水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在雙河口水電站的應(yīng)用

周中楊

( 中電投貴州金元集團(tuán)股份有限公司，貴陽(yáng)550004)

0 引 言

雙河口水電站位于貴州省羅甸縣邊陽(yáng)鎮(zhèn)交硯鄉(xiāng)，是蒙江干流規(guī)劃開(kāi)發(fā)的第七級(jí)水電站，地處蒙江干流河段上格凸河與漣江匯口下游5 km 處。流域控制面積4 770 km2。雙河口水電站水庫(kù)為不完全年調(diào)節(jié)，水庫(kù)校核洪水位為582.43 m，相應(yīng)庫(kù)容為1. 956 億m3; 正常蓄水位580 m，相應(yīng)庫(kù)容為1.828 億m3。電站裝機(jī)容量3 ×40 MW，在與上游梯級(jí)電站聯(lián)合運(yùn)行下，保證出力29. 64 MW，多年平均年發(fā)電量4.591 億kW·h，裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)3 830 h。

蒙江流域多年平均降水量1 200 mm，降雨主要集中在5 ～9月，占全年總降水量的70%左右。該流域洪水為雨源型洪水，汛期每年4月開(kāi)始，10月底結(jié)束。年最大洪水多發(fā)生在6 ～7月，約占?xì)v年實(shí)測(cè)最大洪水的68%左右。由于流域面積較大，降水分布不均勻，洪水以部分匯流為主。當(dāng)洪水發(fā)生時(shí)，水流受伏流阻水、漏斗、麻窩地影響，相當(dāng)一部分水量滲入地下形成地下水庫(kù)，當(dāng)洪峰過(guò)后，緩緩注入河道。因此，洪水峰型較胖，即峰低量大，洪峰流量模數(shù)較鄰近地區(qū)小。由于干支流洪水遭遇時(shí)間不同，峰型多為復(fù)式峰，同時(shí)也有單峰型洪水出現(xiàn)。洪峰持續(xù)時(shí)間3 ～5 h，漲洪歷時(shí)一般15 h 左右，洪水總歷時(shí)3 ～5 d。

1 系統(tǒng)升級(jí)改造的必要性

雙河口水電站施工期的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)4 a 的施工期運(yùn)行，系統(tǒng)設(shè)備已開(kāi)始出現(xiàn)老化現(xiàn)象，可靠性降低，功能欠缺等問(wèn)題，已不能滿足雙河口水電站的安全生產(chǎn)運(yùn)行要求。因此系統(tǒng)有必要進(jìn)行升級(jí)改造。2008年3月雙河口水電站開(kāi)展了對(duì)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)工程進(jìn)行升級(jí)改造工作，于8月份全部改造完成，并投入運(yùn)行。

2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能

2.1 改造后的系統(tǒng)組網(wǎng)方式

水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)常采用超短波通訊、衛(wèi)星通訊、GSM通訊、GPRS 通信和光纖通訊等多種方式組網(wǎng)。

超短波通訊組網(wǎng)主要針對(duì)距離較短，通視效果好的位置，費(fèi)用成本低。

北斗衛(wèi)星通訊組網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性高，可實(shí)現(xiàn)雙向的短波通訊，但通訊終端費(fèi)用較高，功耗較大，對(duì)于采用太陽(yáng)能浮充供電的遙測(cè)站，負(fù)擔(dān)較重。

GSM 和GPRS 通訊組網(wǎng)是廉價(jià)的公眾通信，其終端功耗底，體積小，費(fèi)用低廉。

光纖通訊組網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、可靠性高、可實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，但遙測(cè)站點(diǎn)多時(shí)光纖組網(wǎng)成本較高。

雙河口水電站施工期水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)遙測(cè)站主要采用北斗衛(wèi)星和超短波通訊方式。每個(gè)遙測(cè)站僅有1個(gè)通訊通道，汛期受天氣影響較大，可靠性有所降低。經(jīng)綜合考慮改造后的雙河口水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)遙測(cè)站主要采用以GSM 通信為主通道，北斗通信和超短波通信為備用通道的雙通道通訊，加大了系統(tǒng)通訊的可靠性和穩(wěn)定性。

2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)站點(diǎn)主要包括:1個(gè)中心站，1個(gè)分中心，15個(gè)雨量站，3個(gè)水位雨量站，4個(gè)水位站。系統(tǒng)網(wǎng)路見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

2.3 遙測(cè)站

系統(tǒng)遙測(cè)站是水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的基本單元，主要是為系統(tǒng)及時(shí)準(zhǔn)確的采集和傳輸雨量和水位數(shù)據(jù)信息至中心站。系統(tǒng)改造主要是針對(duì)原來(lái)遙測(cè)站程序的升級(jí)以及增加GSM 通信主通道，保證系統(tǒng)通訊的可靠和穩(wěn)定性。遙測(cè)站配置選型為:南瑞ACS300 數(shù)據(jù)采集器，北斗衛(wèi)星電臺(tái)YDD－03－01，倚天ETPro101Ai 的GSM 通信終端，西安麥克的MPM4700 壓阻式水位計(jì)，F(xiàn)DY－05 雨量計(jì)，太陽(yáng)能電池板，免維護(hù)蓄電池等。以及配置ACS300－LPDA 遙測(cè)站維護(hù)終端，便于遙測(cè)站數(shù)據(jù)采集器設(shè)置及維護(hù)。

