城市(shi)排水泵站(zhan)管(guan)理系(xi)統(tong)設(she)計(ji)

近年來我(wo)國(guo)城市(shi)內澇(lao)災(zai)害(hai)頻發(fa)，造(zao)成人(ren)員(yuan)傷(shang)亡(wang)以及(ji)經濟損(sun)失(shi)嚴(yan)重(zhong)，嚴重(zhong)威脅著城市(shi)的(de)安全。數據(ju)顯(xian)示，2015-2018年我(wo)國(guo)平均(jun)每年(nian)受淹(yan)或(huo)發(fa)生內澇(lao)城(cheng)市(shi)的(de)數(shu)量(liang)約(yue)占我(wo)國(guo)城市(shi)數量(liang)的(de)1/5；人(ren)民(min)生命財產也損(sun)失(shi)嚴(yan)重(zhong)，據(ju)不(bu)統計，2021年截(jie)至(zhi)上半(ban)年，我(wo)國(guo)因(yin)洪澇(lao)災(zai)害(hai)所死(si)亡(wang)失(shi)蹤人數達(da)26人(ren)，造(zao)成經(jing)濟(ji)損(sun)失(shi)達(da)135億元(yuan)。壹方面，我(wo)們需(xu)要(yao)建(jian)設(she)和(he)管理排(pai)水(shui)設(she)施(shi)；另(ling)壹(yi)方面，建(jian)立(li)城市(shi)防(fang)洪排澇(lao)監(jian)測預警系(xi)統。它(ta)不(bu)僅(jin)可(ke)以為(wei)管(guan)理部門提供(gong)城(cheng)市(shi)河流和(he)道(dao)路(lu)水(shui)位(wei)的(de)實時(shi)信息(xi)，還可以為(wei)城(cheng)市(shi)防(fang)洪管理提供(gong)技(ji)術(shu)和(he)數據(ju)支(zhi)持(chi)。泵站(zhan)遠(yuan)程監控(kong)系(xi)統基(ji)於物聯網和(he)邊(bian)緣(yuan)計算(suan)等(deng)技(ji)術(shu)，以本地自(zi)控結合(he)大數(shu)據(ju)遠(yuan)程監控(kong)平(ping)臺，為(wei)城(cheng)市(shi)洪澇(lao)災(zai)情(qing)監測、內澇(lao)預警和(he)治理等(deng)方面提供(gong)解(jie)決(jue)方案(an)。

1. 城(cheng)市(shi)泵站(zhan)的(de)分(fen)類

從(cong)應(ying)用(yong)場(chang)景(jing)劃(hua)分(fen)，城市(shi)泵站(zhan)可(ke)以分(fen)為(wei)三大(da)類：排水(shui)泵站(zhan)、汙(wu)水(shui)泵站(zhan)和(he)供水(shui)泵站(zhan)，排(pai)水(shui)泵站(zhan)主要(yao)用(yong)以排水、排(pai)澇(lao)的(de)泵站(zhan)；汙(wu)水(shui)泵站(zhan)用(yong)來(lai)輸(shu)送(song)生活廢(fei)水；而(er)供(gong)水(shui)泵站(zhan)主要(yao)用(yong)於(yu)城(cheng)市(shi)生活供(gong)水。這三類泵站(zhan)對(dui)於(yu)城市(shi)運轉(zhuan)，如何(he)讓(rang)泵站(zhan)安全、低耗運行是管(guan)理者(zhe)首(shou)先(xian)需要(yao)關(guan)註的(de)問題。泵站(zhan)管(guan)理平(ping)臺(tai)通(tong)過現(xian)場(chang)監測控制(zhi)傳感(gan)器、邊(bian)緣(yuan)計算(suan)、雲平(ping)臺結合(he)本地(di)PLC為(wei)城(cheng)市(shi)泵站(zhan)的(de)管(guan)理提供(gong)解(jie)決(jue)方案(an)。

2. 城(cheng)市(shi)排水泵站(zhan)的(de)電(dian)氣(qi)設(she)計(ji)

