(江蘇省秦淮河水利工程管理處，江蘇 南京 210001)

近年來，大中型泵站不斷建設，尤其是區(qū)域性排澇站及生態(tài)供水泵站數(shù)量急劇增加，按照水利部《水利工程管理單位定崗標準(試點)》中運行管理崗位設置標準[1]，即使采取了運行管理服務外包、管養(yǎng)分離等形式，符合崗位要求的運行人員供需矛盾仍較突出。隨著大中型泵站主輔機系統(tǒng)、電氣設備質(zhì)量不斷提高，狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷手段的不斷成熟，網(wǎng)絡技術、安全技術的飛速發(fā)展，部分大中型泵站無人值守完全具備了技術基礎。事實上國家電網(wǎng)公司早就對變電站無人值守運維模式進行了探索，并已全面推進，大批500kV變電站都已實現(xiàn)了無人值守。在泵站管理方面，部分供水泵站、加壓泵站、一體化預制泵站等也已實現(xiàn)無人值守運行，并且逐步形成了泵站無人值守運行模式的完整解決方案。

1 大中型泵站自動控制系統(tǒng)及運行模式

大中型泵站的自動控制系統(tǒng)從20世紀80年代開始起步，經(jīng)歷了分立元件、集成電路、數(shù)字電路時代。目前泵站微機監(jiān)控系統(tǒng)基本采用分散式與集中式控制相結合、分層分布式網(wǎng)絡結構，系統(tǒng)控制權分遠方、中控室、現(xiàn)地三級(見圖1)。

《泵站技術管理規(guī)程》(GB/T 30948—2014)、《江蘇省泵站運行規(guī)程》(DB32/T 1360—2009)[2]均未對泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)操作方式作明確規(guī)定。受傳統(tǒng)泵站運行管理思維影響，大部分泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)只是作為傳統(tǒng)控制方式的輔助手段，發(fā)揮數(shù)據(jù)采集處理功能，在控制權限的開放上非常慎重，有些僅僅是用鼠標取代按鈕，執(zhí)行簡單的分合閘操作，雖然開發(fā)了很多專家系統(tǒng)和智能決策系統(tǒng)，但真正發(fā)揮作用的不多，遠方操作基本都未開放。每個運行班組仍按照《泵站運行規(guī)程》要求設正、副值班長各1名，配備2～4名值班員[1]，未充分挖掘監(jiān)控系統(tǒng)能力。很多管理者認為大中型泵站主機組運轉(zhuǎn)是動態(tài)的，現(xiàn)有的狀態(tài)監(jiān)測手段無法滿足安全運行要求，現(xiàn)場的“觀、聞、聽、觸”才真正有效。在推進精細化管理上，重視文本的細節(jié)挖掘，缺乏對現(xiàn)代技術手段的深度應用。因此大部分泵站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)建設并沒有有效地降低運行值班人員工作強度，沒有實現(xiàn)對泵站的智能控制和優(yōu)化運行。

圖1 泵站微機監(jiān)控系統(tǒng)典型結構

2 無人值守運行管理模式系統(tǒng)框架

2.1 應用場景

參考電力系統(tǒng)無人值守設集控中心模式，按照泵站群或梯級泵站設一處集中監(jiān)控與調(diào)度中心，集控中心負責無人值守泵站運行模式的選擇、信號監(jiān)視、設備狀態(tài)監(jiān)視、越限報警、遠方操作等，必要時可配備一組巡操人員。

2.2 大中型泵站主要監(jiān)控對象及參數(shù)

目前大中型泵站主要監(jiān)控對象及參數(shù)見表1[3]。

表1 大中型泵站主要監(jiān)控對象及參數(shù)

2.3 實現(xiàn)無人值守運行管理的條件

2.3.1 優(yōu)化主設備選型

新建泵站設計時應兼顧效率和成熟可靠，以降低運行維護工作量為前提進行主設備選型。電氣設備實現(xiàn)“無油化、免維護”，主機組盡量擯棄復雜的結構，減少輔機用量。隨著大型潛水電泵、智能化一體泵站、永磁同步機組技術的成熟，泵站的結構和輔機配置都可以更加簡化。潛水電泵機組可以做到無輔機、無廠房；永磁同步電機+高壓變頻器方式既可以省去復雜的故障率高的勵磁機構(勵磁變、勵磁屏、繞線式轉(zhuǎn)子、集電環(huán)碳刷等)和葉片調(diào)節(jié)機構，又可以實現(xiàn)高功率因數(shù)，全范圍調(diào)節(jié)按最優(yōu)工況運行。傳統(tǒng)泵站也可以通過適當?shù)募夹g改造，優(yōu)化設備配置、操作流程來實現(xiàn)。

