排澇泵站自動化升級改造研究

　　摘要:文章從排澇泵站應急預排機制、群控聯合調度、自動化運行智能性、泵站運行成本、單站自動化改造以及自動化建設標準等方面，提出了升級改造惠州地區排澇泵站的方向和思路。然后探討了實現水利信息化、管控一體化、遠程監測及視頻技術應用的方法途徑，為提高惠州地區排澇泵站智能化、實用化升級改造提供一定的決策依據。

　　關鍵詞:排澇泵站,現狀分析,升級改造,技術方法

　　0引言

　　由于天氣異常和地域多雨的特點，惠州地區的經濟社會和生產生活正受到高強度降水形成的內澇的困擾。大中型泵站作為城市排澇的重要組成部分發揮著不可替代的作用，如何做好排澇泵站的升級改造，有效解決泵站管養能力不足和利用效率低等問題，從而實現增效節能為當前亟需解決問題之一[1]。

　　目前，惠州地區排澇泵站建設的指導性標準還比較缺乏且不同分區的自動化現狀存在較大差異，主要體現在以下4個方面:①單站機電設備管養水平和自動建設水平較低，設備利用率低;②泵站群控率低而規模大，泵站群區域排澇成本高、效率差;③城鎮水環境污染和雨污管道混接問題突出，不合理的排水體制嚴重影響著排澇泵站的自動化建設和高效運行;④泵站運行參數受涌洪潮水位頂托影響有待進一步的優化調整，還未形成普遍適用、統一的自動化設計研究方法[2-4]。因此，對自動化建設標準及其升級改造技術的研究已成為當前研究的熱點之一。

　　1排澇泵站自動化建設現狀及問題

　　1.1惠州市排澇泵站自動化建設現狀

　　惠州地區屬于亞熱帶季風氣候，具有降水多氣溫高臺風生成晚和開汛早結束晚汛期持續時間長等特征，平均降水量1897.0mm/a且在時空分布上極不均衡，近年來短時強降水、雷雨大風和冰雹等強對流天氣頻發，若無法及時排水極有可能發生內澇災害，且隨著城鎮化和工業化的快速發展惠州地區雨島效應日趨頻繁。將降雨產生的澇水在短時間內排出去為排澇站的關鍵目標，這也是導致節能增效并未引起相關部門重視的重要因素，統計資料顯示惠州市惠陽區的排澇泵站運行時間較短，且由于近年來氣候降水多變使得泵站設計缺乏可靠、穩定的依據，排澇泵站仍具有較大的節能增效潛力。

　　除按大型泵站打捆立項以外的已改造的泵站通訊系統、保護系統、計算機監控等自動化控制系統均沒有得到有效的改善，保護配置仍較為簡單。另外，部分排澇泵站雖然引入了一些監控設備，但針對排澇泵站設計開發的監控系統相對較少，在實際應用過程中其效果較差，在很多地區也就成了擺設[5]。在排澇泵站自動化標準確定時還未形成科學、合理的評判依據，自動化建設規模在標準過高時偏大，從而導致設備閑置和投資浪費;自動化建設規模在標準過低時不足，由此需要二次建設并產生投資浪費。

　　所以，需要深入演技建設標準的合理確方法。在設計過程中各單位采取了不同的設計形式和方法，但主管部門并沒有給予統一和足夠的重視。隨著惠州地區工業園區和新城區的快速建設，原有泵站排澇能力不足的問題日趨突出，在暴雨情況下必將導致內澇承載，目前亟需通過泵站的新建和改建提高當地的防澇減災能力，加強對自動化群控建設增加城市排澇流量。隨著時代的進步和科技的發展，比較先進的自動化技術逐漸使用至新建大型泵站中，這為未來的節能增效和優化設計提供了強有力的支撐[6-8]。

　　1.2惠州市排澇泵站自動化建設存在的問題

　　1)本地區排澇泵站以中小型規模為主，且部分區域采用的老舊型號并未更新，因此排澇能力和自動化水平存在較大差異。另外，在檢測過程中利用較為常用的GPRS、傳感器檢測等技術還比較少，檢測方法單一、操作簡單，對于泵站設備缺乏系統的監測。針對自身資源排澇泵站無法進行有效的整合和維修經驗的積累，檢測手段的改進仍存在較大的空間。在運行管理過程中中小型泵站缺乏可靠的依據，可為大型泵站提供借鑒經驗相對更少[9]。

　　2)惠州地區的小型泵站的平均裝置效率較低，即使大中型泵站僅有30%-50%，排澇泵站能耗巨大，每臺機組的能源單耗達6-8kWh/(ktm)，距離標準要求的單耗仍存在較大的差距，且能耗浪費問題突出。

　　3)排澇泵站自動化系統應具有信息通訊、故障報警、設備運行監控及數據采集與處理等通能，而大部分排澇泵站并不具備這些功能。加之惠州地區自動化專業技術水平存在較大差異、管理人員缺乏，青工穩定性因地域經濟發展而較低，對于高素質技師和專業技工的培養更加缺乏。

