排澇泵站自動化升級改造研究

　　摘要:文章從排澇泵站應(yīng)急預(yù)排機制、群控聯(lián)合調(diào)度、自動化運行智能性、泵站運行成本、單站自動化改造以及自動化建設(shè)標準等方面，提出了升級改造惠州地區(qū)排澇泵站的方向和思路。然后探討了實現(xiàn)水利信息化、管控一體化、遠程監(jiān)測及視頻技術(shù)應(yīng)用的方法途徑，為提高惠州地區(qū)排澇泵站智能化、實用化升級改造提供一定的決策依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞:排澇泵站,現(xiàn)狀分析,升級改造,技術(shù)方法

　　0引言

　　由于天氣異常和地域多雨的特點，惠州地區(qū)的經(jīng)濟社會和生產(chǎn)生活正受到高強度降水形成的內(nèi)澇的困擾。大中型泵站作為城市排澇的重要組成部分發(fā)揮著不可替代的作用，如何做好排澇泵站的升級改造，有效解決泵站管養(yǎng)能力不足和利用效率低等問題，從而實現(xiàn)增效節(jié)能為當前亟需解決問題之一[1]。

　　目前，惠州地區(qū)排澇泵站建設(shè)的指導(dǎo)性標準還比較缺乏且不同分區(qū)的自動化現(xiàn)狀存在較大差異，主要體現(xiàn)在以下4個方面:①單站機電設(shè)備管養(yǎng)水平和自動建設(shè)水平較低，設(shè)備利用率低;②泵站群控率低而規(guī)模大，泵站群區(qū)域排澇成本高、效率差;③城鎮(zhèn)水環(huán)境污染和雨污管道混接問題突出，不合理的排水體制嚴重影響著排澇泵站的自動化建設(shè)和高效運行;④泵站運行參數(shù)受涌洪潮水位頂托影響有待進一步的優(yōu)化調(diào)整，還未形成普遍適用、統(tǒng)一的自動化設(shè)計研究方法[2-4]。因此，對自動化建設(shè)標準及其升級改造技術(shù)的研究已成為當前研究的熱點之一。

　　1排澇泵站自動化建設(shè)現(xiàn)狀及問題

　　1.1惠州市排澇泵站自動化建設(shè)現(xiàn)狀

　　惠州地區(qū)屬于亞熱帶季風氣候，具有降水多氣溫高臺風生成晚和開汛早結(jié)束晚汛期持續(xù)時間長等特征，平均降水量1897.0mm/a且在時空分布上極不均衡，近年來短時強降水、雷雨大風和冰雹等強對流天氣頻發(fā)，若無法及時排水極有可能發(fā)生內(nèi)澇災(zāi)害，且隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的快速發(fā)展惠州地區(qū)雨島效應(yīng)日趨頻繁。將降雨產(chǎn)生的澇水在短時間內(nèi)排出去為排澇站的關(guān)鍵目標，這也是導(dǎo)致節(jié)能增效并未引起相關(guān)部門重視的重要因素，統(tǒng)計資料顯示惠州市惠陽區(qū)的排澇泵站運行時間較短，且由于近年來氣候降水多變使得泵站設(shè)計缺乏可靠、穩(wěn)定的依據(jù)，排澇泵站仍具有較大的節(jié)能增效潛力。

　　除按大型泵站打捆立項以外的已改造的泵站通訊系統(tǒng)、保護系統(tǒng)、計算機監(jiān)控等自動化控制系統(tǒng)均沒有得到有效的改善，保護配置仍較為簡單。另外，部分排澇泵站雖然引入了一些監(jiān)控設(shè)備，但針對排澇泵站設(shè)計開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)相對較少，在實際應(yīng)用過程中其效果較差，在很多地區(qū)也就成了擺設(shè)[5]。在排澇泵站自動化標準確定時還未形成科學(xué)、合理的評判依據(jù)，自動化建設(shè)規(guī)模在標準過高時偏大，從而導(dǎo)致設(shè)備閑置和投資浪費;自動化建設(shè)規(guī)模在標準過低時不足，由此需要二次建設(shè)并產(chǎn)生投資浪費。

