综合自动化监控系统在厄瓜多尔圣埃伦娜水利工程Chongón泵站改造中的应用

摘 要：本次泵站改造包括泵站所属变电站的改造和泵站机组改造，综合自动化监控系统由泵站变电站综合自动化系统和泵站PLC控制系统两部分组成。以"分层分布、技术先进、系统实用、结构合理、产品主流、低成本、低維护量"作为系统改造设计原则，实现新系统的2台泵机组与老系统2台泵机组分组运行及相互切换运行，并及时将泵站设备运行信息通过SCADA系统传递到CHONGON集控中心，使本监控系统得以可靠的应用。

关键词：泵站改造 综合自动化 微机保护装置 PLC 监控系统 功能 应用

1，引言

崇贡（Chongón）泵站（以下简称“泵站”）改造是中国水利电力对外有限公司承接的厄瓜多尔圣埃伦娜水利工程其中的重要的组成部分。

泵站的水泵机组负责从Chongón水库取水，经压力钢管、渠道、分支输送管道等，将Chongón水库的水送往AZúCAR和SAN VICENTE沿线用户，用于居民灌溉庄园果园和居民生活用水。

泵站原设计4台水泵机组，由于项目所在地政府经济等诸多原因，在2000年仅建设并投运了2台机组。随着社会经济发展，为满足沿线居民用水需求，计划在2018年进行泵站机组改造时，维修原有2台泵组，新建设2台泵组，以提升泵站供水的能力，满足设计需求。

变电站的改造包括：维修检修现有69KV变电站正在运行的一套间隔设备，新增加一套间隔设备，以确保泵站内13.8KV的泵机组双路电源供电。

泵站机组改造：包括原有2套泵机组设备的检修维修，新建2套泵机组及配套设备管道等设施。其中包括新建2台2.3m3/s离心水轮泵、2台13.8KV 2350KW电机、配套的辅助液压蝶阀和液压油机设备等，以及长2.95KM直径1600mm 工作压力0.8MPa的压力输送钢管管道等，以及配套的供电、控制、仪表自动化、通信设备等。

综合自动化监控系统由泵站变电站综合自动化系统和泵站PLC控制系统两部分组成。

综合自动化监控系统采取了一套以施耐德公司产品为主，以“分层分布、技术先进、系统实用、结构合理、产品主流、低成本、低维护量”作为系统改造设计原则，实现新系统的2台泵机组与老系统2台泵机组分组运行及相互切换运行，并及时将泵站设备运行信息通过SCADA系统传递到Chongón集控中心，使本监控系统得以可靠的应用。

2，综合自动化监控系统结构

系统按分层分布式，模块化结构组建，采用环状拓扑网络。

按照Chongón集控中心、泵站控制室层和就地控制层三级管理模式运行。

监控系统结构图如下图1示。

2.1 Chongón集控中心：

通过本泵站新建的SCADA系统设备，利用微波传输技术，将改造的泵站及泵站变电站的各设备状态信息，监控参数等数据传输到Chongón集控中心。方便集控中心工作人员实时了解、指示、调配开启Chongón泵站水泵数量，实现水泵供水信息集中掌控目的。

2.2 泵站控制室层：

控制室层内设置监控系统后台设备有二套，每套配备CRT+主机设备，打印机、UPS等。其中一套为泵站监控系统设备，另一套为SCADA系统专配设备。

控制室层监控设备包括有公共系统主站，3#水泵PLC主站+3#水泵继电保护装置，4#水泵PLC主站+4#水泵继电保护装置等。

监控后台设备与监控PLC设备主要采用Modbus TCP 通讯协议通讯，通讯网络交换机switch采用LU9GC3型，各微机保护装置通过DNP3.0规约采用网络通信方式，并与PLC设备实现通讯。

2.3 远程站（就地控制层）：

在3#4#水泵机旁各设置一套PLC控制/操作柜，设置有就地/远程操作选择开关，并将水泵配套设备运行信息通过Modbus TCP 网络通讯，与监控后台实现信息交换，方便维护人员设备管理。

3， 综合自动化监控系统配置

3.1. 后台设备配置

泵站监控系统后台设备主要有主机、显示器CRT、稳压电源UPS及打印机等。

主机 DELL CPU Intel（R）Core（TM）i7-7700 CPU @1.60GHz 3.60GHz 安装内存16.0GB，系统类型：64-bit Operating System， x64-based processor硬盘：2T 显卡NVIDIA Quadro P400

