太平灣電站水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)改造

摘要：太平灣電站位于鴨綠江下游，本文主要對(duì)太平灣電站水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的改造進(jìn)行分析研究，總結(jié)出有效的改造措施，從而減輕洪水災(zāi)害，提高水庫的運(yùn)行效益。

關(guān)鍵詞：太平灣電站；自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)；水位計(jì)選擇

中圖分類號(hào)： TV736 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.20.022

1 流域概況

太平灣電站位于鴨綠江下游，上游有水豐、渭源與云峰電站，其中太平灣與云峰由中國管理與運(yùn)行，其余由朝鮮管理與運(yùn)行。太平灣電站控制流域面積為53576平方公里，距上游水豐電站29.6千米，區(qū)間流域面積為664平方公里，兩個(gè)壩址之間洪水傳播時(shí)間不足1小時(shí)。由于朝鮮管理的水豐電站水情測報(bào)手段落后，加之國際河流水情信息傳輸不暢，洪水傳播時(shí)間又短，使下游太平灣電站的洪水調(diào)度十分被動(dòng)，并因此造成過很大損失，因此，在太平灣電站防汛與洪水調(diào)度過程中，不僅要掌握水豐與太平灣區(qū)間來水情況，更重要的是要掌握水豐水庫的來水，以延長洪水預(yù)報(bào)期，為防汛與洪水調(diào)度贏得時(shí)間，掌握更大的主動(dòng)權(quán)。

2 太平灣系統(tǒng)概況

2.1系統(tǒng)的組成

太平灣電站自1985年建成投入運(yùn)行以來，為電網(wǎng)輸送了巨額電力，為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)，但由于自身及上游水豐電站的水情測報(bào)水平比較落后，在1995年鴨綠江流域的特大洪水中，不僅沖毀了下游大面積的田園、耕地，也沖垮了太平灣電站下游的防護(hù)堤，使太平灣電站遭受了一定的損失。為了減小洪水所造成的損失，建立先進(jìn)的水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)已是勢在必行。

太平灣電站水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)于1997年開始建設(shè)，1998年建成并投入運(yùn)行，其洪水預(yù)報(bào)區(qū)間為干流渭源電站壩址以下、渾江沙尖子（渾江出口控制水文站）以下流域，面積7161平方公里。由于受國際河流影響，不能在朝鮮一側(cè)設(shè)置遙測站，因此，所有遙測站只能布置在中國一側(cè)，控制面積為2780平方千米，約占區(qū)間總面積的1/3。系統(tǒng)設(shè)中心站一個(gè)（太平灣），中繼站5個(gè)（大西山、渡口、古馬嶺、娘娘頂、坦蘇嶺），遙測站11個(gè)，其中雨量站4個(gè)：大路、川溝、紅石砬子和河口，水位站2個(gè)：太平灣壩上、水豐壩上，水位兼雨量站5個(gè)：渭源壩下、水豐壩下、太平灣壩下、沙尖子、荒溝。系統(tǒng)接收軟件及洪水預(yù)報(bào)軟件各一套。

2.2系統(tǒng)存在的缺陷

2.2.1 通信方式的局限性 超短波通信方式（VHF）雖然具有功耗低、投資少等優(yōu)點(diǎn)。但超短波通信屬地面視距傳播，有一定的繞射能力，由于受對(duì)流層大氣、地形、地物和傳輸距離等因素的制約，當(dāng)遙測站距中心站較遠(yuǎn)，且地形復(fù)雜，又多高山阻擋時(shí)，就必須增加中繼站的數(shù)目，這樣就增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)次數(shù)。太平灣電站水情測報(bào)系統(tǒng)距中心站較遠(yuǎn)的遙測站（如渭源）的數(shù)據(jù)只能通過中繼站逐級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)，向中心站傳送，形成一個(gè)最多達(dá)四級(jí)中繼的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這樣只要某一級(jí)中繼出現(xiàn)故障，其所負(fù)責(zé)中轉(zhuǎn)的各遙測站信號(hào)將被中斷，降低了系統(tǒng)的可用度和暢通率，給整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸和維護(hù)帶來困難。

