探析中小型灌排泵站监控系统的优化设计

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　　【摘要】随着现代科技的进步，监控系统逐步应用在中小型灌排泵站中，但是实际运行中还存在一些问题，与预期的效果有一定差距。文章在监控系统模式的优化；测量、保护功能的完善；监控系统软件的优化设计；强化防雷措施等方面做了必要的探讨分析，提出相关的意见及设计方面的建议。
　　【关健词】中小型排灌泵站；监控系统；优化；测量；保护；流量
　　中图分类号： TV 文献标识码： A
　　
　　在我国，中小型泵站承担着大量的农田排灌、给排水等重任，是重要的基础性水利工程，发挥着不可替代的作用。随着现代科技的进步，监控系统逐步应用在中小型灌排泵站中，不仅提高了效率，也创造了巨大的社会效益。但目前此类泵站的监控系统水平参差不齐，许多泵站的监控系统存在不同程度的缺陷，对于泵站管理水平和运行效率的提升十分有限。本文主要从泵站监控系统优化设计的原则入手，从监控系统模式的优化，测量、保护功能的完善，监控系统软件的优化设计，强化防雷措施等一些具体内容进行探讨分析。
　　1.优化设计原则
　　1.1实事求是原则
　　泵站监控系统是建立在大量现代化技术及设备上的，没有现代技术及设备的支撑，泵站的自动化就无法实现。为此，在进行泵站监控系统设计的过程中，尤其是中小型的灌排泵站必须结合泵站的实际运行管理情况，对所需设备进行确定，统筹规划，切实做好泵站监控系统的定位，不能贪大求全，给泵站的运行管理造成负担。
　　1.2先进性、可靠性原则
　　泵站监控系统是否先进与可靠是该系统建设成败的关键。为此，在进行泵站监控系统设计的过程中，要对相关监控系统设备的先进性及可靠性进行深入的研究分析和比选，结合泵站的实际运行管理情况，综合考量泵站监控系统需求，为提升泵站的管理水平和运行效率提供保障。
　　1.3经济性原则
　　无论是在进行泵站监控系统设计的前期阶段，还是在泵站监控系统建成后对设备的更新和维护阶段，资金的投入都是相当可观的。因为泵站固有的特性，决定了泵站的实际运行时间也相对较少，也就造成了资金投入与泵站的实际运行时间之间的矛盾。因而泵站电气自动化必须遵循经济性原则，否则在后期不断的设备更新及养护投入中，不仅泵站的正常运行管理会受到影响，同时也会给政府及国家造成不必要的经济负担。
　　2.优化措施
　　2.1监控系统模式的优化
　　随着现代科技的飞速发展，微机监控保护、网络通信等技术在农业灌排系统大、中型泵站建设中得到了广泛的应用。新版的《泵站设计规范》(GB50265-2010)、《泵站计算机监控信息系统技术导则》(SL 583-2012)等相关规范专门对新建、扩建与改建的大、中型供、排水泵站的监控系统设计提出了具体指导，但是对于在水利灌排工程体系中占有较大比重的小型泵站〔包括小(1)型和小(2)型）并未作出详细规定。因此，小型泵站监控系统的设计可参照中型泵站的设计，遵循可靠、实用、先进、经济的原则，并充分结合工程建设的实际情况及行业发展的方向，灵活配置以满足运行管理的需求。
　　具有区域集群化控制、远程监控需求或者控制流程较为复杂的中小型泵站应配置监控系统。监控系统根据监控内容、数据需求、信号传输方式等具体情况可灵活采用传统的可编程逻辑控制单元(PLC)实现分层分布式监控模式。对于设备与控制流程较为简单的小型泵站，可优先采用具有远程智能测控终端(RTU)功能的软起动柜或控制箱等一体化控制装置，增加了可靠性的同时也节约了投资。暂不考虑自动化控制方式及远程控制的泵站，在硬件的配置上则推荐采用具备常规工业总线通讯接口的智能型设备(如微机继保装置、软启动器、仪表等)，并且保留必要的外部控制及运行状态反馈信号接口等可扩展接口，可有效降低后期自动化和信息化改造的施工难度及避免不必要的重复性投资，适应现代水利、农业发展需求。
　　关于监控系统远程通讯方式的选择须综合考虑传输数据量、通讯可靠性、信道建设难度、后期运行维护成本、当地通信业务发展程度等多种因素。
　　2.2测量、保护功能的完善
　　中小型灌排泵站的测量、保护功能的配置及硬件选择需充分考虑项目整体档次定位、运行管理需求、供电部门用电回复单对继电保护要求等实际情况，选择测量保护功能全面，自动化程度高的设备。