　　所以，需要深入演技建設(shè)標準的合理確方法。在設(shè)計過程中各單位采取了不同的設(shè)計形式和方法，但主管部門并沒有給予統(tǒng)一和足夠的重視。隨著惠州地區(qū)工業(yè)園區(qū)和新城區(qū)的快速建設(shè)，原有泵站排澇能力不足的問題日趨突出，在暴雨情況下必將導(dǎo)致內(nèi)澇承載，目前亟需通過泵站的新建和改建提高當?shù)氐姆罎硿p災(zāi)能力，加強對自動化群控建設(shè)增加城市排澇流量。隨著時代的進步和科技的發(fā)展，比較先進的自動化技術(shù)逐漸使用至新建大型泵站中，這為未來的節(jié)能增效和優(yōu)化設(shè)計提供了強有力的支撐[6-8]。

　　1.2惠州市排澇泵站自動化建設(shè)存在的問題

　　1)本地區(qū)排澇泵站以中小型規(guī)模為主，且部分區(qū)域采用的老舊型號并未更新，因此排澇能力和自動化水平存在較大差異。另外，在檢測過程中利用較為常用的GPRS、傳感器檢測等技術(shù)還比較少，檢測方法單一、操作簡單，對于泵站設(shè)備缺乏系統(tǒng)的監(jiān)測。針對自身資源排澇泵站無法進行有效的整合和維修經(jīng)驗的積累，檢測手段的改進仍存在較大的空間。在運行管理過程中中小型泵站缺乏可靠的依據(jù)，可為大型泵站提供借鑒經(jīng)驗相對更少[9]。

　　2)惠州地區(qū)的小型泵站的平均裝置效率較低，即使大中型泵站僅有30%-50%，排澇泵站能耗巨大，每臺機組的能源單耗達6-8kWh/(ktm)，距離標準要求的單耗仍存在較大的差距，且能耗浪費問題突出。

　　3)排澇泵站自動化系統(tǒng)應(yīng)具有信息通訊、故障報警、設(shè)備運行監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集與處理等通能，而大部分排澇泵站并不具備這些功能。加之惠州地區(qū)自動化專業(yè)技術(shù)水平存在較大差異、管理人員缺乏，青工穩(wěn)定性因地域經(jīng)濟發(fā)展而較低，對于高素質(zhì)技師和專業(yè)技工的培養(yǎng)更加缺乏。

　　總之，目前在惠州地區(qū)泵站自動化建設(shè)和運行維護管理中存在5個問題:①自動化水平現(xiàn)狀和泵站運行維護水平存在較大差異，指導(dǎo)性建設(shè)標準缺乏可靠依據(jù);②單站自動化建設(shè)水平和維護管理水平較低，利用率低;③管理人員能力和管養(yǎng)水平較低，工作穩(wěn)定性差;④排澇泵站群控率低，而規(guī)模較大;⑤季節(jié)性運行為排澇泵站的特點，從而使得自動化改造成本高和改造難度大。

　　2排澇泵站自動化改造的解決思路和方向

　　2.1加強單站自動化的提升改造，提升自動化運行的智能性

　　要體現(xiàn)惠州地區(qū)特殊的地域特色建設(shè)改造單站自動化及運行管理維護，本著安全可靠、經(jīng)濟實用和技術(shù)適度先進的原則進行。盲目的改造和不切實際的目標不僅達不到預(yù)期的效果，而且還會造成資源的浪費，因此在自動化建設(shè)過程中不能追求排澇泵站的“高大上”，而應(yīng)充分考慮惠州地區(qū)的城鎮(zhèn)化普及、多臺風天氣及暴雨季節(jié)性頻繁等地域特色，切實有效的提出單站自動化提升途徑和改造方法。在天然流域降雨產(chǎn)流計算時較為常用的方法有推理公式法和綜合單位線法，然而這些由水利部頒發(fā)的計算方法對于城市化區(qū)域降雨產(chǎn)流的計算并不一定適用。在實際計算時有學(xué)者采用了其他的計算方法，并未形成普遍適用的方法，在計算過程中應(yīng)綜合考慮各種因素和特殊情況進行適當?shù)男抻啞?/p>

