安科瑞 陳聰(cōng)

近(jìn)年來(lái)我國(guó)城市內澇(lào)災害(hài)頻發，造成(chéng)人員(yuán)傷亡以及經濟(jì)損失(shī)嚴(yán)重(zhòng)，嚴(yán)重威(wēi)脅(xié)著城(chéng)市(shì)的(dí)安全(quán)。數據顯示(shì)，2015-2018年(nián)我國平均(jūn)每(měi)年受(shòu)淹(yān)或發生(shēng)內(nèi)澇(lào)城市的(dí)數(shù)量(liáng)約(yuē)占(zhān)我國城市(shì)數(shù)量的1/5；人民生命(mìng)財(cái)產也損失嚴(yán)重，據統計(jì)，2021年(nián)截至(zhì)上半年(nián)，我國(guó)因(yīn)洪(hóng)澇災害(hài)所(suǒ)死亡(wáng)失(shī)蹤人數(shù)達(dá)26人，造成經濟損失達135億元。一(yī)方麵，我(wǒ)們需要(yào)建設(shè)和(hé)管理(lǐ)排水設施(shī)；另(lìng)一(yī)方(fāng)麵，建(jiàn)立城(chéng)市防(fáng)洪排(pái)澇監(jiān)測預(yù)警係(xì)統。它(tā)不(bù)僅(jǐn)可以(yǐ)為(wéi)管理部(bù)門(mén)提(tí)供城(chéng)市河流(liú)和道路水位(wèi)的(dí)實時信息，還可以為城(chéng)市防(fáng)洪(hóng)管理(lǐ)提供技(jì)術和(hé)數據(jù)支持(chí)。泵(bèng)站遠程監控係統基於物(wù)聯網(wǎng)和邊緣(yuán)計算等技術(shù)，以本(běn)地(dì)自(zì)控(kòng)結合大(dà)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程(chéng)監控平台(tái)，為(wéi)城市洪澇災(zāi)情監(jiān)測，內澇預警和(hé)治理等方麵(miàn)提供解決方案。

1. 城(chéng)市(shì)泵站(zhàn)的(dí)分類

從應用場景劃分(fēn)，城市(shì)泵站(zhàn)可以分(fēn)為三大(dà)類(lèi)
：排水泵(bèng)站，汙(wū)水(shuǐ)泵(bèng)站(zhàn)和(hé)供水泵(bèng)站(zhàn)，排(pái)水泵站主(zhǔ)要用(yòng)以(yǐ)排水，排澇(lào)的(dí)泵站；汙水(shuǐ)泵站(zhàn)用(yòng)來輸(shū)送(sòng)生活廢水；而供水泵站主(zhǔ)要(yào)用於(yú)城市生活(huó)供(gōng)水(shuǐ)。這三類(lèi)泵(bèng)站對(duì)於城(chéng)市(shì)運轉(zhuǎn)都(dū)不(bù)可(kě)少(shǎo)，如何(hé)讓泵(bèng)站(zhàn)安全，低(dī)耗運行(háng)是(shì)管理(lǐ)者首先(xiān)需(xū)要關注的(dí)問(wèn)題(tí)。泵(bèng)站管理(lǐ)平台(tái)通(tōng)過(guò)現場監(jiān)測控製傳(chuán)感器，邊(biān)緣計(jì)算，雲平台結合本(běn)地PLC為城市泵(bèng)站(zhàn)的(dí)管理提供(gōng)解決方案。

2. 城市排(pái)水泵(bèng)站的電氣設計

根據DJG 08-22-2018《城(chéng)鎮(zhèn)排(pái)水(shuǐ)泵站設計標準》，排水泵(bèng)站根(gēn)據功(gōng)率需求和當(dāng)地供電條(tiáo)件，一(yī)般采用(yòng)35kV或10kV供電。城(chéng)市排水泵(bèng)站負(fù)荷(hé)等級(jí)為二(èr)級負荷，重要(yào)地區(qū)的(dí)泵站應(yīng)按照一(yī)級(jí)負(fù)荷設計(jì)。二級負荷的泵站(zhàn)一(yī)般(bān)需要有兩(liǎng)路電(diàn)源互為備用或一路(lù)常用一路備用；一級(jí)負荷(hé)的(dí)泵站(zhàn)需要有兩路獨立的電源(yuán)，一(yī)路(lù)電(diàn)源故(gù)障(zhàng)時另(lìng)外一(yī)路電源(yuán)可以不受影響獨立(lì)供電，特(tè)殊情(qíng)況(kuàng)下(xià)還(huán)需要(yào)設(shè)置自(zì)備電(diàn)源。以一個(gè)排水(shuǐ)泵站(zhàn)為(wéi)例，設(shè)置3台10kV高(gāo)壓異(yì)步(bù)電動機和(hé)2台(tái)0.4kV異(yì)步電動機，平(píng)時(shí)2台0.4kV異(yì)步電(diàn)機運行(háng)即可(kě)滿足排(pái)澇要(yào)求，在(zài)汛期至大可(kě)以5台電機同時(shí)運行(háng)，見(jiàn)圖1。

