關(guān)于大壩集群統(tǒng)一安全管理的 研究與應(yīng)用

徐金英，胡明庭，潘利坦

（1.華電電力科學(xué)研究院有限公司，杭州市 310030；2.中國電建集團(tuán)華東 勘測設(shè)計研究院有限公司，杭州市 311122）

1 研究背景

水電站大壩安全直接關(guān)系到社會公共安全與人民生命財產(chǎn)安全，得到了政府和水電站業(yè)主的高度重視［1］，隨著西部大開發(fā)和“西電東送”工程的大力開展，突破現(xiàn)行規(guī)范適用的高壩大庫越來越多，這些工程一旦發(fā)生破壞，后果難以估計，因此，對大壩及壩基進(jìn)行安全監(jiān)控研究具有重大的意義［2］?；诖?，為了有效提高大壩安全管理水平，原國家電力監(jiān)管委員會于2006年發(fā)布了《水電站大壩運行安全信息報送辦法》和《水電站大壩運行安全信息化建設(shè)規(guī)劃》［3］。自上述兩文件發(fā)布以來，各發(fā)電企業(yè)積極推動大壩安全監(jiān)控工作的研究與應(yīng)用，已開始或正在考慮對水電站實行集中（控制）管理［4］。

目前已實現(xiàn)了流域水電站大壩安全管理的有雅礱江流域［5］、大渡河梯級［6］、清江流域梯級［7］等，常用的大壩安全管理系統(tǒng)為C/S（Client/Service）軟件和B/S（Browser/Service）系統(tǒng)相結(jié)合的架構(gòu)，C/S軟件主要為大壩運維管理人員使用，服務(wù)于大壩現(xiàn)場日常工作的技術(shù)工具；B/S系統(tǒng)主要為大壩主管單位人員使用，服務(wù)于大壩管理工作的考核管理工具。國內(nèi)外學(xué)者、專家在此基礎(chǔ)上對此進(jìn)行了大量的實踐研究，所取得成績不菲，但仍然存在一些不足：一方面，C/S軟件偏重于數(shù)據(jù)記錄，輕視了數(shù)據(jù)質(zhì)量治理，即大壩現(xiàn)場的C/S軟件只注重數(shù)據(jù)的記錄和存儲，對于數(shù)據(jù)質(zhì)量情況的判斷缺乏；另一方面，現(xiàn)有B/S系統(tǒng)的構(gòu)建僅服務(wù)于一個流域或一個電廠，尚沒有對整個集團(tuán)統(tǒng)一管理的大壩集群系統(tǒng)，況且現(xiàn)有B/S系統(tǒng)的功能不夠完善，管理覆蓋不夠全面等。

為了解決上述問題，本文以中國華電集團(tuán)有限公司（以下簡稱“華電集團(tuán)”）構(gòu)建的基于集團(tuán)統(tǒng)一管理模式下的大壩集群安全管理系統(tǒng)為例，就如何開展大壩安全監(jiān)控管理進(jìn)行研究，構(gòu)建C/S軟件和B/S系統(tǒng)構(gòu)建模式，其中C/S管理軟件能夠匯集水情、地震、水質(zhì)、大壩監(jiān)測、人工EXCEL表格等各類大壩相關(guān)數(shù)據(jù)文件，且具備數(shù)據(jù)查詢、傳輸、存儲、預(yù)警報警、質(zhì)量治理、資料整編（文本、圖、表等格式）、應(yīng)用統(tǒng)計等功能；B/S監(jiān)控系統(tǒng)涵蓋大壩安全監(jiān)測、巡視檢查、技術(shù)監(jiān)督、定檢注冊、統(tǒng)計評價、運行日報等各項大壩相關(guān)管理工作。通過構(gòu)建服務(wù)于電廠側(cè)的C/S管理軟件和服務(wù)于管理側(cè)（集團(tuán)公司、區(qū)域公司）的B/S管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了全集團(tuán)大壩安全監(jiān)控數(shù)據(jù)共享和管理全覆蓋，提升了全集團(tuán)的大壩安全管理水平和工作效率，為集團(tuán)下一步建設(shè)數(shù)字水電大壩建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)支撐。

2 研究背景及需求分析

目前，華電集團(tuán)水電裝機(jī)已超過2500萬kW，所屬電站大壩113座，涵括混凝土壩、土石壩眾多壩型，壩高從幾米到233m不等，其中50m以上的高壩有46座，100m以上的高壩有25座。如何對集團(tuán)所有大壩集群進(jìn)行統(tǒng)一管理，整體把控大壩集群運行狀況和整體提升全集團(tuán)大壩管理水平，是華電集團(tuán)一直以來研究和探討的關(guān)鍵問題。

