墓惴河τ?,人们对微机综合自动化控制技术的要求也越来越高,随着机组的长时间投运,可能还会出现一些新问题,因此研发出运行方式更加经济,控制方式更加先进,控制功能更加全面,控制性能更加可靠的微机综合自动化系统不仅是当前大型泵站提升运行管理自动化水平的迫切需要,同时也是自动化设计人员当前所面临的一项重大研究课题。

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