10kV母綫采(cǎi)用(yòng)單(dān)母(mǔ)分(fēn)段接綫(xiàn)，0.4kV母綫采用單(dān)母綫或單(dān)母分段(duàn)接綫。為(wéi)了減(jiǎn)小電機啟(qǐ)動(dòng)對(duì)係統(tǒng)造成(chéng)的衝(chōng)擊，功(gōng)率(shuài)較(jiào)大的(dí)電機采用(yòng)軟啟動器啟(qǐ)動。10kV電(diàn)動機(jī)無(wú)功補(bǔ)償采用(yòng)就(jiù)地補(bǔ)償(cháng)機製，並確保(bǎo)補(bǔ)償(cháng)後(hòu)功率因(yīn)數(shù)為0.95左右；0.4kV電(diàn)動(dòng)機采(cǎi)用(yòng)集(jí)中式無(wú)功(gōng)補(bǔ)償(cháng)，補償(cháng)後功率(shuài)因(yīn)數(shù)不低於0.9。

圖(tú)1 中小型排水(shuǐ)泵(bèng)站(zhàn)電(diàn)氣(qì)接(jiē)綫(xiàn)示(shì)意圖

3. 泵(bèng)站的電(diàn)氣(qì)自動化二(èr)次(cì)設計

3.1 泵(bèng)站電氣設(shè)備(bèi)的自動控製，測(cè)量(liáng)，保護(hù)，監視(shì)，通(tōng)訊(xùn)方麵(miàn)。其內容包(bāo)括
：泵站高壓(yā)送，變(biàn)電係統；泵(bèng)站(zhàn)0.4kV配電(diàn)係統(tǒng)；泵(bèng)站(zhàn)直流係統；電(diàn)機的(dí)綜合(hé)保(bǎo)護(hù)係統。泵站(zhàn)的保護(hù)測控(kòng)裝置配(pèi)置如圖2所示。所有裝置均(jūn)具備通訊(xùn)接口(kǒu)，可(kě)通過智能網(wǎng)關接(jiē)入本(běn)地(dì)監控係統或者區(qū)域泵站管理平台(tái)，智(zhì)能網關(guān)具(jù)備(bèi)邊(biān)緣(yuán)計算和邏輯控製功能，可(kě)根據現場(cháng)運行工況進行自動(dòng)控製(zhì)。

圖2 泵(bèng)站保護測控(kòng)裝(zhuāng)置配置

表1 泵(bèng)站保(bǎo)護測控(kòng)裝置(zhì)選型

3.2泵站及重(zhòng)要(yào)輔機(jī)係(xì)統(tǒng)的自動控(kòng)製，測量(liáng)，監(jiān)視，通訊(xùn)方麵。其(qí)內容包括
：為主機配套(tào)的油係統(tǒng)的控製（例如(rú)
：水泵葉片調(tiáo)節(jié)壓力油係(xì)統(tǒng)，快速(sù)閘(zhá)門(mén)液（油）壓(yā)操作(zuò)係統，油(yóu)係(xì)統(tǒng)，齒(chǐ)輪箱冷卻油係(xì)統(tǒng)等）；為(wéi)主機配套的氣(qì)係(xì)統(tǒng)的(dí)控(kòng)製（為真(zhēn)空破壞(huài)閥（虹(hóng)吸式(shì)泵(bèng)站(zhàn)）所(suǒ)配(pèi)的(dí)低壓氣(qì)係(xì)統，為(wéi)水泵(bèng)葉片調(tiáo)節(jié)配(pèi)套的壓(yā)力油及(jí)其它氣動(dòng)工具(jù)用(yòng)的(dí)中(zhōng)壓儲(chǔ)能氣(qì)係(xì)統(tǒng)）；泵站水係統(tǒng)（為主機(jī)組配套(tào)的冷卻(què)水係統，泵站(zhàn)排水(shuǐ)係統和消(xiāo)防用水係(xì)統等）。