　　根据现有继电保护相关规范的要求，为保证泵站设备运行的安全性，中小型泵站数据测量应包括电动机的实时数据、水泵进出口水位、水泵轴温、控制柜电源状态、电机运行状态、电动阀的工作状态与启闭位置、真空泵工作状态、水泵吸水管真空度及水泵出水口压力等。其保护功能应包括：高压线路保护；变压器保护；水泵电机过载、转子堵塞/制动、相不平衡或缺相保护；无功补偿装置保护；接触器故障、低/过电压、短路保护；启动加速超时、接地/漏电、泵轴超温、失流保护等。值得一提的是，现有灌排泵站流量的计量几乎是空白，至今还只能依靠水泵铭牌统计水量的初级手段。而对于中小型灌排泵站来说，流量的监测既有助于最大限度的节约水资源、节能减排、提升管理水平，又能够为优化设计提供依据，是一个较为重要的参数，有条件的情况下应该考虑增设流量计。推荐使用的流量计有电磁式和超声波式，电磁式的测量精度较高，价格也相对较高，超声波流量计技术也较为成熟，且价格相对低廉，但二者对水泵的出水流态（直管段）均有一定要求，需要在设计之初就与土建专业保持沟通。
　　2.3监控系统软件的优化设计
　　现有的很多泵站的监控系统的软硬件配置较为齐全，但每个子系统相互独立，缺乏联动和整体性，没有完全发挥出监控系统性能优势，不够智能。优秀的泵站监控系统软件，应具备8个方面特性：①安全可靠的系统平台; ②开放、易用的开发环境; ③丰富生动的图形界面; ④形式多样的报表统计系统; ⑤智能化的报警处理; ⑥专业的管理应用软件; ⑦全面支持Web浏览; ⑧丰富灵活的组态工具。
　　2.3.1监控系统软件融入优化调度算法
　　中小型灌排泵站一般装机容量有限，但是由于此类泵站数量庞大，降低能耗和提高效率依然极为重要。适用于中小型灌排泵站的调度算法主要依据以下三个准则，以泵站效率最高为准则、以泵站能耗最低为准则、以泵站流量最大为准则。融入优化调度算法的软件能够根据泵站抽水量的需求及泵站进、出口水位的变化，通过对泵组当前投运情况的分析，在保证设备运行安全、避免泵组运行在空蚀和振动区域的前提下，基于某一优化调度算法，自动选择开机台数与泵组投入顺序进行泵组启停操作，使泵组在最佳运行工况下运行，降低抽（排）水能耗，实现泵站的经济运行管理。
　　2.3.2监控系统软件与视频监视联动控制
　　视频监视系统通过摄像机以直观的方式实时监视现场设备的运行，是监控系统软件的一种有效补充。视频监视系统可以设置一定的界限，自动完成越限报警，对于泵站及管理区的安防起到事半功倍的效果。此外，视频监视系统配以智能化的报警处理软件，可以实现控制系统报警与视频监控系统联动，即当现场设备操作或发生故障时，监控系统软件按预定义的通信规约，发出相关的信息至视频系统，视频系统根据收到的信息检索预设的动作位置，自动调节相关的摄像机位置，跟踪现场动作，并弹出相关视频画面。
　　2.4强化防雷措施
　　泵站现场许多传感器、变送器、摄像机及其它通信设备等，均属弱电设备，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。许多泵站监控系统经常性工作不正常，很多情况都是因为防雷措施设置不当。
　　雷击具有多种形式，泵站的监控系统主要考虑对直击雷和感应雷的防护。对于直接雷的防护主要采用避雷针、引下线、接地体及相关的电气连接，一般按照标准和规范设计、施工和管理，就可达到防雷减灾的目的。对于感应雷主要从以下几个方面综合考虑:
　　(1)等电位联结。把建筑物的钢筋和内部各种导电物用导体连接，保证等电位，可有效消除和降低电位差。
　　(2)屏蔽和线路的合理布设。屏蔽是监控系统防雷电电磁脉冲干扰的重要措施之一，所有通信线路都必须有屏蔽，架空电力线在进入机房前必须改为屏蔽电缆或穿钢管，屏蔽电缆的铠装外皮和钢管的两端都要就近接地，进机房前的屏蔽电缆和穿钢管埋地长度需大于10 m，埋地深度0.6~1.0 m，才能达到安全。
　　(3)采用避雷器的方式。主要分为电源避雷器和信号避雷器2种。对于电源避雷器的设置应采用多级保护、逐级泄流、降低残压的原则；对于信号避雷器，则依照架空进线、室外走线、远距离走线多安装，局域网线选择性安装，特殊接口少安装的原则实施。
　　3.结 语
　　综上所述，要完善优化中小型灌排泵站监控系统的设计，不仅要熟悉泵站监控系统各个环节的先进科学技术与应用，更要切实了解泵站运行管理的内在需求，同时还要遵循一定的原则，使得中小型灌排泵站发挥出更大的社会效益。
　　
　　
　　
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