　　總之，目前在惠州地區泵站自動化建設和運行維護管理中存在5個問題:①自動化水平現狀和泵站運行維護水平存在較大差異，指導性建設標準缺乏可靠依據;②單站自動化建設水平和維護管理水平較低，利用率低;③管理人員能力和管養水平較低，工作穩定性差;④排澇泵站群控率低，而規模較大;⑤季節性運行為排澇泵站的特點，從而使得自動化改造成本高和改造難度大。

　　2排澇泵站自動化改造的解決思路和方向

　　2.1加強單站自動化的提升改造，提升自動化運行的智能性

　　要體現惠州地區特殊的地域特色建設改造單站自動化及運行管理維護，本著安全可靠、經濟實用和技術適度先進的原則進行。盲目的改造和不切實際的目標不僅達不到預期的效果，而且還會造成資源的浪費，因此在自動化建設過程中不能追求排澇泵站的“高大上”，而應充分考慮惠州地區的城鎮化普及、多臺風天氣及暴雨季節性頻繁等地域特色，切實有效的提出單站自動化提升途徑和改造方法。在天然流域降雨產流計算時較為常用的方法有推理公式法和綜合單位線法，然而這些由水利部頒發的計算方法對于城市化區域降雨產流的計算并不一定適用。在實際計算時有學者采用了其他的計算方法，并未形成普遍適用的方法，在計算過程中應綜合考慮各種因素和特殊情況進行適當的修訂。

　　目前，在惠州地區排澇泵站管理運行、施工建設和設計等方面，單站自動化提升和改造策略得以突出體現[10]。對電氣設備的保護和控制為排澇泵站管理比較注重的內容，通常只是監視泵站設備及主機組，監測進出口水位、閘門開度等，對于其他方面的監測比較少。因此，在自動監測和保護系統中宜納入所有設備監測數據體系，加強對泵站輔助設備和主機組的監測，如加強對啟閉機運行狀態、清污機工作性能、進出水水清、技術供水的水量水壓、閘門位置與開度、水泵進出口壓力以及主機組的在線監測等。在自動監測和保護系統中納入這些設備的監測數據，可顯著增強泵站自動化運行的共享性、實用性和智能性，從而明確泵站自動化的一般標準和監測項目，提出指導性的技術標準并為自動化新舊泵站的建設與改造提供參考。惠州市惠陽區某排澇泵站的業務管理系統結構。

　　2.2完善自動化建設標準和管理信息化體系，減低運行成本

　　泵站自動化系統涉及到的范圍較廣、情況復雜且形式多樣，自2009年發布泵站自動化指導意見以來始終存在標準不一、經濟投入差異大和執行力度不夠等問題，尤其是在微機運行維護管理和電氣保護方面仍需要進一步完善，截止目前還未形成普遍適用、統一完善的建設標準。

　　相關研究對泵站自動化改造及其現狀分析還不夠深入，仍需要進一步調研和探索。通過分析問題和現狀調研，從而提出一套適用于自動化建設的排澇泵站指南或標準。在過去本地區的排澇泵站仍以中小型規模為主，大多數采用老舊型機電設備和人工分、合斷路器的設備控制形式。另外，設備監測環節較少且監控手段單一、簡陋，通常都是在機器不能正常運轉或泵站發生跳閘停機等故障時才進行維修，對于緊急排澇任務構成了嚴重的不利影響。在故障搶修后缺乏有效的總結和經驗積累，可供借鑒的系統管理制度和運行經驗缺乏，不利于維修方法、檢測手段的改進以及現代化排澇泵站建設。

　　為降低泵站運行成本原有泵站的升級改造和大型泵站的建設，應充分考慮原有自動化經驗教訓和運行維護方法。近年來，新建排澇泵站采用了新的途徑，借鑒了以往的設計方法取得了理想的成效。在運行過程中排澇泵站的成本投入較高，泵站的低收益性與排澇的公益性、季節性特征相關，其中財政撥款為其管護資金的主要來源，在暴雨成災時地方政府應保持管護資金的充裕，重視泵站的管護。因此，在初期設計時就要考慮降低泵站運行成本的問題，采取科學節能的方法和低能耗的機電設備，實施無人值班和狀態監測等措施均可在一定程度上節約泵站運行成本。

　　2.3加強排澇泵站的群控聯合調度，建立應急預排機制

　　為更加充分的發揮水閘作用和節約能源消耗，按照內河涌水位辯護群控聯合調度排澇泵站，結合外江潮位預報和天氣預報優先開啟裝置效率高的泵站排水，為有效硬度極端暴雨天氣做好預排搶排等措施。惠州市惠陽區某排澇泵站網絡系統可對引排水方案調度指令按照數據流程，從而實現自上而下的有效傳輸;系統在線視頻、監測等技術的共享、分發、傳輸、采集，有助于有效信息的交流和傳遞;另外，各閘泵站和調度中心工作可通過運營商VPN技術實現同一虛擬網絡的目標，從而提高了通道利用率和數據傳輸的可靠性。