2.2.2 受自然因素影響大 自然因素包括氣象條件、野外設(shè)備老化因素等。至2002年系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行5年的時(shí)間，多數(shù)設(shè)備由于長期處于風(fēng)吹雨淋的露天環(huán)境，元器件出現(xiàn)了不同程度的老化和損壞，個(gè)別中繼站遭雷擊使蓄電池、電臺(tái)損壞。

2.2.3 部分設(shè)備運(yùn)行可靠性差 系統(tǒng)使用的壓力式水位計(jì)存在零漂問題，影響數(shù)據(jù)采集精度等。系統(tǒng)設(shè)備的老化及損壞，使數(shù)據(jù)接收率逐步下降，系統(tǒng)故障率不斷提高，這樣也加大了管理人員的維護(hù)量。

3 系統(tǒng)的技術(shù)改造和完善

3.1通信組網(wǎng)的選擇

通信網(wǎng)的合理設(shè)計(jì)是保證水情數(shù)據(jù)可靠傳遞的重要環(huán)節(jié)。通信網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足迅速、準(zhǔn)確、可靠地傳輸數(shù)據(jù)，通信方式的選擇應(yīng)切合實(shí)際、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，公用網(wǎng)覆蓋范圍越來越廣，有更多的通信手段和組網(wǎng)方式可供選擇。其中GSM移動(dòng)通信（短信息服務(wù)）方式和衛(wèi)星通信方式被越來越多的用戶所采用。

3.1.1 GSM通信 GSM網(wǎng)也是目前國內(nèi)覆蓋范圍最好的無線通信網(wǎng)，依托于該通信網(wǎng)無需專門架設(shè)費(fèi)用昂貴的通信平臺(tái)。缺點(diǎn)是信號(hào)存在盲區(qū)，尚未覆蓋所有地區(qū)。

GSM短消息（SMS）是GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的一種，工作在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信狀態(tài)的異步通信方式下，不需建立端到端通道。每條短信息可傳160或140個(gè)字節(jié)，GSM短信收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)是0.1元/條，收費(fèi)低廉。因此，可以利用GSM短消息接口進(jìn)行水情數(shù)據(jù)傳輸和定時(shí)采集，可以避免建設(shè)昂貴的無線通訊網(wǎng)絡(luò)。

3.1.2 衛(wèi)星通信 衛(wèi)星通信是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電波實(shí)現(xiàn)異地通信的。具有通信距離遠(yuǎn)，覆蓋面大，以廣播方式工作，便于實(shí)現(xiàn)多址聯(lián)接；通信頻帶寬，傳輸容量大，適用于多種業(yè)務(wù)；不受地理?xiàng)l件限制，組網(wǎng)靈活；信道穩(wěn)定，暢通率、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是通信費(fèi)用較高。

3.2水位計(jì)選擇

為了解決壓力式水位計(jì)運(yùn)行穩(wěn)定性差的問題，以便及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握水位變化情況，需對(duì)水豐上游遙測站的水位計(jì)進(jìn)行改造。通過多方了解、調(diào)研與咨詢，決定用WL-03T型精密氣泡式水位計(jì)，更換穩(wěn)定性差的壓力式水位計(jì)，數(shù)據(jù)傳輸方式采用GSM通信方式。

3.2.1 WL-03T型精密氣泡式水位計(jì)的特點(diǎn) WL-03T型精密氣泡式水位計(jì)是一種新型的專門為大水位變幅水域制造的精密水位監(jiān)測系統(tǒng)，其測量精度高、性能穩(wěn)定可靠，與目前應(yīng)用的各種水位計(jì)相比，有如下的突出特點(diǎn)：

一是精確度高，采用了獨(dú)特濾波技術(shù)，可消除水面波浪及大涌引起的測量誤差。傳感器精度為±0.03%，測量誤差保證全量程為±2毫米以內(nèi)。

二是系統(tǒng)不需建豎井，可節(jié)省大量的土建費(fèi)用。只需在水中固定一個(gè)倒置的測量杯，并用輸氣管將其與測量系統(tǒng)連接即可實(shí)現(xiàn)水位的自動(dòng)測量。endprint