3.3 各種(zhǒng)非(fēi)電量的自動測量，監視(shì)，通訊方麵(miàn)。其內容(róng)如下
：水工安(ān)全(quán)方(fāng)麵(miàn)的(dí)位(wèi)移(yí)，沉(chén)降，揚壓力(lì)，應(yīng)力(lì)等(děng)各種監(jiān)測；水文(wén)，水位(wèi)，水情(qíng)，水量，水質(zhì)等(děng)各種監測；各(gè)種(zhǒng)溫度，濕度(dù)的(dí)監測(cè)；絕緣(yuán)監(jiān)測；各(gè)閘門(mén)開(kāi)度，荷重等(děng)監(jiān)測。

這些信(xìn)號均(jūn)為模擬(nǐ)量(liáng)和開關(guān)量形式輸出，采集信號為4-20mA模(mó)擬量(liáng)信(xìn)號和(hé)開關(guān)量信(xìn)號(hào)，這(zhè)些信(xìn)號主要(yào)PLC裝置采(cǎi)集並進行相應(yīng)的(dí)告警和控(kòng)製，數據可上(shàng)傳(chuán)泵站管(guǎn)理(lǐ)平台。

為(wéi)了提高可靠(kào)性，4-20mA或者0-5V模擬量信號需要(yào)增加(jiā)信(xìn)號隔離裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)限壓，限(xiàn)流(liú)，隔(gé)離(lí)等(děng)措施(shī)，增加(jiā)係(xì)統(tǒng)的抗幹擾(rǎo)能(néng)力。

表2 泵站(zhàn)信號采(cǎi)集及隔(gé)離裝置選(xuǎn)型(xíng)

3.4 泵站應設(shè)置(zhì)正(zhèng)常(cháng)工作照(zhào)明和(hé)應急照(zhào)明，並滿足各場所照(zhào)度要求，應(yīng)急照明持續(xù)供(gōng)電時間應不少於30min。

表3 泵站(zhàn)照(zhào)明(míng)係(xì)統要(yào)求(qiú)

安科瑞(ruì)為泵(bèng)站提供消防(fáng)應急(jí)照明和(hé)疏散指示係(xì)統和智能照(zhào)明控製(zhì)係(xì)統解(jiě)決(jué)方(fāng)案。正(zhèng)常工(gōng)作照明可以(yǐ)采(cǎi)用(yòng)感應控製(zhì)，定時控製(zhì)，遠程控(kòng)製(zhì)等控(kòng)製方(fāng)式，滿足泵站工作(zuò)照明要求。應(yīng)急(jí)照明和(hé)疏(shū)散指(zhǐ)示(shì)係(xì)統提供不少(shǎo)於90min的(dí)應(yīng)急照(zhào)明，采(cǎi)用集中(zhōng)電源供電，確保消防(fáng)安全(quán)。消防應急照(zhào)明和工(gōng)作(zuò)照明控(kòng)製均(jūn)可接入(rù)泵站(zhàn)管理平(píng)台實現集(jí)中監測和控製。

圖3 泵站(zhàn)消(xiāo)防應(yīng)急(jí)照(zhào)明(míng)和工(gōng)作(zuò)照(zhào)明係統(tǒng)

3.5全(quán)站的(dí)視(shì)頻(pín)監(jiān)視(shì)係統(tǒng)及視頻信息(xī)上(shàng)傳(chuán)。

4. 泵站(zhàn)管理係(xì)統

泵(bèng)站(zhàn)管理平台由(yóu)本(běn)地(dì)保護(hù)測控裝(zhuāng)置，測(cè)量采集儀(yí)表(biǎo)，PLC自控裝置(zhì)，視(shì)頻安防(fáng)，本(běn)地控製(zhì)係(xì)統以(yǐ)及(jí)區(qū)域泵(bèng)站管理平(píng)台組(zǔ)成(chéng)。通(tōng)過泵站(zhàn)管理平(píng)台可以實(shí)現對(duì)區域內(nèi)泵(bèng)站的數據(jù)采(cǎi)集，運(yùn)行(háng)監(jiān)測(cè)，控製調節(jié)，能耗分(fēn)析，事(shì)故預告報警，事(shì)件(jiàn)記錄，運維管理(lǐ)等(děng)功(gōng)能(néng)，實現泵(bèng)站無(wú)人值(zhí)守，集中(zhōng)運維管(guǎn)理，提高泵(bèng)站(zhàn)的運行可靠(kào)性。

