排涝泵站自动化升级改造研究

　　摘要:文章从排涝泵站应急预排机制、群控联合调度、自动化运行智能性、泵站运行成本、单站自动化改造以及自动化建设标准等方面，提出了升级改造惠州地区排涝泵站的方向和思路。然后探讨了实现水利信息化、管控一体化、远程监测及视频技术应用的方法途径，为提高惠州地区排涝泵站智能化、实用化升级改造提供一定的决策依据。

　　关键词:排涝泵站,现状分析,升级改造,技术方法

　　0引言

　　由于天气异常和地域多雨的特点，惠州地区的经济社会和生产生活正受到高强度降水形成的内涝的困扰。大中型泵站作为城市排涝的重要组成部分发挥着不可替代的作用，如何做好排涝泵站的升级改造，有效解决泵站管养能力不足和利用效率低等问题，从而实现增效节能为当前亟需解决问题之一[1]。

　　目前，惠州地区排涝泵站建设的指导性标准还比较缺乏且不同分区的自动化现状存在较大差异，主要体现在以下4个方面:①单站机电设备管养水平和自动建设水平较低，设备利用率低;②泵站群控率低而规模大，泵站群区域排涝成本高、效率差;③城镇水环境污染和雨污管道混接问题突出，不合理的排水体制严重影响着排涝泵站的自动化建设和高效运行;④泵站运行参数受涌洪潮水位顶托影响有待进一步的优化调整，还未形成普遍适用、统一的自动化设计研究方法[2-4]。因此，对自动化建设标准及其升级改造技术的研究已成为当前研究的热点之一。

　　1排涝泵站自动化建设现状及问题

　　1.1惠州市排涝泵站自动化建设现状

　　惠州地区属于亚热带季风气候，具有降水多气温高台风生成晚和开汛早结束晚汛期持续时间长等特征，平均降水量1897.0mm/a且在时空分布上极不均衡，近年来短时强降水、雷雨大风和冰雹等强对流天气频发，若无法及时排水极有可能发生内涝灾害，且随着城镇化和工业化的快速发展惠州地区雨岛效应日趋频繁。将降雨产生的涝水在短时间内排出去为排涝站的关键目标，这也是导致节能增效并未引起相关部门重视的重要因素，统计资料显示惠州市惠阳区的排涝泵站运行时间较短，且由于近年来气候降水多变使得泵站设计缺乏可靠、稳定的依据，排涝泵站仍具有较大的节能增效潜力。

　　除按大型泵站打捆立项以外的已改造的泵站通讯系统、保护系统、计算机监控等自动化控制系统均没有得到有效的改善，保护配置仍较为简单。另外，部分排涝泵站虽然引入了一些监控设备，但针对排涝泵站设计开发的监控系统相对较少，在实际应用过程中其效果较差，在很多地区也就成了摆设[5]。在排涝泵站自动化标准确定时还未形成科学、合理的评判依据，自动化建设规模在标准过高时偏大，从而导致设备闲置和投资浪费;自动化建设规模在标准过低时不足，由此需要二次建设并产生投资浪费。

　　所以，需要深入演技建设标准的合理确方法。在设计过程中各单位采取了不同的设计形式和方法，但主管部门并没有给予统一和足够的重视。随着惠州地区工业园区和新城区的快速建设，原有泵站排涝能力不足的问题日趋突出，在暴雨情况下必将导致内涝承载，目前亟需通过泵站的新建和改建提高当地的防涝减灾能力，加强对自动化群控建设增加城市排涝流量。随着时代的进步和科技的发展，比较先进的自动化技术逐渐使用至新建大型泵站中，这为未来的节能增效和优化设计提供了强有力的支撑[6-8]。

　　1.2惠州市排涝泵站自动化建设存在的问题

　　1)本地区排涝泵站以中小型规模为主，且部分区域采用的老旧型号并未更新，因此排涝能力和自动化水平存在较大差异。另外，在检测过程中利用较为常用的GPRS、传感器检测等技术还比较少，检测方法单一、操作简单，对于泵站设备缺乏系统的监测。针对自身资源排涝泵站无法进行有效的整合和维修经验的积累，检测手段的改进仍存在较大的空间。在运行管理过程中中小型泵站缺乏可靠的依据，可为大型泵站提供借鉴经验相对更少[9]。

　　2)惠州地区的小型泵站的平均装置效率较低，即使大中型泵站仅有30%-50%，排涝泵站能耗巨大，每台机组的能源单耗达6-8kWh/(ktm)，距离标准要求的单耗仍存在较大的差距，且能耗浪费问题突出。

　　3)排涝泵站自动化系统应具有信息通讯、故障报警、设备运行监控及数据采集与处理等通能，而大部分排涝泵站并不具备这些功能。加之惠州地区自动化专业技术水平存在较大差异、管理人员缺乏，青工稳定性因地域经济发展而较低，对于高素质技师和专业技工的培养更加缺乏。

