随着社会的发展、技术的进步,泵站管理由有人值班过渡到无人值班是大势所趋。2005年,杭州市第一批按无人值班模式设计的供水加压泵站投入使用。10年来,杭州市水业集团有限公司(以下简称杭州水司)在中小型泵站大规模推广无人值班的管理模式(对于新建泵站,一律按无人值班进行规划设计);对于有人值班的在运泵站,则通过进行一系列的技术改造,使其具备无人值班的条件。杭州水司推广无人值班泵站10年来所积累的运行管理体会,可为同行参考和借鉴。

　　 自2005年以来,杭州水司新建泵站普遍采用了由工业级PLC、光纤以太网和通用组态软件组成的DCS,实现了泵站运行的自动控制监测。

　　 (1)系统分层。(1)现场设备层:从现场设备采集来的各类信号通过MODBUS传输到PLC输入输出模块,由PLC中的CPU模块进行运算处理;(2)网络链路层:各泵站的子PLC之间以及泵站PLC与中控室之间由以太网进行通信,上位机通过OPC从泵站PLC系统上远程读取数据;(3)管理控制层:通过对上送的信号进行分析、处理、统计、计算、存储,根据泵站的运行工况,对机组的运行状态进行控制。

　　 (2)主要控制方式。(1)远程控制:操作人员在中控室进行机泵开停操作;(2) 自动控制:由PLC按照设定的参数,完成设备的自动控制;(3) 就地控制:操作人员在机旁控制箱进行机泵开停操作。

　　 (3)主要控制功能。(1)机组开停;(2)数据采集:实时采集运行数据;(3)数据处理:运行数据自动存入硬盘,根据需要生成各类泵站运行报表;(4)自动调节适应工况:根据工况变化,自动选择开停机组、调节变频机组的频率;(5) 报警:发出声光提示并自动记录,可随时查看;(6)权限管理:设置多个操作级别,每个级别各有权限。

　　 以杭州水司为例,在有人值班的管理模式下,值班人员3班倒,在现场24h不间断值班,一般被要求每2h巡检一次;而改为无人值班的管理模式后,巡检人员为常日班,1人负责巡检多个泵站,每个泵站一般被要求每天巡检1次或2次。可见,管理模式从有人值班改为无人值班,巡检频率减少到原来的1/12或1/6。如果设备故障率不能同比下降,泵站运行风险就会增大。

　　 从目前的情况来看,无人值班泵站的现场设备在运行过程中出现问题的频率并不低,特别是由有人值班泵站改造而成的无人值班泵站表现得尤为明显。因为这些泵站在当初改为无人值班的设计中,只是在原泵站的基础上加装了自控系统和监控系统,而没有考虑到原有设备已经运行多年,需要更新改造来满足无人值班的要求。

　　 当然,作为管理者可以要求增加巡检频率。但这样不但要增加巡检人手和成本,而且让 “无人值班”的意义大打折扣,与推广无人值班管理模式的初衷背道而驰。鉴于现场巡检频率大幅度降低,无人值班泵站对设备稳定性须有更高的要求。

　　 中控室值班人员主要是通过视频画面和运行数据来掌握无人值班泵站的现场情况。视频监控的主要功能是防火防盗,虽然可以观察到人员进出,但很难及时发现设备缺陷。要掌握设备状态和泵站运行的信息,主要还是靠各类实时数据:清水池水位、出水压力、出水流量、浊度、余氯、电压、电流等。但受客观条件的制约,杭州市主城区无人值班泵站仍然有不少运行信息尚未实现实时监控,如机泵的振动。

　　 无人值班泵站和无人值班变电站有较多的相似性。如今,无人值班变电站的数量、规模和普及程度大大超过了无人值班泵站。 究其原因,变电站的关键信息几乎全部都是电信号,电信号的优点就是易于采集、处理和传输。 而泵站的很多关键信息是非电信号,非电信号首先要转换为电信号,才能处理和传输。以机泵振动为例,按照 《泵的振动测量与评价方法 》(JB/T 8097-1999)和《旋转电机振动测定方法及限值振动限值》(GB10068.2-1988)的要求,需在水泵和电机的轴承、法兰等位置,对其横、竖、纵3 个方向进行测量。如果要获取实时振动数据,1台机组上需布设的在线测振点就在6 个以上。 在线测振装置价格不菲,目前在供水行业的应用并不多,2011年6月建成投运的上海青草沙原水厂五号沟泵站有应用。在线测振装置之所以能在该泵站装备,是因为该泵站设计日供水规模为719 万m³,单机容量为4 800kW、2 400kW、1 900kW,分别采用美国AB、德国Siemens变频调速和以色列SOLCON软起动技术,在线测振装置的费用所占整台机组装备的比例很小。而杭州市主城区大部分无人值班泵站是日供水规模不到1 000m³的小型泵站,1 台机组的价格可能跟在线测振装置旗鼓相当,使用在线测振就很不经济。 从目前情况看,在线振动监测一般应用于高扬程大流量的水泵机组。而对于低扬程小流量的水泵机组,一般只是在安装调试、检修调试或定期巡检时进行振动检测。

