王蘭
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
近年來(lái)我國(guó)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(guó)平均每年受淹或發(fā)生內(nèi)澇城市的數(shù)量約占我國(guó)城市數(shù)量的1/5;人民生命財(cái)產(chǎn)也損失嚴(yán)重,據(jù)統(tǒng)計(jì),2021年截至上半年,我國(guó)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,我們需要積極建設(shè)和管理排水設(shè)施;另一方面,建立城市防洪排澇監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。它不僅可以為管理部門(mén)提供城市河流和道路水位的實(shí)時(shí)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(jì)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(tái),為城市洪澇災(zāi)情監(jiān)測(cè)、內(nèi)澇預(yù)警和治理等方面提供解決方案。
城市泵站的分類(lèi)
從應(yīng)用場(chǎng)景劃分,城市泵站可以分為三大類(lèi):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(lái)輸送生活廢水;而供水泵站主要用于城市生活供水。這三類(lèi)泵站對(duì)于城市運(yùn)轉(zhuǎn)都需要,如何讓泵站高效、安全、低耗運(yùn)行是管理者首先需要關(guān)注的問(wèn)題。泵站管理平臺(tái)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)控制傳感器、邊緣計(jì)算、云平臺(tái)結(jié)合本地PLC為城市泵站的管理提供解決方案。
城市排水泵站的電氣設(shè)計(jì)
根據(jù)DJG 08-22-2018《城鎮(zhèn)排水泵站設(shè)計(jì)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(jí)為二級(jí)負(fù)荷,重要地區(qū)的泵站應(yīng)按照一級(jí)負(fù)荷設(shè)計(jì)。二級(jí)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(jí)負(fù)荷的泵站需要有兩路獨(dú)立的電源,一路電源故障時(shí)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(gè)排水泵站為例,設(shè)置3臺(tái)10kV高壓異步電動(dòng)機(jī)和2臺(tái)0.4kV異步電動(dòng)機(jī),平時(shí)2臺(tái)0.4kV異步電機(jī)運(yùn)行即可滿足排澇要求,在汛期*大可以5臺(tái)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行,見(jiàn)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(dòng)對(duì)系統(tǒng)造成的沖擊,功率較大的電機(jī)采用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)。10kV電動(dòng)機(jī)無(wú)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(dòng)機(jī)采用集中式無(wú)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
泵站的電氣自動(dòng)化二次設(shè)計(jì)
3.1 泵站電氣設(shè)備的自動(dòng)控制、測(cè)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(cè)控裝置配置如圖2所示。所有裝置均具備通訊接口,可通過(guò)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(tái),智能網(wǎng)關(guān)具備邊緣計(jì)算和邏輯控制功能,可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況進(jìn)行自動(dòng)控制。
圖2 泵站保護(hù)測(cè)控裝置配置圖
名稱(chēng) | 圖片 | 型號(hào) | 功能 | 應(yīng)用 |
微機(jī)保護(hù)裝置 | AM6 | 提供35kV和10kV線路、變壓器、電動(dòng)機(jī)、電容器、母聯(lián)保護(hù)備自投 | 保護(hù)測(cè)控裝置 | |
多功能綜合測(cè)量?jī)x表 | APM520 | 三相電流、線電壓/三相相電壓、雙方向有功/無(wú)功功率、雙方向有功/無(wú)功電能、功率因數(shù)、頻率、諧波畸變率、電壓合格率統(tǒng)計(jì),RS485/Modbus-RTU接口 | 高低壓回路電氣參數(shù)測(cè)量 | |
電動(dòng)機(jī)測(cè)控裝置 | ARD3M | 適用于額定電壓至 660V 的低壓電動(dòng)機(jī)回路,集保護(hù)、測(cè)量、控制、通訊、運(yùn)維于一體。(過(guò)流、欠流)、電壓的(過(guò)壓、欠壓)及斷相、堵轉(zhuǎn)、短路、漏電、三相不平衡、過(guò)熱、接地、軸承磨損、定轉(zhuǎn)子偏心時(shí)、繞組老化予以報(bào)警或保護(hù)控制。 | 低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制 | |
抗晃電裝置 | ARD-KHD | 電壓短暫失壓時(shí)防止接觸器脫扣,電壓恢復(fù)后不間斷運(yùn)行,避免系統(tǒng)受到?jīng)_擊。 | 抗晃電 | |
無(wú)功補(bǔ)償控制器 | ARC | 根據(jù)目標(biāo)功率因數(shù)投切電容器實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償 | 無(wú)功補(bǔ)償控制 | |
