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公司名稱(chēng):安科瑞電子商務(wù)(上海)有限公司

聯(lián)系人:易允恒

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安科瑞淺談基于平臺(tái)的城市排水泵站管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2023-08-18瀏覽次數(shù):783返回列表

易允恒

安科瑞電氣股份有限公司 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)不完全統(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。

  1. 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)都必不可少,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。

  1. 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的電源,一路電源故障時(shí)另外一路電源可以不受影響供電,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(mǎn)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(xiàn)采用單母分段接線(xiàn),0.4kV母線(xiàn)采用單母線(xiàn)或單母分段接線(xiàn)。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。

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圖1 中小型排水泵站電氣接線(xiàn)示意圖

  1. 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。

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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

綜保(1)

AM6

提供35kV和10kV線(xiàn)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

apm810

APM520

三相電流、線(xiàn)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(1)

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

抗晃電裝置(1)

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-12(1)

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(xiàn)測(cè)溫傳感器

IMG_262

ATE400

監(jiān)測(cè)35kV及以下電壓等級(jí)配電系統(tǒng)母排、線(xiàn)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(xiàn)測(cè)溫接收器

ATC600(1)

ATC600

接收無(wú)線(xiàn)測(cè)溫傳感器數(shù)據(jù)并通過(guò)RS485上傳。

智能網(wǎng)關(guān)

anet(2)

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

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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

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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

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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

ARTU-KJ8

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

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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(mǎn)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(mǎn)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。

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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。

  1. 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。

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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。

  1. 泵閘全景圖

泵閘全景圖可以幫助用戶(hù)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。

  1. 泵站總覽及單線(xiàn)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)。

  1. 節(jié)制閘監(jiān)控

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。

  1. 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)。

  1. 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。

  1. 趨勢(shì)曲線(xiàn)分析

可以監(jiān)測(cè)電機(jī)運(yùn)行負(fù)荷曲線(xiàn)、內(nèi)外水位曲線(xiàn)等等,幫助用戶(hù)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(xún)、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(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)傳輸。

  1. 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。

  1. 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。

圖片1

  1. 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。

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  1. 泵站非電量監(jiān)控

平臺(tái)可展示泵站變壓器、電機(jī)、線(xiàn)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。

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  1. 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。

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  1. 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。

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  1. 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(chǎng)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(hù)高效的管理泵站運(yùn)維。

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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。

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