　　 供水企业管理者固然可以寄希望于今后在线测振设备成本的下降,使中小型泵站也能够装备,但在近几年内实现的可能性不大。在线实时监测本质上是对传统巡检工作的取代,即“机器换人”。“机器换人”会有一个较长的过程。较为现实的解决办法还是从设计源头上把好关,最大限度降低故障概率。

　　 在中控室能获取到的现场信息相当有限,当发现某泵站运行数据有异常,需要派巡检工赶赴现场查看时,应急响应的环节和时间就会有所增加。如果只是小故障,对应急处置的时间要求不高,在核实和准备工作上耽误一点时间尚可接受。如果发生较为严重的异常事件,并且赶赴现场的路途又遥远,应急响应的时间增加就非常容易导致错失处置良机、甚至引发二次事故。管理模式从有人值班改为无人值班,应急响应的时间和环节必然会有所增加,但绝不能以此为由,就否定推广无人值班的大方向,而是应该从设计阶段就开始严格把关,从源头上确保泵站运行的稳定性。

　　 2005年至今10年来,城市化进程的加速、市政供水范围的扩大、泵站数量的增加、无人值班管理模式的推广等导致了远程值班人员的工作量剧增(见表1),既有量的增长,也有质的突破。

　　 首先,增加了热线服务的职责。杭州市主城区的无人值班泵站都是处于管网末端、服务于特定区域的二次供水加压泵站。其运行状况稍有变化,就会影响到周边地区用水。尽管有时候这些地区发生停水或降压供水并不一定是泵站内部有异常,但不可否认的是由泵站内部异常引起的概率很大。所以,除了正常的管网改造和计划检修(供水企业会提前发布停水公告),只要无人值班泵站周边地区发生停水或降压供水,中控室值班人员就首当其冲,承担起热线服务的职责。在有人值班模式下,值班人员可以掌握第一手信息,对停水或降压供水的原因一般能解释得比较到位。而改为无人值班模式后,只能通过在线数据进行分析、判断。如果是泵站内部问题,中控室值班人员尚能作答。如果是泵站外部问题,即使是出问题的供水管网距离泵站近在咫尺,但只要是在泵站围墙外,中控室值班人员就无从知晓,更不能对供水异常作出解释。中控室值班人员因掌握信息有限而不能作出及时合理的解释,很容易给外界造成推诿的错觉。这是近年来无人值班泵站“三来”管理中经常碰到的困境。

　　 其次,增加了供水调度的职责。以杭州市西湖风景名胜区内的两个泵站为例,S泵站与L泵站相距较近,只有1根输水管道相连,S泵站出水压力和L泵站清水池水位就有很大的关联性。如果两个泵站遇到清洗清水池、设备检修等事件,中控室值班人员需要统筹兼顾与其关联泵站的出水压力和清水池水位,不但要负责单个泵站的机组开停、运行参数调控,还要肩负起局部地区的供水调度。

　　 自动化程度越高,操作越便捷,管理就越复杂。中控室不但是操作中心和监控中心,还逐渐成为二级热线中心和调度中心。按照目前无人值班泵站不断增长的趋势,中控室的工作量和复杂程度还会进一步增加。

　　 杭州水司推广无人值班管理模式仅限于中小型泵站。因为这些泵站工艺较为简单,设备较为单一,易于实现全程自控,且不涉及高配柜的频繁操作。根据电力行业规定,高配操作必须有两名以上持有《进网作业许可证》的员工,1人操作,1人监护。正是这个原因,要在高配操作较为频繁的大型泵站推广无人值班模式,在目前有不小的难度。杭州市主城区的无人值班泵站大致可分为两类:无保安驻守和有保安驻守。无论采用哪种管理方式,供水企业都需要派员工定期巡检。巡检频率则根据管理模式和现场情况的差异,不同的泵站会有所区别。

