水電站水工閘控系統(tǒng)設(shè)計

水電站水工閘控系統(tǒng)設(shè)計

牛廣文邊玉國

(蘭州工業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州730050)

【摘要】水工閘門的可靠運行直接關(guān)系到水力發(fā)電廠的整體運作，本文運用先進的工程理念設(shè)計了一套水電站水工閘控(閘門監(jiān)控)系統(tǒng)，經(jīng)過運行取得了良好的效果。

【關(guān)鍵詞】水電站；水工閘門；監(jiān)控

中圖分類號：TV736

Hydropower station hydraulic gate control system design

NIU Guangwen, BIAN Yuguo

(LanzhouInstituteofTechnology,Lanzhou730050,China)

Abstract:Reliable operation of hydraulic gate is directly related to the overall operation of power plants. Advanced engineering ideas are used to design a set of hydropower station hydraulic brake control (gate monitoring) system. Good effects have been achieved after operation.

Key words: hydropower station; hydraulic gate; monitoring

1概述

水利作為國家的基礎(chǔ)行業(yè)，其智能化是發(fā)展的必然趨勢。先進的水庫閘門自動化控制系統(tǒng)，不僅可以提供準(zhǔn)確的水務(wù)信息，而且提高了閘門控制可靠性，加強了水庫運行的安全性，增加了水庫的運行效益，為上級部門科學(xué)調(diào)度提供了科學(xué)依據(jù)。

本文運用當(dāng)前先進的工程理念設(shè)計了一套水電站水工閘門監(jiān)控系統(tǒng)，通過運行發(fā)現(xiàn)其具有很高的實用性、經(jīng)濟性、可靠性。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

水電站水工閘門監(jiān)控系統(tǒng)是集監(jiān)督、測量、控制、保護、信號、管理等于一體的計算機綜合自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)主控室內(nèi)集中數(shù)據(jù)顯示、分析、處理，分散控制和保護，并能夠通過計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)將閘門運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)實時、真實地展示在各級管理人員面前，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　閘控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要用于水庫閘門現(xiàn)地控制和遠程控制，可在現(xiàn)地單控、群控，也可在異地遠程遙控。被控閘門可以是平板門、弧形門、液壓門、快速門等，提升方式可以是卷揚式、液壓式、螺桿式等。

閘門的群優(yōu)化運行及調(diào)度技術(shù)，使系統(tǒng)能根據(jù)水情及洪水預(yù)報計算結(jié)果，決定閘門的泄洪量及其他參數(shù)，傳輸給閘門控制系統(tǒng)，實現(xiàn)遠方調(diào)度。

3視頻系統(tǒng)設(shè)計

水工閘門視頻系統(tǒng)是信息技術(shù)在水電站中的一項重要應(yīng)用，它可以使運行管理人員足不出戶就可以知道水工設(shè)備當(dāng)前的運行狀況，甚至發(fā)現(xiàn)險情，并通過錄像進行事故追憶分析。

本文的視頻監(jiān)視系統(tǒng)由一體化智能攝像機、視頻處理設(shè)備、傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和監(jiān)視工作站組成。視頻信號通過視頻服務(wù)器處理壓縮后上傳到管理站或信息中心視頻監(jiān)視計算機上，在視頻監(jiān)視計算機上通過監(jiān)視軟件可以對各閘控監(jiān)視點進行監(jiān)視，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　閘門視頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4信息中心應(yīng)用軟件設(shè)計

4.1閘控信息采集軟件數(shù)據(jù)信息流程

a.數(shù)據(jù)接收。?識別數(shù)據(jù)幀的來源和目的地，并進行CRC檢驗；?為數(shù)據(jù)幀添加接收到該幀的時間；?將接收到的數(shù)據(jù)幀寫入記錄文件備查。

b.數(shù)據(jù)處理。?將數(shù)據(jù)幀的地址信息轉(zhuǎn)化為特定的站號、站名；?將一幀中多個采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為最小遙測數(shù)據(jù)單元；?對遙測數(shù)據(jù)進行率定；?合成新的采集數(shù)據(jù)。

c.數(shù)據(jù)存儲。將原始通信幀寫入日志文件，用于原始數(shù)據(jù)備份及故障核查。日志文件采用循環(huán)記錄的形式，在日志文件中保存最新一段時間的原始記錄。

將處理過的采集數(shù)據(jù)存入遙測數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)庫。

4.2軟件體系結(jié)構(gòu)