CRT： Dell S2418H

UPS 6KVA

打印机：HP LaserJet Pro P1108

3.2 变电站综合自动化系统配置

3.2.1 新增间隔配置

本次改造泵站变电站新增加间隔设备的综合保护系统，其测量、保护、控制、通信等通过69kV线路保护柜内微机保护装置集成，通过户外增加的间隔，经电缆、网络与监控后台设备一起完成。

69kV线路保护柜配置：

一台施耐德公司的P632微机保护装置，用于69/13.8KV 6.3MVA主变压器的差动保护。

1台施耐德的P143型微机保护装置作为主变压器的非电量（重瓦斯、轻瓦斯、压力释放、油温、绕组温度等）保护等。

1台P127型微机保护装置一套用于变压器高压侧后备保护，具有相平衡和瞬时过电流保护，三段复合电压闭锁等。

隔离开关、SF6断路器开关合闸状态指示；

就地/远程操作选择；

3.2.213.8KV侧微机保护装置配置

13.8KV侧其它微机保护装置配置安装在中压室开关柜仪表门上。

线路进线柜和母联柜配置选配施耐德的P922型微机保护装置，具有三段反时限过流保护，接地保护，过负荷保护等。

站内变压器选配P127型微机保护装置，具有三段复合电压闭锁过流保护、正序反时限保护、两段定时限负序过流保护、接地保护、过负荷保护、低电压保护、变压器温度等非电量保护。

水泵电機选配VIO 12AB+VAMP255微机保护装置，具有两段定时限过流保护、两段定时限负序过流保护、过负荷保护、低电压和过电压保护以及电机温度、振动等非电量保护。

3.3 泵站PLC控制系统配置

泵站PLC控制系统由继电接触器控制系统、自动控制系统和通讯网络构成。

为保证系统的完整性、合理性，确保系统自动运行，基础继电控制元件采用最新Schneider低压元件，自动控制系统采用施耐德Modicon M580自动控制平台系列产品，通讯网络采用采用Modbus TCP 通讯协议通讯，通讯网络交换机switch采用LU9GC3。

泵站PLC控制系统采用主站和远程站控制方式。

根据改造设计原则，在控制室内设置3#、4#水泵PLC主站控制柜各1面，其中公用系统PLC系统模块安装在3#水泵PLC主站控制柜内。

在泵组设备机旁，就地设置3#/4#水泵水泵PLC远程站控制柜各一面。

各柜的模块配置按施耐德选配原则进行，DI/DO/AI模块根据控制单元监控点数确定。以3#水泵PLC主站模块配置选型为例，见下表1。

各系统分开独立，即3#水泵PLC控制系统完成对3#水泵机组的控制及相应电机微机保护装置的数据采集，4#水泵PLC控制系统完成对4#水泵机组的控制（包含旁通泵）及相应电机微机保护装置的数据采集。公用系统完成对进线柜、母联柜、辅助变压器、69KV新增间隔微机保护装置的数据采集及对各断路器状态采集等功能。

在控制室内的网络机柜安装GPS时钟装置用于系统对时，并设置1台UPS不间断电源为PLC系统和监控计算机供电。

4， 监控对象

4.1主要监控设备

6.3MVA主变压器、69KV/13.8KV/220V进线及配电设备、直流电源装置、3#/4#水泵（以下简称水泵）和电机、旁通泵和电机、冷却水电磁阀、风机等。

4.2 监控主要参数

电量监测：

69KV侧电压、电流、频率、功率；

13.8KV侧电压、电流、频率、功率；

220V侧电压、电流、频率、功率；

水泵的电机运行电流、电流、功率、功率因数等；

流量监测

水泵单机流量、出水后压力钢管总流量；

水库水位监测

水泵取水拦污栅水位；

压力监测

水泵单管压力，水泵压力钢管总压力，旁通泵压力；

温度监测

水泵油温轴承油位导向轴承电机温度滚动轴承电机温度推力轴承圆柱滚动温度

振动监测

水泵推力轴承圆柱滚动轴承X/Y轴振动

设备状态

隔离开关/SF6断路器/变压器/直流电源装置/阀门电机/水泵电机等。

5，监控系统功能

根据泵机组供水工艺技术要求，泵机组供水工艺流程组态画面实现如下图2示。

结合各系统的配置和监控对象，通过系统组态、编程设计、控制能实现以下主要功能：

4.1 实时数据采集处理功能

遥测：泵站变电站新增间隔设备运行各种实时数据，69KV线路电压、电流；6.3MVA变压器温度、线路频率等；

遥信：隔离开关刀闸状态、SF6断路器设备状态、瓦斯、气压信号等，根据CT/PT的采集信号计算出增加间隔单元的电流、电压、有功、无功、功率因数及电度量等，可以显示在CRT上，实时数据显示处理功能如下图3。