早在2010年左右，華電集團(tuán)就建立了集團(tuán)大壩安全管理信息系統(tǒng)，開啟了集團(tuán)所屬大壩集群統(tǒng)一管理的探索，該信息系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的運行和維護(hù)，雖經(jīng)歷多次升級改造，但依然存在如下問題：較多電廠缺少變形量、環(huán)境量、內(nèi)觀量、滲流量等重要監(jiān)測項目，缺少對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析評判和監(jiān)控預(yù)警，且系統(tǒng)運行不穩(wěn)定、主備數(shù)據(jù)庫不同步導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺失現(xiàn)象嚴(yán)重等，對提升集團(tuán)整體大壩安全管理水平意義不足。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2016年初，華電集團(tuán)委托華電電科院、南自和華東院著手構(gòu)建新的服務(wù)于集團(tuán)三級（集團(tuán)級、區(qū)域級、電廠級）管理體系的大壩安全管理系統(tǒng)，2017年11月，系統(tǒng)開發(fā)完畢并進(jìn)入上線試運行。根據(jù)系統(tǒng)功能要求，系統(tǒng)架構(gòu)主要分為數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用層以及面向用戶的展示層，具體分層情況見圖1，系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟妶D2。

圖1 系統(tǒng)分層示意圖 Figure 1 Schematic diagram of system stratified

4 系統(tǒng)功能及應(yīng)用情況說明

4.1 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能根據(jù)其特點主要分為基礎(chǔ)功能、一般應(yīng)用功能及高級應(yīng)用功能三個層面。

圖2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DFigure 2 Technology framework and network topology of system

4.1.1 基礎(chǔ)功能

主要體現(xiàn)在系統(tǒng)運行維護(hù)管理、安全防護(hù)、數(shù)據(jù)庫管理、系統(tǒng)升級、數(shù)據(jù)的一般查詢及展示等系統(tǒng)基礎(chǔ)、通用功能。

4.1.2 一般應(yīng)用功能

包括監(jiān)測測點定義和配置、信息錄入、數(shù)據(jù)計算審核、數(shù)據(jù)專業(yè)展示等實現(xiàn)大壩運行及管理等簡單的應(yīng)用功能。

基本設(shè)置：主要包括大壩初始化、設(shè)置各類默認(rèn)值、定義測點屬性、增加測點和布置圖、定義導(dǎo)航方式、設(shè)置計算公式、設(shè)置監(jiān)控指標(biāo)、設(shè)置巡視檢查路線等功能。

信息錄入：主要包括人工監(jiān)測數(shù)據(jù)錄入、EXCEL文件的配置和數(shù)據(jù)導(dǎo)入、特殊文件格式的數(shù)據(jù)導(dǎo)入、相關(guān)自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)入、巡視檢查內(nèi)容錄入等功能。

數(shù)據(jù)計算：主要包括各類公式的編輯、聯(lián)動觸發(fā)計算、定時重新計算和變形測量計算等功能。

數(shù)據(jù)審核：主要是對各類監(jiān)測數(shù)據(jù)監(jiān)控、對錄入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性校核、對數(shù)據(jù)異常的確認(rèn)和處理、按公司規(guī)定格式的數(shù)據(jù)和圖表進(jìn)行審核等功能。

信息查詢與統(tǒng)計：主要包括數(shù)據(jù)、圖表、信息的各類查詢功能，由于涉及不同的用戶、不同的方式、不同的需求，查詢的功能是最常用的功能。

信息傳輸：主要包括郵件、FTP、WEB service等技術(shù)完成異網(wǎng)中的傳輸和接收服務(wù)，完成取數(shù)、加密、傳送、接收、解密、入庫等傳輸?shù)娜^程。

4.1.3 高級應(yīng)用功能

包括安全監(jiān)控、資料整編、計算模型及考核評價等技術(shù)要求高、難度大的高級功能。

安全監(jiān)控：通過創(chuàng)建單、多測點的大壩安全監(jiān)測數(shù)學(xué)模型，通過實測數(shù)據(jù)速度和加速度變化趨勢、模型時效分量速度和加速度變化趨勢，評價監(jiān)測數(shù)據(jù)的異常，結(jié)合大壩現(xiàn)場的觀測資料和歷史運行情況，調(diào)用相關(guān)算法模型進(jìn)行分析和評判，完成安全監(jiān)控，給出大壩運行狀態(tài)的預(yù)警、報警結(jié)論。

資料整編：主要包括資料整編規(guī)范中規(guī)定的格式以及用戶自定義格式的各類數(shù)據(jù)報表、過程線、分布圖、相關(guān)圖、浸潤線圖、等值線圖、測斜數(shù)據(jù)圖等圖表的生成、組合、文件輸出、打印等功能，以完成規(guī)范規(guī)定的年度監(jiān)測資料整編工作，并向各主管部門提交各類規(guī)定的報表。

計算模型：主要包括以環(huán)境量為因子的各類統(tǒng)計模型的計算和分析功能，將計算得到的統(tǒng)計模型用于監(jiān)控監(jiān)測數(shù)據(jù)的功能。