根據(ju)DJG 08-22-2018《城(cheng)鎮(zhen)排水(shui)泵站(zhan)設(she)計(ji)標(biao)準(zhun)》，排(pai)水泵站(zhan)根(gen)據(ju)功(gong)率需求(qiu)和(he)當(dang)地(di)供(gong)電條件，壹般(ban)采(cai)用(yong)35kV或(huo)10kV供電(dian)。城市(shi)排水泵站(zhan)負(fu)荷(he)等(deng)級(ji)為(wei)二級(ji)負(fu)荷(he)，重(zhong)要(yao)地(di)區(qu)的(de)泵站(zhan)應(ying)按照(zhao)壹(yi)級(ji)負(fu)荷(he)設(she)計(ji)。二級(ji)負(fu)荷(he)的(de)泵站(zhan)壹(yi)般(ban)需(xu)要(yao)有兩路電源互為(wei)備(bei)用或(huo)壹路(lu)常(chang)用(yong)壹(yi)路(lu)備(bei)用；壹級(ji)負(fu)荷(he)的(de)泵站(zhan)需(xu)要(yao)有兩路獨立(li)的(de)電(dian)源(yuan)，壹(yi)路(lu)電源故障時(shi)另(ling)外(wai)壹(yi)路(lu)電源可(ke)以不受影(ying)響獨(du)立(li)供電(dian)，特(te)殊(shu)情(qing)況下(xia)還需要(yao)設(she)置(zhi)自(zi)備(bei)電源。以壹個排水(shui)泵站(zhan)為(wei)例(li)，設(she)置(zhi)3臺(tai)10kV高(gao)壓(ya)異步電(dian)動(dong)機和(he)2臺0.4kV異步電(dian)動(dong)機，平時(shi)2臺0.4kV異步電(dian)機運行(xing)即(ji)可(ke)滿(man)足(zu)排(pai)澇(lao)要(yao)求(qiu)，在汛(xun)期至(zhi)大可(ke)以5臺電機同時(shi)運(yun)行，見圖(tu)1。

10kV母(mu)線(xian)采(cai)用(yong)單(dan)母分(fen)段接(jie)線(xian)，0.4kV母線(xian)采(cai)用(yong)單(dan)母線(xian)或(huo)單(dan)母分(fen)段接(jie)線(xian)。為(wei)了(le)減(jian)小(xiao)電機啟動(dong)對(dui)系(xi)統造成的(de)沖(chong)擊(ji)，功率(lv)較大(da)的(de)電(dian)機采(cai)用(yong)軟啟動(dong)器啟動。10kV電(dian)動(dong)機無(wu)功補(bu)償(chang)采(cai)用(yong)就地(di)補(bu)償(chang)機制，並(bing)確保(bao)補(bu)償(chang)後(hou)功率(lv)因(yin)數為(wei)0.95左(zuo)右(you)；0.4kV電(dian)動(dong)機采(cai)用(yong)集中式無(wu)功補(bu)償(chang)，補(bu)償(chang)後(hou)功率(lv)因(yin)數不(bu)低(di)於(yu)0.9。

圖1 中小(xiao)型(xing)排水(shui)泵站(zhan)電(dian)氣(qi)接(jie)線(xian)示意圖

3. 泵站(zhan)的(de)電(dian)氣(qi)自(zi)動化二次(ci)設(she)計(ji)

3.1 泵站(zhan)電(dian)氣(qi)設(she)備(bei)的(de)自(zi)動控制(zhi)、測量(liang)、保(bao)護(hu)、監視(shi)、通(tong)訊方面。其內(nei)容(rong)包括(kuo)：泵站(zhan)高(gao)壓(ya)送(song)、變電(dian)系(xi)統；泵站(zhan)0.4kV配(pei)電(dian)系(xi)統；泵站(zhan)直(zhi)流系統(tong)；電機的(de)綜(zong)合(he)保(bao)護(hu)系統。泵站(zhan)的(de)保(bao)護(hu)測控裝置(zhi)配(pei)置(zhi)如圖(tu)2所(suo)示。所有裝置(zhi)均(jun)具(ju)備(bei)通(tong)訊接(jie)口，可通(tong)過智能網關接(jie)入(ru)本(ben)地(di)監(jian)控系統或(huo)者區(qu)域(yu)泵站(zhan)管(guan)理平(ping)臺(tai)，智能網關具(ju)備(bei)邊(bian)緣(yuan)計算(suan)和(he)邏輯(ji)控制(zhi)功(gong)能，可根據(ju)現(xian)場(chang)運行(xing)工(gong)況進(jin)行(xing)自(zi)動控制(zhi)。