2.4 中心站結(jié)構(gòu)

中心站計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按照統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，均采用快速交換式以太網(wǎng)技術(shù)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用星形結(jié)構(gòu)，接入水電站的骨干網(wǎng)，并配置相同的設(shè)備。

中心站應(yīng)用軟件構(gòu)架，見(jiàn)圖2。

圖2 中心站應(yīng)用軟件構(gòu)架圖

2.4.1 系統(tǒng)軟件

Windows 2003 是Microsoft 公司W(wǎng)indows 2003 的操作系統(tǒng)，是在Windows NT 操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的。它有3個(gè)重要的突破點(diǎn):即穩(wěn)定性、網(wǎng)絡(luò)化全局化和簡(jiǎn)單性。

其中，Windows 2003 Server 是在Windows NT Server 4.0 基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的新一代操作系統(tǒng)升級(jí)版本，推出了新的“活動(dòng)目錄”服務(wù)技術(shù)，有效地簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)用戶及資源的管理，性能更好、工作更加穩(wěn)定、管理更容易。它是專(zhuān)門(mén)為服務(wù)器開(kāi)發(fā)的多用途操作系統(tǒng)，是Client/server 方式的理想平臺(tái)，也是實(shí)現(xiàn)LAN 和WAN網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的平臺(tái)，具有良好的可移植性和擴(kuò)充性，可以從小型的單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)擴(kuò)充到大型的多服務(wù)器、多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)。并且，它的安全性達(dá)到美國(guó)C2 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，為每個(gè)應(yīng)用程序提供32 位虛擬地址空間，突破DOS 640k 瓶頸限制。支持對(duì)稱(chēng)多處理器結(jié)構(gòu)SMP(Symmetric Multiple Processors)與多線程程序。

中心站系統(tǒng)服務(wù)器主要采用Windows 2003 Server 系統(tǒng)。

2.4.2 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

中心站數(shù)據(jù)庫(kù)屬于大型數(shù)據(jù)庫(kù)，需要支持海量數(shù)據(jù)的采集、處理和存儲(chǔ)，是整個(gè)水情調(diào)度系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心，具有非常重要的地位。

目前，基于SQL 的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)逐漸成為數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的主流，這種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)已經(jīng)成為業(yè)界的一種架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。

由于系統(tǒng)采用Client/Server 結(jié)構(gòu)，在選擇RDBMS 時(shí)要滿足Client/Server 的要求，目前的主流數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)主要有SQL Server、Oracle、Sybase 和Informix 等。上述數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)都提供了以RDBMS 為核心，涵蓋前后臺(tái)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，調(diào)試全過(guò)程的整套調(diào)試工具，并且都得到眾多開(kāi)發(fā)工具廠商的支持。

本系統(tǒng)采用Oracle 10g one 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。

2.4.3 洪水預(yù)報(bào)及水庫(kù)調(diào)度軟件

本系統(tǒng)洪水預(yù)報(bào)軟件主要采用三水源新安江模型計(jì)算雙河口水電站未來(lái)2 d 的降雨情況或?qū)嶋H發(fā)生的降雨情況進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)，即系統(tǒng)手動(dòng)預(yù)報(bào)和自動(dòng)預(yù)報(bào)。

水庫(kù)調(diào)度軟件主要根據(jù)水電站生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息或預(yù)期要求和洪水過(guò)程預(yù)報(bào)信息通過(guò)水庫(kù)水務(wù)計(jì)算分析，為水電站防洪發(fā)電調(diào)度提供切實(shí)可行的運(yùn)行調(diào)度方案。

3 系統(tǒng)的維護(hù)管理

雙河口水電站水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)自升級(jí)改造投運(yùn)以來(lái)，非常重視系統(tǒng)的運(yùn)行管理，及時(shí)編制了《雙河口水電站水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行管理規(guī)程》，且派專(zhuān)人負(fù)責(zé)按規(guī)程進(jìn)行管理，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。

4 水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的防洪和發(fā)電效益

雙河口水電站水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的建立和運(yùn)用，取得了明顯的防洪和發(fā)電效益，為提前加大出力騰出庫(kù)容、攔蓄洪尾，減少棄水增加發(fā)電提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2009年5月16日雙河口入庫(kù)流量達(dá)到2 100 m3/s，由于水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)和水文計(jì)算，水電站在洪峰到來(lái)前提前加大發(fā)電出力，騰出防洪庫(kù)容5 000 萬(wàn)m3，保證水電站防洪安全，洪峰過(guò)后及時(shí)通過(guò)水庫(kù)調(diào)度計(jì)算成功攔蓄洪尾，將水庫(kù)水位上蓄至578.3 m，既削落洪峰，減小洪水對(duì)下游的影響，未造成人工洪水，也增加了水電站發(fā)電效益，此次洪水共增加發(fā)電量800 萬(wàn)kW·h。

5 結(jié) 語(yǔ)

雙河口水電站水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)自升級(jí)改造后，積極加強(qiáng)水情系統(tǒng)技術(shù)人員培訓(xùn)和水情系統(tǒng)管理維護(hù)，保證水情系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。經(jīng)過(guò)這幾年的運(yùn)行證明水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在水電站防洪調(diào)度發(fā)電調(diào)度等方面發(fā)揮了巨大的作用，為雙河口水電站和社會(huì)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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