　　总之，目前在惠州地区泵站自动化建设和运行维护管理中存在5个问题:①自动化水平现状和泵站运行维护水平存在较大差异，指导性建设标准缺乏可靠依据;②单站自动化建设水平和维护管理水平较低，利用率低;③管理人员能力和管养水平较低，工作稳定性差;④排涝泵站群控率低，而规模较大;⑤季节性运行为排涝泵站的特点，从而使得自动化改造成本高和改造难度大。

　　2排涝泵站自动化改造的解决思路和方向

　　2.1加强单站自动化的提升改造，提升自动化运行的智能性

　　要体现惠州地区特殊的地域特色建设改造单站自动化及运行管理维护，本着安全可靠、经济实用和技术适度先进的原则进行。盲目的改造和不切实际的目标不仅达不到预期的效果，而且还会造成资源的浪费，因此在自动化建设过程中不能追求排涝泵站的“高大上”，而应充分考虑惠州地区的城镇化普及、多台风天气及暴雨季节性频繁等地域特色，切实有效的提出单站自动化提升途径和改造方法。在天然流域降雨产流计算时较为常用的方法有推理公式法和综合单位线法，然而这些由水利部颁发的计算方法对于城市化区域降雨产流的计算并不一定适用。在实际计算时有学者采用了其他的计算方法，并未形成普遍适用的方法，在计算过程中应综合考虑各种因素和特殊情况进行适当的修订。

　　目前，在惠州地区排涝泵站管理运行、施工建设和设计等方面，单站自动化提升和改造策略得以突出体现[10]。对电气设备的保护和控制为排涝泵站管理比较注重的内容，通常只是监视泵站设备及主机组，监测进出口水位、闸门开度等，对于其他方面的监测比较少。因此，在自动监测和保护系统中宜纳入所有设备监测数据体系，加强对泵站辅助设备和主机组的监测，如加强对启闭机运行状态、清污机工作性能、进出水水清、技术供水的水量水压、闸门位置与开度、水泵进出口压力以及主机组的在线监测等。在自动监测和保护系统中纳入这些设备的监测数据，可显著增强泵站自动化运行的共享性、实用性和智能性，从而明确泵站自动化的一般标准和监测项目，提出指导性的技术标准并为自动化新旧泵站的建设与改造提供参考。惠州市惠阳区某排涝泵站的业务管理系统结构。

　　2.2完善自动化建设标准和管理信息化体系，减低运行成本

　　泵站自动化系统涉及到的范围较广、情况复杂且形式多样，自2009年发布泵站自动化指导意见以来始终存在标准不一、经济投入差异大和执行力度不够等问题，尤其是在微机运行维护管理和电气保护方面仍需要进一步完善，截止目前还未形成普遍适用、统一完善的建设标准。

　　相关研究对泵站自动化改造及其现状分析还不够深入，仍需要进一步调研和探索。通过分析问题和现状调研，从而提出一套适用于自动化建设的排涝泵站指南或标准。在过去本地区的排涝泵站仍以中小型规模为主，大多数采用老旧型机电设备和人工分、合断路器的设备控制形式。另外，设备监测环节较少且监控手段单一、简陋，通常都是在机器不能正常运转或泵站发生跳闸停机等故障时才进行维修，对于紧急排涝任务构成了严重的不利影响。在故障抢修后缺乏有效的总结和经验积累，可供借鉴的系统管理制度和运行经验缺乏，不利于维修方法、检测手段的改进以及现代化排涝泵站建设。

　　为降低泵站运行成本原有泵站的升级改造和大型泵站的建设，应充分考虑原有自动化经验教训和运行维护方法。近年来，新建排涝泵站采用了新的途径，借鉴了以往的设计方法取得了理想的成效。在运行过程中排涝泵站的成本投入较高，泵站的低收益性与排涝的公益性、季节性特征相关，其中财政拨款为其管护资金的主要来源，在暴雨成灾时地方政府应保持管护资金的充裕，重视泵站的管护。因此，在初期设计时就要考虑降低泵站运行成本的问题，采取科学节能的方法和低能耗的机电设备，实施无人值班和状态监测等措施均可在一定程度上节约泵站运行成本。

　　2.3加强排涝泵站的群控联合调度，建立应急预排机制

　　为更加充分的发挥水闸作用和节约能源消耗，按照内河涌水位辩护群控联合调度排涝泵站，结合外江潮位预报和天气预报优先开启装置效率高的泵站排水，为有效硬度极端暴雨天气做好预排抢排等措施。惠州市惠阳区某排涝泵站网络系统可对引排水方案调度指令按照数据流程，从而实现自上而下的有效传输;系统在线视频、监测等技术的共享、分发、传输、采集，有助于有效信息的交流和传递;另外，各闸泵站和调度中心工作可通过运营商VPN技术实现同一虚拟网络的目标，从而提高了通道利用率和数据传输的可靠性。