　　 无保安驻守的无人值班泵站主要集中在城中村,当初大多由村里集资建造,后来因城乡供水一体化的需要而移交给杭州水司。移交前,村里就有专人负责现场巡查。移交后,出于平稳过渡的考虑,由杭州水司委托当地村委会派人每天定时巡查,发现异常立即向杭州水司报告。此模式优点为:(1)现场管理彻底无人化,即无人值守;(2)如有停水或降压供水等异常事件发生,村派巡查人员与当地村民是乡里乡亲,容易做好沟通解释。其缺点为:(1)巡查人员由当地村委会选派,杭州水司失去了选人的主动权,从业人员的素质良莠不齐,不容易规范管理;(2)村派人员的巡查不够专业,无法替代杭州水司员工的巡检。今后的发展应是由村派巡查人员逐渐退出或是将现有村派巡查人员培训成为巡检工。

　　 派保安驻守,实属无奈之举。由于此类泵站周边的社会环境复杂,须有门卫负责防火防盗、阻止闲杂人员入内。城中村的泵站之所以可以不用保安,是因为这些村的巡查人员大多是住在泵站旁边的村民,其实也就是起到了保安的作用。

　　 目前,杭州市主城区中小型供水泵站全部实现了无人值班,即生产过程全程自控,供水企业不用派驻正式员工24h不间断值班。无论是委托当地村民巡查,还是派保安看守,这些人工费用开支均大大低于派正式员工24h不间断驻守的工资费用。所以,推广无人值班的管理模式,减员增效的目的已经基本达到。但要现场管理彻底实现无人化,即实现无人值守,还是受到社会环境的制约。今后的发展趋势应该是机器换人、设施换人、技术换人,通过加强“技防”措施来替代保安和村派巡查人员,由无人值班逐渐过渡到无人值守。

　　 为进一步推广和完善无人值班模式,不仅要着眼于单个泵站自动监控的完善,更要放眼于提高整个城市供水的可靠性,优化整个城市的泵站布局。以杭州市为例,由于历史原因,一些城中村各自为政,自建供水设施,一村一泵站。当杭州水司接收这些泵站后,从整个城市供水系统的层面审视发现,这些泵站布局不合理、运行不经济。单个日出水量几百吨的村级泵站在日常运行管理方面所需的投入并不比单个日出水量几千吨的泵站低,因为麻雀虽小,五脏俱全。所以,每个村1个泵站远不如几个村共用1个适当规模的泵站来得合理。杭州水司在这方面做了探索和尝试,通过新建1个大规模的无人值班泵站来取代原有的3个村级小泵站,调整了相关泵站的供水范围,优化了整个区域的泵站布局,节省了大量的管理成本,取得了良好的效果。

　　 无人值班之所以能够得以实现,不仅仅是因为有了先进的自动化仪表和全方位的监控设备,更是依赖于供水设备的稳定运转和现场环境的整洁有序,不需要有人时刻在现场操作、巡检、维护。因此,泵站管理如要采用无人值班的模式,设计要高起点,施工要高质量,验收要高标准,保证整个泵站能长期、安全、稳定、可靠地运行。

　　 设计、施工、验收环环相扣。设计是源头,施工、验收的执行标准来自设计。所以,设计阶段的工艺选择和设备选型至关重要,必须要把可靠性放在第一位,以免维护为目标。首先,工艺环节要少。供水泵站的各个工艺环节是一个串联系统,环节越少,可靠性越高。在条件允许的前提下,优先选用叠压(无负压)供水设备。其次,每个工艺环节要有一定的冗余性。在成本允许的前提下,尽量构建成并联系统。最后,选用的设备结构要尽量简单。全部零配件均为常见的标准件,以便采购和及时修复。

　　 近年来,叠压(无负压)供水设备在全国各地的二次供水泵站得到了广泛应用。住房和城乡建设部于2010年4月17 日发布的 《二次供水技术规程》(CJJ 140-2010)认可了叠压(无负压)供水方式。从运行情况来看,这类供水设备可靠性较高,容易实现远程监控,可作为中小型无人值班泵站的首选。

　　 无人值班泵站的生产运行报表大多自动生成,如果运行数据没有大的异常,就很少会被人关注。杭州水司新建的无人值班泵站不少是位于城乡结合部。由于城市化进程的加速,在泵站投运后的几年内,时常会遇到用水量剧增、外部管网改造、峰谷波动的时间和幅值有很大变化等情况。为此要密切关注工况变化,持续调整和优化运行参数的设置,并满足两个前提:一是要满足住建部城字第277号文件的相关要求,即供水管网末端压力不低于0.14MPa;二是要满足用水需求,即无用户投诉。如果某些区域用水量变化过大,仅仅调整运行参数设置已经无济于事,那就需要调整工艺,如增建清水池、增设机泵。如果调整工艺还不能满足用水需求,那就要调整该区域泵站的布局。从杭州水司近10年来的情况看,无人值班泵站投运若干年后,需要调整运行参数的概率很大,但需要调整工艺和泵站布局的概率是微乎其微。