三是采用氮?dú)馄孔鳛闅庠?，連續(xù)不間斷地供氣，因此不會(huì)產(chǎn)生水倒流進(jìn)入管內(nèi)而造成冬季結(jié)冰或泥沙等阻塞的情況，同時(shí)由于所供氮?dú)庵胁缓鯕?，因此在水下的測量杯口處不會(huì)滋生水生物而影響氣泡逸出。

四是系統(tǒng)不受季節(jié)和地區(qū)的影響，在北方冬季結(jié)冰期仍可正常工作。

3.2.2 WL-03T型精密氣泡式水位計(jì)工作原理 水位計(jì)的主體工作部分安裝在岸上的小房里，倒置測量杯放在水中，杯與儀器主體用厚壁聚乙烯管連接，以通氮?dú)狻?/p>

由氮?dú)馄客ㄟ^測量系統(tǒng)向倒置杯中定量（5毫升/分鐘）并連續(xù)不斷地注入氮?dú)猓谔幍獨(dú)獾膲簭?qiáng)與該處水的壓強(qiáng)相等，氮?dú)庖孕馀莸男问讲婚g斷的逸出，整個(gè)氣路形成一種動(dòng)態(tài)平衡。儀器內(nèi)部裝有一個(gè)獨(dú)特的機(jī)械濾波器，用以有效地消除水面波浪和大涌的影響，從而得出準(zhǔn)確的水位。溫度、泥沙、重力加速度等引起的各種誤差都事先給予補(bǔ)償修正，從而減小測量誤差。

3.3系統(tǒng)改造的內(nèi)容

2002年～2004年期間，經(jīng)過現(xiàn)場測試、設(shè)備更新、安裝調(diào)試，在保持原有系統(tǒng)功能的前提下，改造系統(tǒng)各測站的通信設(shè)備和穩(wěn)定性差的水位計(jì)，主要進(jìn)行如下改造：一是對(duì)8個(gè)遙測站，沙尖子、大路、紅石砬子、水豐上游、水豐下游、太平灣上游、太平灣下游、河口等的遙測站進(jìn)行GSM通信方式的改造。二是對(duì)川溝、渭源遙測站改造成衛(wèi)星通信方式。三是根據(jù)洪水預(yù)報(bào)的需要增添太平哨雨量遙測站，屬于GSM通信方式。四是改造水豐上游測站，主要是水位計(jì)的改造，要求量程在50米（水位在80.00至130.00）范圍內(nèi)，運(yùn)行環(huán)境溫度在零下30度。五是對(duì)中心站的接收軟件進(jìn)行改造，要求具有同時(shí)能接收并處理GSM與衛(wèi)星通信方式遙測站數(shù)據(jù)的功能，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳送到水庫調(diào)度數(shù)據(jù)庫。六是拆除5個(gè)中繼站，即娘娘頂、古馬嶺、大西山、渡口和坦蘇嶺。

4 改造后系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際情況，較多地利用了原有設(shè)備，避免了浪費(fèi)，降低改造成本；采用GSM通信—衛(wèi)星通信混合系統(tǒng)，運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)方便、故障率低；將新型水位計(jì)納入測報(bào)系統(tǒng)。首次將新型的精密氣泡式水位計(jì)納入到水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)，解決了系統(tǒng)與設(shè)備兼容問題，不僅提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，而且提高了水位測量精度。

改造后設(shè)備運(yùn)行正常，能夠準(zhǔn)確采集水雨情信息，并及時(shí)傳遞，數(shù)據(jù)傳輸可靠，中心站能夠及時(shí)準(zhǔn)確地接收和處理各遙測站所發(fā)送的水文數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的可用度和暢通率。

5 結(jié)語

水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的改造與完善，解決了原系統(tǒng)水情數(shù)據(jù)傳遞時(shí)間長、運(yùn)行穩(wěn)定性差、維護(hù)量大的缺點(diǎn)。改造后系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠準(zhǔn)確采集水雨情信息，并及時(shí)傳遞，保證了洪水預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，為保證大壩和下游人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，減輕洪水災(zāi)害的損失，為水庫的運(yùn)行效益提供了保證。

作者簡介：王思超，本科學(xué)歷，中級(jí)工程師，研究方向：水庫調(diào)度。endprint