圖(tu)2 泵站(zhan)保(bao)護(hu)測控裝置(zhi)配(pei)置(zhi)圖(tu)

表1 泵站(zhan)保(bao)護(hu)測控裝置(zhi)選型(xing)

3.2泵站(zhan)及(ji)重(zhong)要(yao)輔(fu)機系統(tong)的(de)自(zi)動控制(zhi)、測量(liang)、監(jian)視(shi)、通(tong)訊方面。其內(nei)容(rong)包括(kuo)：為(wei)主機配套的(de)油系(xi)統的(de)控(kong)制(zhi)（例(li)如：水(shui)泵葉片調(tiao)節(jie)壓(ya)力油系(xi)統、快速閘(zha)門液(ye)（油）壓(ya)操作(zuo)系(xi)統(tong)、油系(xi)統、齒(chi)輪箱冷(leng)卻油系(xi)統等）；為(wei)主機配套的(de)氣(qi)系(xi)統(tong)的(de)控(kong)制(zhi)（為(wei)真(zhen)空(kong)破壞(huai)閥(fa)（虹(hong)吸(xi)式泵站(zhan)）所(suo)配(pei)的(de)低(di)壓(ya)氣(qi)系(xi)統(tong)、為(wei)水(shui)泵葉片調(tiao)節(jie)配(pei)套的(de)壓(ya)力油及(ji)其它(ta)氣(qi)動(dong)工(gong)具(ju)用(yong)的(de)中壓儲(chu)能氣(qi)系(xi)統(tong)）；泵站(zhan)水(shui)系(xi)統(tong)（為(wei)主機組配(pei)套的(de)冷(leng)卻水(shui)系統、泵站(zhan)排(pai)水(shui)系(xi)統和(he)消防(fang)用水系統(tong)等）。

3.3 各種(zhong)非(fei)電量(liang)的(de)自(zi)動測量(liang)、監(jian)視(shi)、通(tong)訊方面。其內(nei)容(rong)如下(xia)：水工(gong)安全方面的(de)位(wei)移、沈(chen)降(jiang)、揚壓力、應(ying)力等(deng)各種(zhong)監(jian)測；水文(wen)、水位(wei)、水情(qing)、水量(liang)、水(shui)質(zhi)等(deng)各種(zhong)監(jian)測；各種(zhong)溫度(du)、濕(shi)度(du)的(de)監(jian)測；絕(jue)緣監(jian)測；各閘(zha)門開(kai)度(du)、荷(he)重(zhong)等監測。

這些信(xin)號(hao)均(jun)為(wei)模擬量(liang)和(he)開關(guan)量(liang)形式輸(shu)出(chu)，采(cai)集信號(hao)為(wei)4-20mA模擬量(liang)信(xin)號(hao)和(he)開關(guan)量(liang)信(xin)號(hao)，這些信(xin)號(hao)主要(yao)PLC裝置(zhi)采(cai)集並進(jin)行(xing)相(xiang)應(ying)的(de)告(gao)警(jing)和(he)控制(zhi)，數據(ju)可(ke)上傳(chuan)泵站(zhan)管(guan)理平(ping)臺(tai)。

為(wei)了(le)提高(gao)可(ke)靠(kao)性，4-20mA或(huo)者0-5V模擬量(liang)信(xin)號(hao)需(xu)要(yao)增(zeng)加(jia)信(xin)號(hao)隔離(li)裝置(zhi)來(lai)實現(xian)限(xian)壓(ya)、限(xian)流、隔離(li)等(deng)措(cuo)施，增加系(xi)統(tong)的(de)抗(kang)幹擾(rao)能力。

表2 泵站(zhan)信(xin)號(hao)采(cai)集及(ji)隔離(li)裝置(zhi)選型(xing)