考核評價：為評價各電站監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、審核、自動化系統(tǒng)運行以及巡檢工作情況，設(shè)定一系列使用指標(biāo)，并開展相關(guān)的管理與應(yīng)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計。通過定期通報、橫向?qū)Ρ?，提升各電站的運行管理水平。

4.2 應(yīng)用情況說明

本部分基于華電集團(tuán)統(tǒng)一管理下的大壩安全管控管理模式，截至2019年3月底，集團(tuán)大壩安全管理系統(tǒng)共接入7個區(qū)域公司共計52個水電站大壩，完成大型工程大壩管理100%，統(tǒng)一管理率65%。在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹電廠側(cè)大壩安全管理C/S軟件和集團(tuán)側(cè)大壩安全管理B/S系統(tǒng)的部分應(yīng)用情況。

4.2.1 C/S軟件實施情況

電廠側(cè)C/S軟件主要提供數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)檢查、資料整編、系統(tǒng)設(shè)置等功能， 其中，數(shù)據(jù)查詢提供大壩監(jiān)測自動化和人工監(jiān)測數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)檢查包括設(shè)備檢查、MCU采集異常處理、測值人工審核等；資料整編包括文檔數(shù)據(jù)報表模板、監(jiān)測圖表模板、整編成果匯集等；系統(tǒng)設(shè)置包括儀器庫創(chuàng)建、測點評判指標(biāo)設(shè)置、測點管理、大壩監(jiān)測布置圖管理、測點計算公式編輯、巡視檢查路線設(shè)置等。

4.2.2 B/S系統(tǒng)實施情況

大壩管理系統(tǒng)包括大壩概況、安全監(jiān)測、巡視檢查、監(jiān)督管理、統(tǒng)計評價、注冊定檢、標(biāo)準(zhǔn)管理及技術(shù)交流等模塊。其中，大壩安全監(jiān)測模塊是系統(tǒng)的重點內(nèi)容，模塊分為集團(tuán)、區(qū)域及電站三級展示，各級界面對大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整率、消缺率及超標(biāo)預(yù)警、報警率進(jìn)行統(tǒng)計展示。進(jìn)入電站級界面可以對測點進(jìn)行展示和分析，可以查看時間過程曲線，也可以對測點間的過程線及與環(huán)境量過程線進(jìn)行對比分析和相關(guān)性分析。大壩統(tǒng)計評價模塊分別對大壩安全監(jiān)測及運行管理等工作進(jìn)行統(tǒng)計和對比分析。大壩注冊定檢模塊分別對大壩注冊及定檢管理工作進(jìn)行統(tǒng)計和信息展示。系統(tǒng)首頁見圖3，安全監(jiān)測模塊見圖4。

圖3 系統(tǒng)首頁 Figure 3 Homepage of the system

圖4 安全監(jiān)測模塊 Figure 4 Dam safety monitoring module

5 結(jié)論及展望

基于統(tǒng)一管理模式而開發(fā)的B/S大壩安全監(jiān)控管理系統(tǒng)和C/S軟件已在華電集團(tuán)得到應(yīng)用，系統(tǒng)和軟件運行穩(wěn)定，反響良好。軟件接口具有良好的擴(kuò)展性，有力地將水情、地震、水質(zhì)、大壩監(jiān)測自動化系統(tǒng)、人工監(jiān)測信息表格等各類大壩相關(guān)數(shù)據(jù)源匯集一體。系統(tǒng)功能全面，涵蓋大壩安全監(jiān)測、巡視檢查、技術(shù)監(jiān)督、定檢注冊、統(tǒng)計評價等內(nèi)容。豐富和擴(kuò)展了常規(guī)大壩安全管理軟件和系統(tǒng)的應(yīng)用功能和應(yīng)用范圍，實現(xiàn)了集團(tuán)大壩集群統(tǒng)一監(jiān)控的管理模式。大壩系統(tǒng)和軟件的同時使用，起到了對全集團(tuán)大壩安全管理工作技術(shù)和管理的雙向提升，為電廠工作人員和大壩主管人員帶來了極大的工作便利，大大降低了現(xiàn)場人員的工作量和工作難度，有效提升了工作效率，為實現(xiàn)全集團(tuán)大壩安全統(tǒng)一管理提供了良好的技術(shù)支撐和管理手段。

本文提出了集團(tuán)統(tǒng)一監(jiān)管大壩群安全運行的管理模式，并構(gòu)建了基于集團(tuán)統(tǒng)一管理下的大壩安全管理系統(tǒng)，給出了初步的研究經(jīng)驗和結(jié)論，但是如何開發(fā)出更加完備的、應(yīng)用功能更廣的用于統(tǒng)一管理大壩群的安全管理系統(tǒng)，仍需要進(jìn)一步的研究和探索。