　　目前，在惠州地區(qū)排澇泵站管理運行、施工建設(shè)和設(shè)計等方面，單站自動化提升和改造策略得以突出體現(xiàn)[10]。對電氣設(shè)備的保護和控制為排澇泵站管理比較注重的內(nèi)容，通常只是監(jiān)視泵站設(shè)備及主機組，監(jiān)測進出口水位、閘門開度等，對于其他方面的監(jiān)測比較少。因此，在自動監(jiān)測和保護系統(tǒng)中宜納入所有設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)體系，加強對泵站輔助設(shè)備和主機組的監(jiān)測，如加強對啟閉機運行狀態(tài)、清污機工作性能、進出水水清、技術(shù)供水的水量水壓、閘門位置與開度、水泵進出口壓力以及主機組的在線監(jiān)測等。在自動監(jiān)測和保護系統(tǒng)中納入這些設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)，可顯著增強泵站自動化運行的共享性、實用性和智能性，從而明確泵站自動化的一般標準和監(jiān)測項目，提出指導(dǎo)性的技術(shù)標準并為自動化新舊泵站的建設(shè)與改造提供參考�；葜菔谢蓐枀^(qū)某排澇泵站的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　2.2完善自動化建設(shè)標準和管理信息化體系，減低運行成本

　　泵站自動化系統(tǒng)涉及到的范圍較廣、情況復(fù)雜且形式多樣，自2009年發(fā)布泵站自動化指導(dǎo)意見以來始終存在標準不一、經(jīng)濟投入差異大和執(zhí)行力度不夠等問題，尤其是在微機運行維護管理和電氣保護方面仍需要進一步完善，截止目前還未形成普遍適用、統(tǒng)一完善的建設(shè)標準。

　　相關(guān)研究對泵站自動化改造及其現(xiàn)狀分析還不夠深入，仍需要進一步調(diào)研和探索。通過分析問題和現(xiàn)狀調(diào)研，從而提出一套適用于自動化建設(shè)的排澇泵站指南或標準。在過去本地區(qū)的排澇泵站仍以中小型規(guī)模為主，大多數(shù)采用老舊型機電設(shè)備和人工分、合斷路器的設(shè)備控制形式。另外，設(shè)備監(jiān)測環(huán)節(jié)較少且監(jiān)控手段單一、簡陋，通常都是在機器不能正常運轉(zhuǎn)或泵站發(fā)生跳閘停機等故障時才進行維修，對于緊急排澇任務(wù)構(gòu)成了嚴重的不利影響。在故障搶修后缺乏有效的總結(jié)和經(jīng)驗積累，可供借鑒的系統(tǒng)管理制度和運行經(jīng)驗缺乏，不利于維修方法、檢測手段的改進以及現(xiàn)代化排澇泵站建設(shè)。

　　為降低泵站運行成本原有泵站的升級改造和大型泵站的建設(shè)，應(yīng)充分考慮原有自動化經(jīng)驗教訓(xùn)和運行維護方法。近年來，新建排澇泵站采用了新的途徑，借鑒了以往的設(shè)計方法取得了理想的成效。在運行過程中排澇泵站的成本投入較高，泵站的低收益性與排澇的公益性、季節(jié)性特征相關(guān)，其中財政撥款為其管護資金的主要來源，在暴雨成災(zāi)時地方政府應(yīng)保持管護資金的充裕，重視泵站的管護。因此，在初期設(shè)計時就要考慮降低泵站運行成本的問題，采取科學(xué)節(jié)能的方法和低能耗的機電設(shè)備，實施無人值班和狀態(tài)監(jiān)測等措施均可在一定程度上節(jié)約泵站運行成本。