3.4 泵站(zhan)應(ying)設(she)置(zhi)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)照(zhao)明(ming)和(he)應急(ji)照(zhao)明(ming)，並滿(man)足(zu)各(ge)場(chang)所(suo)照(zhao)度(du)要(yao)求(qiu)，應(ying)急照(zhao)明(ming)持續供(gong)電時間(jian)應不(bu)少(shao)於30min。

表3 泵站(zhan)照(zhao)明(ming)系統(tong)要(yao)求(qiu)

安科瑞(rui)為(wei)泵站(zhan)提供(gong)消(xiao)防(fang)應急照(zhao)明(ming)和(he)疏散(san)指(zhi)示系統和(he)智能照(zhao)明(ming)控制(zhi)系統解(jie)決(jue)方案(an)。正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)照(zhao)明(ming)可以采(cai)用(yong)感(gan)應(ying)控制、定時控(kong)制、遠(yuan)程控制(zhi)等(deng)控制方式，滿(man)足(zu)泵站(zhan)工(gong)作(zuo)照(zhao)明(ming)要(yao)求(qiu)。應(ying)急照(zhao)明(ming)和(he)疏散(san)指(zhi)示系統提供(gong)不(bu)少(shao)於90min的(de)應(ying)急(ji)照(zhao)明(ming)，采(cai)用(yong)集中電源(yuan)供電(dian)，確保(bao)消防(fang)安全。消防(fang)應急照(zhao)明(ming)和(he)工(gong)作(zuo)照(zhao)明(ming)控制(zhi)均可接(jie)入(ru)泵站(zhan)管(guan)理平(ping)臺(tai)實現(xian)集中監測和(he)控制(zhi)。

圖3 泵站(zhan)消(xiao)防(fang)應急照(zhao)明(ming)和(he)工(gong)作(zuo)照(zhao)明(ming)系統(tong)

3.5全站的(de)視(shi)頻(pin)監視(shi)系(xi)統及(ji)視(shi)頻(pin)信息(xi)上傳(chuan)。

4. 泵站(zhan)管(guan)理系(xi)統(tong)

泵站(zhan)管(guan)理平(ping)臺(tai)由(you)本地(di)保(bao)護(hu)測控裝置(zhi)、測量(liang)采(cai)集儀表、PLC自(zi)控裝置(zhi)、視(shi)頻(pin)安防(fang)、本地控制(zhi)系統以及(ji)區域(yu)泵站(zhan)管(guan)理平(ping)臺(tai)組成。通(tong)過泵站(zhan)管(guan)理平(ping)臺(tai)可(ke)以實現(xian)對(dui)區(qu)域(yu)內(nei)泵站(zhan)的(de)數(shu)據(ju)采(cai)集、運行監(jian)測、控制(zhi)調(tiao)節(jie)、能耗分(fen)析、事(shi)故(gu)預告報(bao)警(jing)、事件(jian)記錄(lu)、運(yun)維管理等(deng)功(gong)能，實現(xian)泵站(zhan)無(wu)人值守(shou)、集中運維管理，提高(gao)泵站(zhan)的(de)運(yun)行(xing)可(ke)靠(kao)性。

4.1 泵站(zhan)管(guan)理系(xi)統(tong)(就地(di)部署)

Acrel-2000M泵站(zhan)管(guan)理系(xi)統(tong)部署在泵站(zhan)內(nei)部，實現(xian)對(dui)泵站(zhan)的(de)監(jian)視(shi)、控(kong)制和(he)運行(xing)記錄(lu)，在異常(chang)時(shi)可(ke)及(ji)時發(fa)出(chu)報(bao)警(jing)信號(hao)，保(bao)障泵站(zhan)運(yun)行(xing)安全。

①泵閘(zha)全景(jing)圖

泵閘(zha)全景(jing)圖可(ke)以幫助用(yong)戶(hu)進(jin)行(xing)的(de)監(jian)測泵閘(zha)的(de)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)，比(bi)如內(nei)外(wai)河水(shui)位(wei)、節(jie)制(zhi)閘(zha)東西(xi)方向的(de)開(kai)度(du)、內(nei)外(wai)側(ce)閘(zha)門的(de)開(kai)度(du)、水(shui)泵運(yun)行(xing)的(de)狀(zhuang)態(tai)以及(ji)電流。