圖4 泵站(zhàn)管理平(píng)台網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示(shì)意(yì)圖

4.1 泵站管理(lǐ)係統(就地部署)

Acrel-2000M泵(bèng)站管(guǎn)理(lǐ)係(xì)統部署在泵(bèng)站內部，實(shí)現對(duì)泵(bèng)站的監(jiān)視，控製和(hé)運行記錄，在(zài)異(yì)常(cháng)時可及(jí)時發出報警信號(hào)，保(bǎo)障泵(bèng)站運行(háng)安全(quán)。

①　泵(bèng)閘全景(jǐng)圖(tú)

泵(bèng)閘全(quán)景圖可以(yǐ)幫助用戶進(jìn)行的監(jiān)測(cè)泵(bèng)閘的運(yùn)行狀態，比(bǐ)如(rú)內(nèi)外河(hé)水(shuǐ)位(wèi)，節(jié)製(zhì)閘(zhá)東西(xī)方(fāng)向(xiàng)的開(kāi)度，內外(wài)側(cè)閘(zhá)門(mén)的開度，水泵運行(háng)的狀(zhuàng)態(tài)以及電(diàn)流。

②　泵站總覽及單綫圖顯(xiǎn)示(shì)

查(chá)看泵站(zhàn)配(pèi)電(diàn)回路(lù)的(dí)分布和連(lián)接(jiē)情況以及主(zhǔ)要的(dí)電參(cān)量。主要(yào)數(shù)據(jù)包括
：三(sān)相電流，三(sān)相(xiāng)電(diàn)壓，功率，電能，功(gōng)率(shuài)因(yīn)數(shù)，回路(lù)名稱(chēng)。

③　節(jié)製(zhì)閘監控(kòng)

監(jiān)測節(jié)製閘(zhá)運行狀(zhuàng)態(tài)，比(bǐ)如閘門(mén)開(kāi)度(dù)，是否(fǒu)鎖定(dìng)解鎖(suǒ)等狀(zhuàng)態(tài)，同(tóng)時具(jù)備監(jiān)測內(nèi)外河水(shuǐ)位(wèi)的(dí)趨(qū)勢，油(yóu)泵(bèng)的運(yùn)行(háng)情(qíng)況。另外在該(gāi)功(gōng)能模塊(kuài)可(kě)以(yǐ)實(shí)現(xiàn)對節製閘(zhá)，油(yóu)泵的(dí)遠程控製(zhì)功能，並可以(yǐ)進行遠方(fāng)/就(jiù)地(dì)控製的切換。

④　水泵運行監控

監測(cè)水泵(bèng)運行狀態，比如(rú)運行，停(tíng)止(zhǐ)，保(bǎo)護(hù)裝(zhuāng)置故障等(děng)狀態(tài)，實(shí)現對(duì)水(shuǐ)泵(bèng)遠(yuǎn)程(chéng)控製，排水(shuǐ)引(yǐn)水(shuǐ)聯動(dòng)控(kòng)製(zhì)，在(zài)實現遠(yuǎn)程控(kòng)製(zhì)功能之前(qián)將(jiāng)水泵(bèng)，工作閘(zhá)門PLC控製櫃選擇(zé)遠(yuǎn)方。排水(shuǐ)引(yǐn)水聯動時，係統(tǒng)將下發(fā)進(jìn)水閘門打開(kāi)命令(líng)，直至進水閘門(mén)全開狀態。

⑤　閘門(mén)監控

監測工(gōng)作門(mén)，油(yóu)泵運(yùn)行(háng)狀態(tài)，比(bǐ)如運(yùn)行(háng)，停止等狀態(tài)，在該功能(néng)模塊(kuài)可以實(shí)現(xiàn)對工作(zuò)門，油(yóu)泵遠程控製(zhì)。

⑥　趨勢(shì)曲綫分析

可(kě)以監(jiān)測電機(jī)運(yùn)行(háng)負(fù)荷曲(qū)綫，內(nèi)外(wài)水(shuǐ)位曲綫(xiàn)等等，幫(bāng)助(zhù)用戶分析和(hé)記錄運(yùn)行(háng)趨(qū)勢(shì)。

此(cǐ)外(wài)，係統還(huán)具(jù)備異常報警，報表製表等功(gōng)能，使(shǐ)管理(lǐ)人(rén)員及時了解(jiě)電站(zhàn)運行(háng)情況。