　　自動化泵站的安全運行問題存在于尚未改造和已完成改造系統中，并且實際上的泵站自動化水平更低，人工完成事故的判斷和泵站的操作仍存在于部分泵站，為保證新改造系統的安全運行還必須有人值班。縣級及以上規模的國有泵站通常將職工宿舍建設在泵站旁，安排幾個人對設備管護，并且在汛期時進行值班;而對于泵站總容量相對比較小的縣級以下水利局管理的泵站，通常在附近的村鎮安排住宿，值班人員在汛期排水時水在泵房里，這種問題較為突出且形勢不容樂觀，亟需對自動化設備進行升級改造。

　　現代化排澇泵站改造的兩大特點為聯合調度和實施信息化建設，惠州市某排澇泵站綜合業務系統結構。在惠州地區各水利部門受汛期臺風影響前做好防御工作，調動各方面水清和信息積極發揮各泵站的作用，為進一步降低內河涌水位及時實行預排預抽空措施，騰出庫容控制內河水位在設定值以下水平。另外，水利泵站24h待命并嚴格執行值班制度，對水勢水情嚴密觀察不得松懈;為確保內河涌流水暢通對內河段、各泵站內的雜物組織人力清理、檢查。

　　3適合惠州地區的排澇泵站自動化改造的技術方法

　　3.1共享性和實用化

　　排澇泵站自動化改造和建設的發展趨勢以資源共享、性能可靠、使用方便、操作簡單等為主，這也是理性投資的基本要求。泵站的自動化改造建設和管理維護，應遵循資源解決、管養防范、安全可靠、性價比高、經濟使用和技術適度有限等原則，按照實用性要求提升和改造泵站自動化水平。

　　3.2水利信息化和管控一體化

　　隨著GRRS、通訊和網絡技術的發展，控制命令的下達速度和實地數據的采集可靠性了顯著的提升，泵站信息化管理因軟件技術的發展變得更加便捷，排澇泵站自動化系統的普及和廣泛使用必將成為未來的發展趨勢。惠州市某泵站的功能結構和維護管理系統。

　　3.3視頻技術和遠程監測的使用

　　由于視頻具有無間隔同步顯示、傳輸速度快及圖像清晰等優點，更容易被各層級管理人員所接受，在惠州排澇泵站中這項技術的應用最為普遍和廣泛，并且在一定程度上推動了自動化系統中視頻技術的應用。對于復雜的視頻監控系統和計算機網絡系統，不同的視頻信號可RGB信號可采用強大的大屏幕拼接控制器來實現。

　　職能電表、水位計、流量計等為排澇泵站調度系統常用的監測儀表，而原有自動化設備往往是現場查勘閘門開度和未知、水泵進出口壓力監測等功能，通過在原有系統中引入GPRS模塊可以實現以短信的形式將采集的數據發送至收集，尤其是對于某種極端數據或發生過賬時，可采用GSM模塊對系統進行遠程操作，將只是定和控制按鈕轉變為人機界面并實現智能化監控。

　　3.4系統自診斷功能的完善

　　為了進一步提高泵站的安全可靠性并降低機組的故障率，實現泵站的高效經濟運行和優化調度，有必要監測診斷泵站機組工作狀態。隨著GRPS、測試技術、現代傳感和計算機技術的快速發展，在泵站調度運行中現代化技術逐漸得到推廣和適用，自動化診斷泵站系統功能的體系日趨得到完善，實施監測大中型泵站機組的故障和工作狀態是滿足現代化、自動化泵站管理發展的必然要求。

　　4結論

　　目前，惠州市排澇泵站存在的主要問題有自動化水平現狀和泵站運行維護水平存在較大差異，指導性建設標準缺乏可靠依據;單站自動化建設水平和維護管理水平較低，利用率低;管理人員能力和管養水平較低等。隨著惠州地區工業園區和新城區的快速建設，原有泵站排澇能力不足的問題日趨突出，在暴雨情況下必將導致內澇承載，目前亟需通過泵站的新建和改建提高當地的防澇減災能力，加強對自動化群控建設增加城市排澇流量。

　　文章從泵站群控聯合調度、應急預排機制、自動化智能性、泵站運行成本控制、單站自動化改造及自動化建設標準等方面，提出了升級改造該地區排澇泵站的技術方法和思路。排澇泵站自動化改造和建設的發展趨勢以資源共享、性能可靠、使用方便、操作簡單等為主，這也是理性投資的基本要求，文章探討了實現水利信息化、管控一體化、遠程監測及視頻技術應用的方法途徑。另外，排澇泵站自動化系統的普及和廣泛使用必將成為未來的發展趨勢。

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