　　 无人值班泵站的数量增多,远程监控的数据随之增多,单靠值班人员的双眼无法同时关注到众多数据的异常变化,必将更加依赖于智能化监控系统的报警提示。一旦运行数据有异常变化,系统必须能及时发出图像或声光信号作为报警提示,提醒值班人员注意到这些变化,以便及时采取措施,避免发生重大损失和安全事故。

　　 首先,要优化控制界面。鉴于自动控制开停的机泵数量越来越多,有必要设立统一的机泵开停状态界面。只要有机泵的开停状态发生变化,系统就有相应的提示,提醒值班人员把注意力集中到有机泵开停的这个泵站。

　　 其次,要及时调整报警值。不少新建无人值班泵站缺乏基础数据积累,导致组态软件很难界定各种工况的极限值。试运行和投运初期,报警值的设置只能靠值班人员的个人经验。投运后,可能会有外部供水管网的改造、供水范围的调整,泵站的水压和流量变化很大,报警值的设置要根据这些变化而作调整。

　　 最后,要灵活设置报警类型。目前大多数报警是极限值报警,即当前标记值与一个或多个预先确定的极限值进行比较,如果超过极限值,则报警。实践证明,极限值报警有很大的局限性,如遇到外部爆管,清水池水位迅速下降、流量迅速增加、出水压力迅速下降,尽管有几个数据同时发生异常变化,但可能都没有达到各自的极限值,就不会发出报警提示。所以还要设置变化率报警,即在一个测量周期内,比较当前值和前期值,如果变化率的绝对值超过极限,则报警。总之,报警类型设置要能覆盖到各类可能发生的异常状况,使报警提示更趋智能化。

　　 在推广无人值班管理模式的过程中,杭州水司泵站管理部门增设了巡检工这一新岗位。巡检工主要有两项职责:一是定时巡查,及时识别设施异常、设备故障等运行风险,遇到自己处理不了的问题须及时报修,即传统的值班工职责;二是及时处置,在力所能及的范围内消除跑、冒、滴、漏等故障隐患,即传统的维修工职责。对于这一新岗位的管理,一方面要规范巡检流程,定人、定时、定点、定线路、定内容,减少巡检时间、频率、线路、内容的随意性;另一方面要依靠科技进步,采用先进的巡更管理系统,可以实时查看巡检到岗情况。

　　 现场环境卫生状况是检验现场巡检质量的明镜。跑、冒、滴、漏,不仅是对现场环境卫生的破坏,而且是设备故障的初期征兆。因此,保证设备现场良好的卫生状况,并不是什么面子工程,而是加强设备维护管理的重要任务。采用无人值班模式的泵站,远程监控人员只是通过远程监控图像来了解现场情况。如果设备现场脏、乱、差,就容易产生破窗效益。久而久之,中控室值班人员即使看到设备现场出现了异常情况,也会熟视无睹。只有现场保持非常清洁的状态,才容易发现跑、冒、滴、漏等设备故障的苗头。保持现场卫生状况,巡检工责无旁贷,供水企业对此要严格考核。但巡检不是万能的,杭州市M泵站曾发生过一起小概率事件:出水压力表与管道接头处突然爆裂,由于出水压力高达1.0 MPa以上,喷出的水柱通过天花板反射到配电柜,造成电气短路。无论是及时发现压力表与管道接头处突然爆裂的征兆,还是防止管道接头处喷出的水柱机缘巧合地射入配电柜中,都不能单靠加强巡检来解决问题,而是要在设计源头考虑如何防范此类事件发生:即如何规划泵房设备布局,如何选择管材、设备、仪表和焊接工艺,实现本质安全。

　　 从风险控制的角度看,加强巡检管理的目的就是要提高识别运行风险的概率,但这只是治标之策,而要从根本上降低运行风险,主要靠设计阶段把好关,在工艺选择和设备选型上以免维护为目标,从源头上降低故障发生的频率。

　　 无人值班泵站实现了对远程设备的分布式监控和集中式管理,改变的不仅仅是一个泵站的机组开停方式,而是整个供水管理的生态。推广无人值班的管理模式,首先是经济问题,要统筹处理好人工成本减少和设备投入增加的关系;其次是技术问题,要融合应用机械、电气、自动化、互联网、物联网等多种技术;最后是管理问题,要管好人和设备。供水泵站从有人值班到无人值班,设备的运行、监控、巡视、报警及故障处理、调度、以及设备现场管理都发生了很大变化,必须转变管理思维,改变陈旧的运行模式,加强巡检和维护,从经济、技术、管理等各方面进行调整优化,不断提高设备运行和管理水平。