4.2 各类限值得监控开机和报警处理功能

新增的2台水泵机组的监控开机分附机和水泵主机部分，将其条件准备就绪进线监控，作为报警处理。

报警设置有报警级别，即告警方式和解除。

处理方式有事故报警，预告报警等。

4.2.1 附机部分

通风机启动条件就绪：通风机故障报警、通风机远程操控位置；

冷却水电动阀启动条件就绪：冷却水流开关动作报警、冷却水远程操控位置；

旁通泵启动条件就绪：旁通泵故障报警、旁通泵远程操控位置；

蝶阀启动条件就绪：蝶阀允许远程、蝶阀非正常关报警、压力低、油位低等

4.2.2 水泵机组主机部分

水库水位

水泵故障报警

水泵紧急停止命令

水泵顶盖压力、气孔压力、出水口压力值≤1.25MPa

水泵推力轴承处温度、圆柱滚动轴承处温度≤85℃

水泵推力球轴承处X/Y向振动、滚动轴承处X/Y向振动≤6.3mm/s

水泵推力轴承处油温≤70℃

电机定子U1 V2 W1 U2 V2 W2绕组温度≤130℃.

电机非驱动端推力轴承温度≤85℃

电机驱动端轴向、径向振动≤3.4mm/s

其中相关参数变量画面截图如下图4示。

4.3 控制功能

在泵站控制室工程师站能通过终端键盘输入操作命令，对各监控设备有序进行操作控制。

4.4 管理功能

可以对变电站新增间隔设备、新增的水泵机组各设备工况、设备档案进行编制调用。泵站运行人员或工程师可以修改、检查、显示、打印设备工况等。

对于集控中心人员可以设置管理权限。

4.5事件顺序纪录和事件追忆功能

所有信号动作顺序以ms级纪录，在CRT上显示动作顺序，能在打印机上打印。

4.6 在線统计计算功能

根据变电站新增间隔CT和原有PT，能计算新增系统电压、电流、功率因数，变压器负荷率及损耗，变压器停用时间、次数等；

根据泵站13.8KV系统水泵开关柜内的CT和PT实时数据，能计算新增系统和各水泵的电压、电流、功率因数，停泵时间和次数等。

4.7 画面显示和打印功能

在控制室操作员站CRT上能显示69KV主接线图、13.8KV系统主接线图、直流系统、系统网络结构图、系统开关量状态表、各种实时测量值表、历史事件等；

4.8 与集控中心信号交换功能

新建设的泵站SCADA系统，通过微波技术将泵站所有信息传输到Chongón集控中心，并经Chongón集控中心接受处理，接受执行SCADA系统遥控命令。

4.9 GPS时钟对正功能

在控制室内的网络机柜安装的GPS装置，其天线安装在泵站房屋屋顶，与GPS装置对时接口，与各微机保护装置对时。

4.10 维护功能

通过控制室工程师站对监控系统进线诊断、管理、维护、扩充等工作，可以对数据库进行修改增减，各能报表在线生成，画面在线编辑等。

5，结论

通过中国水利电力对外有限公司厄瓜多尔圣埃伦娜水利工程项目部的精心组织，细化设计，充分运用泵站的保护、控制、监视和通信网络等技术，将泵站专属变电站和泵站机组控制系统有机融合一起，成功地实现了测量、信号、控制、保护、自动装置、远动装置的标准化、模块化、网络化、功能化等，使其综合自动化监控系统在Chongón泵站改造中成功地可靠得以运用，保证了新系统的安全性、完整性和可靠性。为中国水利电力对外有限公司在厄瓜多尔再次展示了公司技术精湛的一面，赢得了厄瓜多尔水利部的好评。

参考文献：

[1]机械工业出版社《 电气工程师手册》；

[2]SR.JOAQUIN ALBERTO NEGRETE ARGENZIO初步设计资料；

[3]中华人民共和国水利行业标准SL583-2012 《泵站计算机监控与信息系统技术导则》

Technical guide for computer monitoring system and information system of pumping station

[4]施耐德公司微机保护装置及PLC选型资料及其设备供货厂家出厂相关资料；