　　2.3加強排澇泵站的群控聯(lián)合調(diào)度，建立應(yīng)急預(yù)排機制

　　為更加充分的發(fā)揮水閘作用和節(jié)約能源消耗，按照內(nèi)河涌水位辯護群控聯(lián)合調(diào)度排澇泵站，結(jié)合外江潮位預(yù)報和天氣預(yù)報優(yōu)先開啟裝置效率高的泵站排水，為有效硬度極端暴雨天氣做好預(yù)排搶排等措施�；葜菔谢蓐枀^(qū)某排澇泵站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可對引排水方案調(diào)度指令按照數(shù)據(jù)流程，從而實現(xiàn)自上而下的有效傳輸;系統(tǒng)在線視頻、監(jiān)測等技術(shù)的共享、分發(fā)、傳輸、采集，有助于有效信息的交流和傳遞;另外，各閘泵站和調(diào)度中心工作可通過運營商VPN技術(shù)實現(xiàn)同一虛擬網(wǎng)絡(luò)的目標，從而提高了通道利用率和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

　　自動化泵站的安全運行問題存在于尚未改造和已完成改造系統(tǒng)中，并且實際上的泵站自動化水平更低，人工完成事故的判斷和泵站的操作仍存在于部分泵站，為保證新改造系統(tǒng)的安全運行還必須有人值班。縣級及以上規(guī)模的國有泵站通常將職工宿舍建設(shè)在泵站旁，安排幾個人對設(shè)備管護，并且在汛期時進行值班;而對于泵站總?cè)萘肯鄬Ρ容^小的縣級以下水利局管理的泵站，通常在附近的村鎮(zhèn)安排住宿，值班人員在汛期排水時水在泵房里，這種問題較為突出且形勢不容樂觀，亟需對自動化設(shè)備進行升級改造。

　　現(xiàn)代化排澇泵站改造的兩大特點為聯(lián)合調(diào)度和實施信息化建設(shè)，惠州市某排澇泵站綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在惠州地區(qū)各水利部門受汛期臺風影響前做好防御工作，調(diào)動各方面水清和信息積極發(fā)揮各泵站的作用，為進一步降低內(nèi)河涌水位及時實行預(yù)排預(yù)抽空措施，騰出庫容控制內(nèi)河水位在設(shè)定值以下水平。另外，水利泵站24h待命并嚴格執(zhí)行值班制度，對水勢水情嚴密觀察不得松懈;為確保內(nèi)河涌流水暢通對內(nèi)河段、各泵站內(nèi)的雜物組織人力清理、檢查。

　　3適合惠州地區(qū)的排澇泵站自動化改造的技術(shù)方法

　　3.1共享性和實用化

　　排澇泵站自動化改造和建設(shè)的發(fā)展趨勢以資源共享、性能可靠、使用方便、操作簡單等為主，這也是理性投資的基本要求。泵站的自動化改造建設(shè)和管理維護，應(yīng)遵循資源解決、管養(yǎng)防范、安全可靠、性價比高、經(jīng)濟使用和技術(shù)適度有限等原則，按照實用性要求提升和改造泵站自動化水平。

　　3.2水利信息化和管控一體化

　　隨著GRRS、通訊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，控制命令的下達速度和實地數(shù)據(jù)的采集可靠性了顯著的提升，泵站信息化管理因軟件技術(shù)的發(fā)展變得更加便捷，排澇泵站自動化系統(tǒng)的普及和廣泛使用必將成為未來的發(fā)展趨勢。惠州市某泵站的功能結(jié)構(gòu)和維護管理系統(tǒng)。