2.3.2 計算機監(jiān)控全覆蓋

目前泵站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)設備選型存在追求豪華、高檔的趨向，貪大求全，配備大屏幕、多臺工控機、服務器，熱衷多畫面制作展示，而缺乏對監(jiān)控系統(tǒng)的深度開發(fā)及采集數(shù)據(jù)的綜合運用[4]。要實現(xiàn)泵站的無人值守，必須充分利用計算機監(jiān)控手段，全面掌握泵站運行關鍵信息。一是要完善泵站監(jiān)控系統(tǒng)標準。隨著智能設備、信息技術的高速發(fā)展，泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)相關規(guī)范編制滯后。二是要建立完善的設備健康狀況監(jiān)測評估系統(tǒng)。根據(jù)監(jiān)測采集的設備運行電量、震動、擺度、壓力、聲音、溫度等關鍵信息，實時診斷故障，準確判斷故障類型，輔助用戶進行維修決策；利用多數(shù)據(jù)融合進行趨勢預測；為避免值班人員盯著屏幕產(chǎn)生的視覺疲勞，應采用彈窗、聲音等多種手段進行越限報警及狀態(tài)提示。三是完善在線監(jiān)測和自動調(diào)節(jié)。配置絕緣、溫度在線監(jiān)測，以科技手段代替人工現(xiàn)場檢測。充分發(fā)揮自動控制調(diào)節(jié)功能，勵磁裝置、葉片調(diào)節(jié)機構、軟啟動、變頻裝置、真空破壞閥、輔機設備、照明、通風、消防等實現(xiàn)自動控制和動態(tài)自動跟蹤調(diào)節(jié)。四是完善水工建筑物安全監(jiān)測。充分利用GIS、GPS、北斗等技術手段，實現(xiàn)泵站水工建筑物水平位移、垂直位移、伸縮縫、沉降縫、揚壓力等遠程實時自動監(jiān)測。

2.3.3 視頻監(jiān)控全覆蓋

視頻監(jiān)控覆蓋運行管理需要查看的要素主要包括主機組、變壓器、高低壓配電裝置、閘門、輔機系統(tǒng)(油氣水、清污機等)、集水井、主副廠房、泵站出入口安防、上下游警戒區(qū)內(nèi)引河、水工建筑物、水尺等。

2.3.4 完善的網(wǎng)絡安全防護體系

要實現(xiàn)泵站無人值守，網(wǎng)絡安全至關重要。首先網(wǎng)絡傳輸是無人值守泵站的命脈，所有的監(jiān)測、遙控都要通過網(wǎng)絡實現(xiàn)，泵站至中央控制室宜采用有線+4(5)G專網(wǎng)冗余配置。此外根據(jù)《中華人民共和國網(wǎng)絡安全法》《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護規(guī)定》(國家發(fā)改委2014年第14號令)，安全防護體系的組建要遵循“安全分區(qū)、網(wǎng)絡專用、橫向隔離、縱向認證”的原則[5]。隨著5G、云端應用的普及，利用大數(shù)據(jù)、人工智能進行狀態(tài)評估和故障診斷有了可能，加上移動端信息讀取的需求，完全的物理隔離與信息技術的發(fā)展相悖，可從數(shù)據(jù)加密、應用冗余、Web防護、認證授權等方面入手，進行系統(tǒng)和應用的安全加固。

2.3.5 建立泵站無人值守管理機制

泵站無人值守的運行管理模式是對現(xiàn)有規(guī)范、運行管理制度、安全管理制度的突破。要針對無人值守的運管模式建立一套新的管理機制，全面重建值班制度、交接班制度、安全責任制、崗位職責、操作規(guī)程、巡視制度、反事故預案等，以適應無人值守的需求[6]。

2.3.6 人力資源優(yōu)化配置

無人值守運行管理模式對運行人員的要求和傳統(tǒng)值班方式相比發(fā)生了很大變化。一是要提高運行值班人員的專業(yè)化水平，重新梳理工作內(nèi)容，使值班人員全面理解和系統(tǒng)把握。二是要加強培訓，全面掌握泵站整體情況、操作任務流程和無人值守的業(yè)務流程。三是強化責任意識，明確責任劃分。

2.4 泵站無人值守業(yè)務流程

2.4.1 開機前準備工作

中央控制室值班人員接到開機調(diào)度指令后，利用計算機監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行遠程檢查。準備工作經(jīng)監(jiān)控系統(tǒng)回訊或手工確認后進入開機流程。圖2為泵站開機前的準備工作流程。