無(wú)線測(cè)溫傳感器 | ATE400 | 監(jiān)測(cè)35kV及以下電壓等級(jí)配電系統(tǒng)母排、線纜連接點(diǎn)溫度和溫升預(yù)警。 | 適用于35kV及以下電壓等級(jí)開(kāi)關(guān)柜母排、斷路器、電纜接頭等接點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè) | |
無(wú)線測(cè)溫接收器 | ATC600 | 接收無(wú)線測(cè)溫傳感器數(shù)據(jù)并通過(guò)RS485上傳。 | ||
智能網(wǎng)關(guān) | ANet-2E4SM | 邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān),嵌入式linux系統(tǒng),提供AES加密及MD5身份認(rèn)證等安全需求,支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳,支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協(xié)議,支持邏輯判斷和控制。 | 數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換和邏輯判斷 |
表1 泵站保護(hù)測(cè)控裝置選型
3.2泵站及重要輔機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)控制、測(cè)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(mén)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(dòng)工具用的中壓儲(chǔ)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(dòng)測(cè)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(cè);水文、水位、水情、水量、水質(zhì)等各種監(jiān)測(cè);各種溫度、濕度的監(jiān)測(cè);絕緣監(jiān)測(cè);各閘門(mén)開(kāi)度、荷重等監(jiān)測(cè)。
這些信號(hào)均為模擬量和開(kāi)關(guān)量形式輸出,采集信號(hào)為4-20mA模擬量信號(hào)和開(kāi)關(guān)量信號(hào),這些信號(hào)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(tái)。
為了提高可靠性,4-20mA或者0-5V模擬量信號(hào)需要增加信號(hào)隔離裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)限壓、限流、隔離等措施,增加系統(tǒng)的抗干擾能力。
名稱(chēng) | 圖片 | 型號(hào) | 功能 | 應(yīng)用 |
隔離式安全柵 | BM200 | 采用了限壓、限流、隔離等措施,防止危險(xiǎn)能量從本安端子進(jìn)入危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng),提高系統(tǒng)的本安防爆性能,增加了系統(tǒng)的抗干擾能力。輸入4-20mA、0-5V、PT100/0-10kΩ等信號(hào),輸出4-20mA、0-5V等信號(hào)。 | 模擬量信號(hào)安全隔離 | |
信號(hào)隔離器 | BM100 | 對(duì)電流、電壓等電量參數(shù)或溫度、電阻等非電量參數(shù)進(jìn)行快速測(cè)量,經(jīng)隔離轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)輸出。既可以直接與指針表、數(shù)顯表相接,也可以與自控儀表(如PLC)、各種A/D轉(zhuǎn)換器以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等設(shè)備配接。 | 信號(hào)轉(zhuǎn)換隔離 | |
遙信單元 | ARTU100-K8 ARTU100-K16 ARTU100-K32 | 可采集8~32路開(kāi)關(guān)量,具備SOE事件順序記錄,RS485/Modbus-RTU接口。 | 開(kāi)關(guān)量采集 | |
遙信遙控單元 | ARTU100-KJ8 | 8路開(kāi)關(guān)量采集和8路繼電器輸出,RS485/Modbus-RTU接口。 | 開(kāi)關(guān)量采集 繼電器輸出 | |
模擬量采集單元 | ARTU100-MA84 | 8路4-20mA/0-5V采集和4路4-20mA/0-5V輸出,RS485/Modbus-RTU接口。 | 模擬量采集輸出 |
表2 泵站信號(hào)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(chǎng)所照度要求,應(yīng)急照明持續(xù)供電時(shí)間應(yīng)不少于30min。
工作場(chǎng)所 | 工作面名稱(chēng) | 規(guī)定照度被照面 | 工作照明(lx) | 應(yīng)急照明(lx) |
泵房間、格柵間 | 設(shè)備布置和維護(hù)地區(qū) | 離地0.8m水平面 | 150 | 10 |
高低壓配電裝置室 | 設(shè)備布置和維護(hù)地區(qū) | 離地0.8m水平面 | 200 | 15 |
控制室 | 設(shè)備布置和維護(hù)地區(qū) | 離地0.8m水平面 | 300 | 30 |
變壓器室 | 設(shè)備布置和維護(hù)地區(qū) | 離地0.8m水平面 | 100 | 15 |
樓梯 | 離地0.8m水平面 | 50 | 5.0 | |
通道 | 離地0.8m水平面 | 50 | 1.0 |
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(shí)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(tái)實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測(cè)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。
泵站管理系統(tǒng)