4.2 區(qū)域泵站管理平(píng)台

AcrelEMS泵站(zhàn)管(guǎn)理平(píng)台設置在(zài)雲服務器或者區域(yù)指(zhǐ)揮(huī)中(zhōng)心(xīn)，實(shí)現對區域(yù)內(nèi)不(bù)同類(lèi)型泵站的(dí)統(tǒng)一監(jiān)控(kòng)，提(tí)高管理(lǐ)效率(shuài)。平台(tái)具備泵(bèng)站地(dì)理(lǐ)位(wèi)置顯(xiǎn)示，泵站3D展(zhǎn)示，電(diàn)力監(jiān)控，數(shù)據(jù)查詢，控(kòng)製調節，能耗分析，視(shì)頻監控，報警(jǐng)管(guǎn)理，設備管理(lǐ)，運(yùn)維(wéi)管理(lǐ)等功能。數據(jù)可(kě)通(tōng)過4G無(wú)綫專網(wǎng)或(huò)網絡傳輸。

①　泵站地理位(wèi)置標(biāo)識

可在(zài)地圖(tú)標識(shí)泵(bèng)站(zhàn)位(wèi)置(zhì)，點擊地(dì)圖上圖標可(kě)直(zhí)接進(jìn)入(rù)泵站監(jiān)視界麵。

②　泵站(zhàn)工藝3D展(zhǎn)示

通過(guò)2.5D或3D界麵(miàn)實時展(zhǎn)示(shì)泵(bèng)站運行狀(zhuàng)態，包括(kuò)電氣(qì)數據，管(guǎn)網(wǎng)，水(shuǐ)位，閘(zhá)門(mén)狀態(tài)等。

③　電(diàn)力監控(kòng)

實時監測泵站(zhàn)配(pèi)電係統(tǒng)運(yùn)行狀況(kuàng)，包括電(diàn)氣(qì)參數，越限(xiàn)/異常報警等等。

④　泵(bèng)站非電(diàn)量監(jiān)控(kòng)

平台可(kě)展示(shì)泵站變壓(yā)器(qì)，電(diàn)機，綫(xiàn)纜等關鍵(jiàn)接點(diǎn)溫度(dù)，另外可(kě)對泵(bèng)站電機(jī)振動(dòng)，環(huán)境溫濕度(dù)，水(shuǐ)位，閘(zhá)門狀態，視頻(pín)，門禁等各種(zhǒng)參量(liáng)，並可(kě)設(shè)置越(yuè)限(xiàn)報警。

⑤　能耗(hào)分析(xī)

分析各泵(bèng)站(zhàn)電能消耗(hào)數據和碳(tàn)排放(fàng)分析(xī)，對標(biāo)水泵(bèng)能效指標，為管(guǎn)理者進(jìn)行(háng)設(shè)備(bèi)能效升級(jí)改(gǎi)造提(tí)供數(shù)據支(zhī)持。

⑥　報(bào)警(jǐng)分(fēn)析(xī)

平(píng)台(tái)可對區域內泵(bèng)站(zhàn)的報警(jǐng)進行分級(jí)
：普通，嚴重，事故三(sān)個(gè)級別，並對(duì)所有事(shì)故(gù)進(jìn)行分析，幫(bāng)助(zhù)管(guǎn)理者更好(hǎo)了解泵站的(dí)運行(háng)狀況，避免(miǎn)錯過重要(yào)的報警信息。

⑦　設(shè)備(bèi)檔案(àn)及(jí)運(yùn)維(wéi)管理(lǐ)

平台(tái)針對泵站(zhàn)設備建立設(shè)備(bèi)檔案庫(kù)，記(jì)錄(lù)設(shè)備生產廠家，性能參數，維(wéi)護(hù)保(bǎo)養信(xìn)息，並生成設備二維(wéi)碼，支持(chí)運(yùn)維(wéi)巡(xún)檢，缺(quē)陷(xiàn)記錄，工(gōng)單管(guǎn)理(lǐ)，事故搶修(xiū)等運(yùn)維(wéi)管理流(liú)程，幫(bāng)助(zhù)用戶管理(lǐ)泵站運維。

此(cǐ)外平台可(kě)接入(rù)各(gè)泵站(zhàn)的照明(míng)控(kòng)製(zhì)係統，應急照明和疏(shū)散(sàn)指(zhǐ)示係(xì)統數據(jù)，通過(guò)平(píng)台(tái)進行(háng)統一監(jiān)控(kòng)管理，提(tí)高(gāo)泵(bèng)站的運(yùn)行(háng)安(ān)全(quán)和管理(lǐ)效率。