圖2 開機前準備工作

2.4.2 開停機流程

泵站的開停機流程主要包括主變投運、母線投運、電容補償進線投運、主機組投運、主機組停運、電容補償進線停運、母線停運、主變停運等。泵站主輔機設備須全部滿足遠動的要求，開停機各項操作流程在監(jiān)控系統(tǒng)中固化，并在監(jiān)控系統(tǒng)任務流程圖上設置多重確認，確保操作安全。根據(jù)國網(wǎng)公司安全規(guī)定，電氣倒閘操作應使用倒閘操作票，執(zhí)行發(fā)令復誦制度，一人操作、一人監(jiān)護，對于泵站的倒閘操作，應根據(jù)操作任務，在監(jiān)控系統(tǒng)中固定操作票格式和內(nèi)容，可與操作流程圖結合，中央控制室值班人員借助監(jiān)控系統(tǒng)信息和視頻系統(tǒng)，嚴格執(zhí)行操作票發(fā)令復誦制度，一人操作、一人監(jiān)護，執(zhí)行前操作人、監(jiān)護人使用電子簽章簽名或操作完成后打印手工簽名存檔。為適應遠程操作的要求，配電裝置宜配置電動手車；對于手車沒有電動裝置的開關設備，在具備完善的機械及多重電氣閉鎖的情況下，手車可置于熱備用狀態(tài)。

2.4.3 運行巡視

《泵站技術管理規(guī)程》(GB/T 30948—2014)明確對運行設備和備用設備按規(guī)定的內(nèi)容和要求定期進行巡視檢查，特殊情況下須加大巡查頻次，設備運行參數(shù)每1～2h記錄1次。隨著泵站精細化管理的推進，很多大中型泵站對巡視檢查有了更加細致的要求。對于無人值守泵站來說，巡視要通過遠程智能設備、視頻監(jiān)控、巡視機器人等先進信息化手段，優(yōu)化巡視線路，合理劃定巡視區(qū)域，提高巡視質(zhì)量。必要時可采取人工巡視與智能遠程巡視相結合，對于泵站群或梯級泵站可安排專門的巡視班組，每天進行1次人工現(xiàn)場巡視[7]。

2.4.4 應急處置

無人值守泵站事故應急處置依賴于可靠全面的故障信息上傳和設備遠方操作控制，應急響應的時效性至關重要。一是要編制適應無人值守模式的事故應急處置預案，制定應急處置手冊，使運行管理人員熟練掌握應急處置流程。二是要完善技術保障，提高系統(tǒng)遠控可靠性和故障研判能力，建立事故應急處置專家?guī)?，為運行值班人員提供快速決策輔助，監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)建立應急處置流程，便于值班人員快速處置。三是要建立搶修應急聯(lián)動機制，優(yōu)化人員配置，利用自有人員或購買社會化服務組建應急搶修隊伍，第一時間快速響應。四是加強應急演練和考核，制定明確的應急處置響應時限和處置標準，提高事故處置協(xié)同能力[8]。此外，傳統(tǒng)模式運行管理思維往往對遠程事故處置心存疑慮，傳統(tǒng)方式下認為主機組現(xiàn)場急停、開關拒動情況下，通過斷路器本體機械脫扣按鈕“手動”分閘等應急手段在遠程方式下難以實現(xiàn)。其實現(xiàn)場急?？梢酝ㄟ^有線或無線方式在中央控制室設置機械急停按鈕實現(xiàn)。為了防止事故狀態(tài)下斷路器滅弧能力下降導致開關爆炸，各地新的變電站運規(guī)已不允許在斷路器兩側(cè)帶電的情況下采用現(xiàn)場“手動”方式分閘，在斷路器拒動情況下，可遠程采取越級分閘方式或通過對斷路器脫扣裝置進行技術改造遠程“手動”分閘切斷事故電源[9]。

2.4.5 值班與交接班

無人值守泵站智能化高效運行，完全依賴監(jiān)控系統(tǒng)對信息的獲取以及值班人員對運行數(shù)據(jù)的分析判斷，與現(xiàn)場值班直接的感官接收信息有很大不同，需要值班人員集中精力，對設備運行數(shù)據(jù)的趨勢變化、越限報警快速作出響應，故障或事故時能夠快速應對。因此對值班人員的職責分工和責任劃分要明晰。中央控制室一般采取三班輪轉(zhuǎn)制，交接班時要對運行數(shù)據(jù)、異常狀況全面交接，雙方確認留檔。

3 結 論

泵站無人值守運行管理模式是充分利用信息化手段，緩解人員供需矛盾的有效舉措。對于主機組結構簡單、設備完好率高、監(jiān)控系統(tǒng)完善的泵站，有條件的管理單位可以開展無人值守模式的試點，健全制度，全面梳理業(yè)務流程，總結經(jīng)驗，為大規(guī)模推廣應用提供實踐基礎。