泵站管理平臺(tái)由本地保護(hù)測(cè)控裝置、測(cè)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(tái)組成。通過(guò)泵站管理平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)泵站的數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行監(jiān)測(cè)、控制調(diào)節(jié)、能耗分析、事故預(yù)告報(bào)警、事件記錄、運(yùn)維管理等功能,實(shí)現(xiàn)泵站無(wú)人值守、集中運(yùn)維管理,提高泵站的運(yùn)行可靠性。
圖4 泵站管理平臺(tái)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(shí)現(xiàn)對(duì)泵站的全面監(jiān)視、控制和運(yùn)行記錄,在異常時(shí)可及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào),保障泵站運(yùn)行安全。
泵閘全景圖可以幫助用戶進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)泵閘全面的運(yùn)行狀態(tài),比如內(nèi)外河水位、節(jié)制閘東西方向的開(kāi)度、內(nèi)外側(cè)閘門(mén)的開(kāi)度、水泵運(yùn)行的狀態(tài)以及電流。
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(chēng)。
監(jiān)測(cè)節(jié)制閘運(yùn)行狀態(tài),比如閘門(mén)開(kāi)度,是否鎖定解鎖等狀態(tài),同時(shí)具備監(jiān)測(cè)內(nèi)外河水位的趨勢(shì)、油泵的運(yùn)行情況。另外在該功能模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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。
水泵運(yùn)行監(jiān)控
監(jiān)測(cè)水泵運(yùn)行狀態(tài),比如運(yùn)行、停止、保護(hù)裝置故障等狀態(tài),實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵遠(yuǎn)程控制、排水引水聯(lián)動(dòng)控制,在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能之前將水泵、工作閘門(mén)PLC控制柜選擇遠(yuǎn)方。排水引水聯(lián)動(dòng)時(shí),系統(tǒng)將下發(fā)進(jìn)水閘門(mén)打開(kāi)命令,直至進(jìn)水閘門(mén)全開(kāi)狀態(tài)。
閘門(mén)監(jiān)控
監(jiān)測(cè)工作門(mén)、油泵運(yùn)行狀態(tài),比如運(yùn)行、停止等狀態(tài),在該功能模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工作門(mén)、油泵遠(yuǎn)程控制。
趨勢(shì)曲線分析
可以監(jiān)測(cè)電機(jī)運(yùn)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(yùn)行趨勢(shì)。
此外,系統(tǒng)還具備異常報(bào)警、報(bào)表制表等功能,使管理人員及時(shí)了解電站運(yùn)行情況。
4.2 區(qū)域泵站管理平臺(tái)
AcrelEMS泵站管理平臺(tái)設(shè)置在云服務(wù)器或者區(qū)域指揮中心,實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)不同類(lèi)型泵站的統(tǒng)一監(jiān)控,提高管理效率。平臺(tái)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(bào)警管理、設(shè)備管理、運(yùn)維管理等功能。數(shù)據(jù)可通過(guò)4G無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)傳輸。
泵站地理位置標(biāo)識(shí)
可在地圖標(biāo)識(shí)泵站位置,點(diǎn)擊地圖上圖標(biāo)可直接進(jìn)入泵站監(jiān)視界面。
泵站工藝3D展示
通過(guò)2.5D或3D界面實(shí)時(shí)展示泵站運(yùn)行狀態(tài),包括電氣數(shù)據(jù)、管網(wǎng)、水位、閘門(mén)狀態(tài)等。
電力監(jiān)控
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泵站配電系統(tǒng)運(yùn)行狀況,包括電氣參數(shù),越限/異常報(bào)警等等。
泵站非電量監(jiān)控
平臺(tái)可展示泵站變壓器、電機(jī)、線纜等關(guān)鍵接點(diǎn)溫度,另外可對(duì)泵站電機(jī)振動(dòng)、環(huán)境溫濕度、水位、閘門(mén)狀態(tài)、視頻、門(mén)禁等各種參量,并可設(shè)置越限報(bào)警。
能耗分析
分析各泵站電能消耗數(shù)據(jù)和碳排放分析,對(duì)標(biāo)水泵能效指標(biāo),為管理者進(jìn)行設(shè)備能效升級(jí)改造提供數(shù)據(jù)支持。
報(bào)警分析
平臺(tái)可對(duì)區(qū)域內(nèi)泵站的報(bào)警進(jìn)行分級(jí):普通、嚴(yán)重、事故三個(gè)級(jí)別,并對(duì)所有事故進(jìn)行分析,幫助管理者更好了解泵站的運(yùn)行狀況,避免錯(cuò)過(guò)重要的報(bào)警信息。
設(shè)備檔案及運(yùn)維管理
平臺(tái)針對(duì)泵站設(shè)備建立設(shè)備檔案庫(kù),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(yùn)維巡檢、缺陷記錄、工單管理、事故搶修等運(yùn)維管理流程,幫助用戶更高效的管理泵站運(yùn)維。
此外平臺(tái)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(guò)平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控管理,提高泵站的運(yùn)行安全和管理效率。