　　自动化泵站的安全运行问题存在于尚未改造和已完成改造系统中，并且实际上的泵站自动化水平更低，人工完成事故的判断和泵站的操作仍存在于部分泵站，为保证新改造系统的安全运行还必须有人值班。县级及以上规模的国有泵站通常将职工宿舍建设在泵站旁，安排几个人对设备管护，并且在汛期时进行值班;而对于泵站总容量相对比较小的县级以下水利局管理的泵站，通常在附近的村镇安排住宿，值班人员在汛期排水时水在泵房里，这种问题较为突出且形势不容乐观，亟需对自动化设备进行升级改造。

　　现代化排涝泵站改造的两大特点为联合调度和实施信息化建设，惠州市某排涝泵站综合业务系统结构。在惠州地区各水利部门受汛期台风影响前做好防御工作，调动各方面水清和信息积极发挥各泵站的作用，为进一步降低内河涌水位及时实行预排预抽空措施，腾出库容控制内河水位在设定值以下水平。另外，水利泵站24h待命并严格执行值班制度，对水势水情严密观察不得松懈;为确保内河涌流水畅通对内河段、各泵站内的杂物组织人力清理、检查。

　　3适合惠州地区的排涝泵站自动化改造的技术方法

　　3.1共享性和实用化

　　排涝泵站自动化改造和建设的发展趋势以资源共享、性能可靠、使用方便、操作简单等为主，这也是理性投资的基本要求。泵站的自动化改造建设和管理维护，应遵循资源解决、管养防范、安全可靠、性价比高、经济使用和技术适度有限等原则，按照实用性要求提升和改造泵站自动化水平。

　　3.2水利信息化和管控一体化

　　随着GRRS、通讯和网络技术的发展，控制命令的下达速度和实地数据的采集可靠性了显著的提升，泵站信息化管理因软件技术的发展变得更加便捷，排涝泵站自动化系统的普及和广泛使用必将成为未来的发展趋势。惠州市某泵站的功能结构和维护管理系统。

　　3.3视频技术和远程监测的使用

　　由于视频具有无间隔同步显示、传输速度快及图像清晰等优点，更容易被各层级管理人员所接受，在惠州排涝泵站中这项技术的应用最为普遍和广泛，并且在一定程度上推动了自动化系统中视频技术的应用。对于复杂的视频监控系统和计算机网络系统，不同的视频信号可RGB信号可采用强大的大屏幕拼接控制器来实现。

　　职能电表、水位计、流量计等为排涝泵站调度系统常用的监测仪表，而原有自动化设备往往是现场查勘闸门开度和未知、水泵进出口压力监测等功能，通过在原有系统中引入GPRS模块可以实现以短信的形式将采集的数据发送至收集，尤其是对于某种极端数据或发生过账时，可采用GSM模块对系统进行远程操作，将只是定和控制按钮转变为人机界面并实现智能化监控。

　　3.4系统自诊断功能的完善

　　为了进一步提高泵站的安全可靠性并降低机组的故障率，实现泵站的高效经济运行和优化调度，有必要监测诊断泵站机组工作状态。随着GRPS、测试技术、现代传感和计算机技术的快速发展，在泵站调度运行中现代化技术逐渐得到推广和适用，自动化诊断泵站系统功能的体系日趋得到完善，实施监测大中型泵站机组的故障和工作状态是满足现代化、自动化泵站管理发展的必然要求。

　　4结论

　　目前，惠州市排涝泵站存在的主要问题有自动化水平现状和泵站运行维护水平存在较大差异，指导性建设标准缺乏可靠依据;单站自动化建设水平和维护管理水平较低，利用率低;管理人员能力和管养水平较低等。随着惠州地区工业园区和新城区的快速建设，原有泵站排涝能力不足的问题日趋突出，在暴雨情况下必将导致内涝承载，目前亟需通过泵站的新建和改建提高当地的防涝减灾能力，加强对自动化群控建设增加城市排涝流量。

　　文章从泵站群控联合调度、应急预排机制、自动化智能性、泵站运行成本控制、单站自动化改造及自动化建设标准等方面，提出了升级改造该地区排涝泵站的技术方法和思路。排涝泵站自动化改造和建设的发展趋势以资源共享、性能可靠、使用方便、操作简单等为主，这也是理性投资的基本要求，文章探讨了实现水利信息化、管控一体化、远程监测及视频技术应用的方法途径。另外，排涝泵站自动化系统的普及和广泛使用必将成为未来的发展趋势。

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