②泵站(zhan)總(zong)覽(lan)及(ji)單(dan)線(xian)圖顯(xian)示

查(zha)看(kan)泵站(zhan)配(pei)電(dian)回(hui)路的(de)分(fen)布(bu)和(he)連接(jie)情(qing)況以及(ji)主要(yao)的(de)電(dian)參量(liang)。主要(yao)數(shu)據(ju)包括(kuo)：三相(xiang)電流，三相(xiang)電壓(ya)，功率(lv)、電能、功率因(yin)數、回(hui)路名稱(cheng)。

③節(jie)制(zhi)閘(zha)監控(kong)

監測節(jie)制(zhi)閘(zha)運行(xing)狀態(tai)，比(bi)如閘(zha)門開(kai)度(du)，是否(fou)鎖定解鎖等(deng)狀(zhuang)態(tai)，同時(shi)具(ju)備(bei)監測內外(wai)河水(shui)位(wei)的(de)趨(qu)勢(shi)、油泵的(de)運(yun)行(xing)情(qing)況。另(ling)外(wai)在該(gai)功(gong)能模塊(kuai)可以實現(xian)對(dui)節(jie)制(zhi)閘(zha)、油泵的(de)遠(yuan)程控制(zhi)功(gong)能，並可以進(jin)行(xing)遠(yuan)方/就地(di)控制(zhi)的(de)切換。

④水泵運(yun)行(xing)監(jian)控(kong)

監測水泵運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)，比(bi)如運(yun)行(xing)、停(ting)止、保(bao)護(hu)裝置(zhi)故(gu)障等(deng)狀(zhuang)態(tai)，實現(xian)對(dui)水(shui)泵遠(yuan)程控制(zhi)、排(pai)水引(yin)水聯動(dong)控制，在實現(xian)遠(yuan)程控制(zhi)功(gong)能之前將水泵、工(gong)作(zuo)閘(zha)門PLC控(kong)制櫃(gui)選擇遠(yuan)方。排水引(yin)水聯動(dong)時，系統(tong)將下(xia)發(fa)進(jin)水(shui)閘(zha)門打開命令，直(zhi)至(zhi)進(jin)水(shui)閘(zha)門全(quan)開狀(zhuang)態(tai)。

⑤閘(zha)門監(jian)控

監(jian)測工(gong)作(zuo)門(men)、油泵運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)，比(bi)如運(yun)行(xing)、停(ting)止等(deng)狀態(tai)，在該(gai)功(gong)能模塊(kuai)可以實現(xian)對(dui)工(gong)作(zuo)門(men)、油泵遠(yuan)程控制(zhi)。

⑥趨(qu)勢(shi)曲(qu)線(xian)分(fen)析

可(ke)以監測電機運行(xing)負荷(he)曲線(xian)、內外(wai)水位(wei)曲線(xian)等等(deng)，幫助用(yong)戶(hu)分(fen)析和(he)記錄(lu)運(yun)行(xing)趨(qu)勢(shi)。

此(ci)外(wai)，系(xi)統(tong)還具(ju)備(bei)異常(chang)報(bao)警(jing)、報(bao)表制表等功(gong)能，使(shi)管(guan)理人(ren)員(yuan)及(ji)時了(le)解電(dian)站(zhan)運(yun)行情(qing)況。

4.2 區域(yu)泵站(zhan)管(guan)理平(ping)臺(tai)

AcrelEMS泵站(zhan)管(guan)理平(ping)臺(tai)設(she)置(zhi)在雲服(fu)務(wu)器或(huo)者區(qu)域(yu)指(zhi)揮(hui)中心(xin)，實現(xian)對(dui)區(qu)域(yu)內(nei)不同類型(xing)泵站(zhan)的(de)統(tong)壹(yi)監(jian)控(kong)，提高(gao)管(guan)理效率(lv)。平(ping)臺(tai)具(ju)備(bei)泵站(zhan)地(di)理位(wei)置(zhi)顯(xian)示、泵站(zhan)3D展(zhan)示、電力監(jian)控、數(shu)據(ju)查(zha)詢(xun)、控(kong)制調(tiao)節(jie)、能耗分(fen)析、視(shi)頻(pin)監控、報(bao)警(jing)管理、設(she)備(bei)管理、運(yun)維管理等(deng)功(gong)能。數據(ju)可(ke)通(tong)過4G無(wu)線(xian)專網或(huo)網絡傳(chuan)輸(shu)。