　　3.3視頻技術(shù)和遠程監(jiān)測的使用

　　由于視頻具有無間隔同步顯示、傳輸速度快及圖像清晰等優(yōu)點，更容易被各層級管理人員所接受，在惠州排澇泵站中這項技術(shù)的應(yīng)用最為普遍和廣泛，并且在一定程度上推動了自動化系統(tǒng)中視頻技術(shù)的應(yīng)用。對于復(fù)雜的視頻監(jiān)控系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不同的視頻信號可RGB信號可采用強大的大屏幕拼接控制器來實現(xiàn)。

　　職能電表、水位計、流量計等為排澇泵站調(diào)度系統(tǒng)常用的監(jiān)測儀表，而原有自動化設(shè)備往往是現(xiàn)場查勘閘門開度和未知、水泵進出口壓力監(jiān)測等功能，通過在原有系統(tǒng)中引入GPRS模塊可以實現(xiàn)以短信的形式將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至收集，尤其是對于某種極端數(shù)據(jù)或發(fā)生過賬時，可采用GSM模塊對系統(tǒng)進行遠程操作，將只是定和控制按鈕轉(zhuǎn)變?yōu)槿藱C界面并實現(xiàn)智能化監(jiān)控。

　　3.4系統(tǒng)自診斷功能的完善

　　為了進一步提高泵站的安全可靠性并降低機組的故障率，實現(xiàn)泵站的高效經(jīng)濟運行和優(yōu)化調(diào)度，有必要監(jiān)測診斷泵站機組工作狀態(tài)。隨著GRPS、測試技術(shù)、現(xiàn)代傳感和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，在泵站調(diào)度運行中現(xiàn)代化技術(shù)逐漸得到推廣和適用，自動化診斷泵站系統(tǒng)功能的體系日趨得到完善，實施監(jiān)測大中型泵站機組的故障和工作狀態(tài)是滿足現(xiàn)代化、自動化泵站管理發(fā)展的必然要求。

　　4結(jié)論

　　目前，惠州市排澇泵站存在的主要問題有自動化水平現(xiàn)狀和泵站運行維護水平存在較大差異，指導(dǎo)性建設(shè)標準缺乏可靠依據(jù);單站自動化建設(shè)水平和維護管理水平較低，利用率低;管理人員能力和管養(yǎng)水平較低等。隨著惠州地區(qū)工業(yè)園區(qū)和新城區(qū)的快速建設(shè)，原有泵站排澇能力不足的問題日趨突出，在暴雨情況下必將導(dǎo)致內(nèi)澇承載，目前亟需通過泵站的新建和改建提高當?shù)氐姆罎硿p災(zāi)能力，加強對自動化群控建設(shè)增加城市排澇流量。

　　文章從泵站群控聯(lián)合調(diào)度、應(yīng)急預(yù)排機制、自動化智能性、泵站運行成本控制、單站自動化改造及自動化建設(shè)標準等方面，提出了升級改造該地區(qū)排澇泵站的技術(shù)方法和思路。排澇泵站自動化改造和建設(shè)的發(fā)展趨勢以資源共享、性能可靠、使用方便、操作簡單等為主，這也是理性投資的基本要求，文章探討了實現(xiàn)水利信息化、管控一體化、遠程監(jiān)測及視頻技術(shù)應(yīng)用的方法途徑。另外，排澇泵站自動化系統(tǒng)的普及和廣泛使用必將成為未來的發(fā)展趨勢。

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　　【摘要】隨著中國計算機技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)以及傳感技術(shù)的發(fā)展，電氣工程自動化技術(shù)呈現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。鑒于電氣工程自動化技術(shù)的發(fā)展是多方面的，該技術(shù)的發(fā)展水平需要多項技術(shù)的支撐，中國的科技水平已經(jīng)將電氣工程推向了自動化技術(shù)的發(fā)展軟道。面對這樣良好的發(fā)展契機，就要不斷地創(chuàng)新，并將技術(shù)創(chuàng)新與社會環(huán)境需求相結(jié)合，特別是目前正面臨著能源危機問題，大力發(fā)展電氣工程自動化，促進相關(guān)技術(shù)的進一步發(fā)展。

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