應(yīng)用軟件采用了四層體系結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3　信息中心軟件體系結(jié)構(gòu)

a.表示層。表示層表示呈現(xiàn)給用戶的最終表現(xiàn)形式。采用瀏覽器的方式表現(xiàn)在用戶面前。表示層只負責(zé)對數(shù)據(jù)層中的數(shù)據(jù)進行分析之后呈現(xiàn)給用戶。

b.數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層的主要作用是將所有的原始數(shù)據(jù)和經(jīng)過分析加工后的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)庫保存，支持SQL SERVER數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)。

c.數(shù)據(jù)邏輯層。數(shù)據(jù)邏輯層是軟件系統(tǒng)的核心，主要作用是對通信接入層上傳的數(shù)據(jù)進行處理，并將處理后的數(shù)據(jù)按規(guī)定的接口格式送到數(shù)據(jù)層。具體功能包括接口的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的分析、數(shù)據(jù)的率定和數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換等。

d.通信接入層。通信層的主要任務(wù)是處理系統(tǒng)使用的不同通信設(shè)備的協(xié)議，并將接收到的采集站數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一化的數(shù)據(jù)格式，發(fā)送到數(shù)據(jù)邏輯層進行進一步處理。同時，該層將數(shù)據(jù)邏輯層傳來的對采集站進行操控的命令轉(zhuǎn)化為特定通信設(shè)備的通信協(xié)議，發(fā)送到采集站。

對每一種通信方式，都有一個通信接入模塊與之對應(yīng)，模塊之間相對獨立。每個模塊的接口和數(shù)據(jù)邏輯層的接口保持一致。

軟件采用C/S與B/S結(jié)合使用的方式開發(fā)。其中，C/S結(jié)構(gòu)的軟件主要負責(zé)與硬件設(shè)備的通信、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)的備份以及數(shù)據(jù)的統(tǒng)計查詢等；基于B/S結(jié)構(gòu)的應(yīng)用程序則負責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)布、瀏覽。

4.3軟件功能

水工閘控信息中心系統(tǒng)主要由用戶登陸、通信設(shè)置、動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)統(tǒng)計查詢、系統(tǒng)數(shù)據(jù)維護、系統(tǒng)設(shè)置等模塊構(gòu)成，如圖4所示。

圖4　水工閘控信息中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5通信方式

目前，監(jiān)測系統(tǒng)最常用的通信方式有如下幾種：

a.GSM網(wǎng)絡(luò)的SMS通信。GSM網(wǎng)絡(luò)的SMS通信方式中，可以申請無月租移動電話卡。利用短信服務(wù)中心信息存儲、轉(zhuǎn)發(fā)的功能，基本能滿足信息傳輸?shù)囊?，但實時傳輸性差。

b.GSM網(wǎng)絡(luò)的GPRS通信。利用GSM網(wǎng)絡(luò)GPRS進行信息通信，方便、快捷、時效性高，但有信息堵塞現(xiàn)象。

c.超短波。申請到短波通信頻段后，雖無月租費，但由于監(jiān)測點的分布范圍廣、通信設(shè)施的建設(shè)投資過大，運行維護費用也將不菲，故只能作為補充通信方式。

d.光纖專網(wǎng)。光纖專網(wǎng)具有容量大、帶寬高、多業(yè)務(wù)融合的特點，雖然工程投資、施工費用和維護費用較高，但在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用有很大的前景。

從信息量、傳輸可靠性、建設(shè)成本、運行費用及閘控系統(tǒng)需求等方面因素綜合考慮，采用光纖專網(wǎng)通信方式作為閘控系統(tǒng)信息傳輸方式。

6防雷措施

a.電源部分。系統(tǒng)電源防雷是防雷的重點，對監(jiān)控系統(tǒng)造成危害的雷電95%來自電源感應(yīng)雷。電源防雷采用兩級電源防雷系統(tǒng)，主要由三相并聯(lián)式一級電源避雷器、三相并聯(lián)式二級電源避雷器、不間斷電源UPS 等組成。

現(xiàn)場儀表采用直流電源供電，其防雷采用TVS管。

b.信號部分。各類現(xiàn)場信號電纜和4～20mA 模擬量信號電纜的兩端分別安裝合適的信號防雷器，以防止通過通信電纜傳導(dǎo)的浪涌電壓對現(xiàn)場設(shè)備造成損壞。同時，防雷器(或組合)應(yīng)選用相應(yīng)IP 等級的保護箱，以滿足現(xiàn)場環(huán)境對防雷器(或組合)的防塵、防潮、抗沖擊等要求。

7結(jié)語

水工閘門作為水電站的重要組成部分，其工作的可靠性、準(zhǔn)確性、安全性將直接影響到水電站的整體運行。本文從水電站的現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合先進實用的科學(xué)技術(shù)，設(shè)計的水工閘門監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過運行取得了良好效果。

參考文獻

[1]鄭艷波，李慶榮，王璞東. 渾河閘閘門監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].東北水利水電，2012(4).

[2]駱偉明，吳迪，田璨. 青溪水電廠閘門監(jiān)控系統(tǒng)改造[J].水電自動化與大壩監(jiān)測，2008(6).

[3]雷健，鄭麗.遠程閘門監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].中國水利，2009(6).

[4]楊朋林，趙成萍，施一潭.基于PLC的閘門自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].中國測試技術(shù)，2006(5).

[5] 趙子濤，魏皓，王小霞，呂國芳. 小浪底水電站閘門監(jiān)控系統(tǒng)中PLC與上位機通信的實現(xiàn)[J]. 水力發(fā)電， 2006(2).