①泵站(zhan)地(di)理位(wei)置(zhi)標(biao)識(shi)

可在地(di)圖標(biao)識(shi)泵站(zhan)位(wei)置(zhi)，點擊(ji)地圖(tu)上圖(tu)標(biao)可(ke)直(zhi)接(jie)進(jin)入(ru)泵站(zhan)監(jian)視(shi)界(jie)面。

②泵站(zhan)工(gong)藝(yi)3D展(zhan)示

通(tong)過2.5D或(huo)3D界面(mian)實時(shi)展(zhan)示泵站(zhan)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)，包括(kuo)電氣(qi)數(shu)據(ju)、管(guan)網、水位(wei)、閘(zha)門狀(zhuang)態(tai)等。

③電(dian)力監(jian)控

實時(shi)監測泵站(zhan)配(pei)電(dian)系(xi)統運行狀(zhuang)況，包括(kuo)電氣(qi)參數(shu)，越限(xian)/異常(chang)報(bao)警(jing)等等(deng)。

④泵站(zhan)非(fei)電量(liang)監(jian)控(kong)

平(ping)臺可(ke)展(zhan)示泵站(zhan)變壓(ya)器、電機、線(xian)纜等(deng)關鍵(jian)接(jie)點溫度(du)，另(ling)外(wai)可(ke)對(dui)泵站(zhan)電(dian)機振動、環(huan)境(jing)溫濕度(du)、水(shui)位(wei)、閘(zha)門狀(zhuang)態(tai)、視(shi)頻(pin)、門禁(jin)等各(ge)種參量(liang)，並(bing)可(ke)設(she)置(zhi)越限(xian)報(bao)警(jing)。

⑤能耗分(fen)析

分(fen)析各(ge)泵站(zhan)電(dian)能消耗數據(ju)和(he)碳排(pai)放分(fen)析，對(dui)標(biao)水(shui)泵能效指(zhi)標(biao)，為(wei)管(guan)理者(zhe)進(jin)行(xing)設(she)備(bei)能效升(sheng)級(ji)改(gai)造(zao)提供(gong)數(shu)據(ju)支(zhi)持(chi)。

⑥報(bao)警(jing)分(fen)析

平(ping)臺(tai)可(ke)對(dui)區(qu)域(yu)內(nei)泵站(zhan)的(de)報(bao)警(jing)進(jin)行(xing)分(fen)級(ji)：普(pu)通(tong)、嚴重(zhong)、事故三個級(ji)別(bie)，並對(dui)所(suo)有事故進(jin)行(xing)分(fen)析，幫助管(guan)理者(zhe)更好(hao)了(le)解泵站(zhan)的(de)運(yun)行(xing)狀(zhuang)況，避免錯過(guo)重(zhong)要(yao)的(de)報(bao)警(jing)信息(xi)。

⑦設(she)備(bei)檔案(an)及(ji)運維管理

平(ping)臺(tai)針對(dui)泵站(zhan)設(she)備(bei)建(jian)立(li)設(she)備(bei)檔案(an)庫(ku)，記錄(lu)設(she)備(bei)生產廠家、性能參數(shu)、維護(hu)保(bao)養信(xin)息(xi)，並(bing)生成設(she)備(bei)二維碼，支(zhi)持(chi)運(yun)維巡檢(jian)、缺(que)陷(xian)記錄(lu)、工(gong)單(dan)管理、事(shi)故(gu)搶(qiang)修等(deng)運維管理流程，幫助用(yong)戶(hu)管理泵站(zhan)運(yun)維。

此外(wai)平臺(tai)可(ke)接(jie)入(ru)各(ge)泵站(zhan)的(de)照(zhao)明(ming)控制(zhi)系統、應(ying)急(ji)照(zhao)明(ming)和(he)疏散(san)指(zhi)示系統數據(ju)，通(tong)過平臺(tai)進(jin)行(xing)統(tong)壹(yi)監控管理，提高(gao)泵站(zhan)的(de)運(yun)行(xing)安全和(he)管理效率(lv)。