結(jié)合水情自動測報系統(tǒng)實現(xiàn)上游水庫泄洪監(jiān)測的意義分析

姜洪友

（廣東粵電長潭發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 梅州 514100）

長潭水電站位于韓江上游的梅江支流石窟河上的長潭峽谷中，控制集水面積1990km2，壩址距蕉嶺縣城約6km，是一座以發(fā)電為主，結(jié)合防洪、改善航運、灌溉等綜合利用的中型工程[1]。長潭水庫屬不完全季調(diào)節(jié)水庫，水庫總庫容1.72 億m3。石窟河流域開發(fā)了眾多的水電站，其中，小水電居多，具有一定調(diào)節(jié)能力的水庫水電站主要有長潭水庫水電站，東留水庫水電站、石黃峰水庫水電站、下壩水庫水電站、竹嶺水庫水電站，這些水庫水電站在當(dāng)?shù)貒窠?jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了一定的作用，并對下游水電站的發(fā)電防洪等產(chǎn)生了一定的影響[2]。由于長潭水庫調(diào)節(jié)能力差，洪水預(yù)報精度較差，洪水過程暴漲暴落，給防洪調(diào)度增加了一定的壓力。上游水庫自動化設(shè)備不健全，在洪水調(diào)度過程中，無法準(zhǔn)確預(yù)測來水情況，存在較大的調(diào)度風(fēng)險。下壩水庫控制長潭水庫流域近60%的集雨面積，為了更準(zhǔn)確地掌握上游來水情況，做好洪水調(diào)度工作，公司研究決定在石磺峰水庫、下壩水庫增設(shè)閘門開度監(jiān)測系統(tǒng)，及時掌握上游水庫泄洪情況，提高長潭洪水預(yù)報的精度。

1.水情自動測報系統(tǒng)概況

通過在石磺峰水庫、下壩水庫增設(shè)閘門開度監(jiān)測裝置，實現(xiàn)對下壩、石磺峰水庫閘門運行情況實時監(jiān)測，及時掌握上游水庫泄洪情況，提高長潭洪水預(yù)報的精度。該監(jiān)測系統(tǒng)的布設(shè)系統(tǒng)功能介紹如下。

1.1 測站布設(shè)

在下壩水庫和石磺峰水庫各建設(shè)3 套，合計6 套閘門開度監(jiān)測裝置，利用長潭水情自動測報系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、通信設(shè)備進(jìn)行閘門開度數(shù)據(jù)的采集、傳輸，并在中心站實現(xiàn)閘門開度數(shù)據(jù)接收、存儲和處理。測站（單站）結(jié)構(gòu)圖如下圖1：

圖1 測站（單站）結(jié)構(gòu)圖

1.2 系統(tǒng)基本功能

該監(jiān)測系統(tǒng)的主要任務(wù)是及時、準(zhǔn)確地采集、傳輸閘門開度數(shù)據(jù)。具備如下功能：具有自報式傳輸體制，啟動GPRS 信道時支持應(yīng)答式查詢功能。系統(tǒng)自動實時采集、存儲閘門開度數(shù)據(jù)，現(xiàn)場存儲周期為730d，具備增量自報、定時自報等功能。增量自報要求在正常情況下，閘門開度增量報閾值定為1cm。當(dāng)變化達(dá)到閾值時，自動將閘門開度值發(fā)送到中心站。定時報要求每日以1、3、6、12、24h 等任意選定的間隔時間，定時向中心站發(fā)送閘門開度信息。

1.3 系統(tǒng)平臺軟件功能拓展改造

本研究在保持長潭發(fā)電公司水情自動測報系統(tǒng)總體功能架構(gòu)不變的基礎(chǔ)上，增加閘門開度監(jiān)測數(shù)據(jù)接收、處理和存儲。主要有以下幾個方面：定義閘門開度數(shù)據(jù)接收點號，實現(xiàn)閘門開度數(shù)據(jù)接收；增加、完善下壩水庫、石磺峰水庫閘門開度泄洪關(guān)系曲線；進(jìn)行閘門開度數(shù)據(jù)處理，將閘門開度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為泄流數(shù)據(jù)顯示、儲存；增加閘門開度及泄流情況實時顯示圖表；增加下壩水庫、石磺峰水庫每小時、每日泄流統(tǒng)計報表等功能，提取時段發(fā)生的極值、累計值。

2.水情自動測報系統(tǒng)設(shè)備選型及技術(shù)指標(biāo)

結(jié)合水情自動測報系統(tǒng)設(shè)備的實際情況，選擇滿足建設(shè)方案要求的設(shè)備，主要有以下兩種。

2.1 KS-10 型數(shù)字式軸聯(lián)接閘位計

圖2 KS-10 型數(shù)字式軸聯(lián)接閘位計

KS-10 型數(shù)字式軸聯(lián)接閘位計（生產(chǎn)廠商：徐州偉思，產(chǎn)品型號：KS-10）如圖2 所示，適用于江河、湖泊、水庫、船閘、水電站及供、排水工程的閘門開度觀測測量，可以采用同軸聯(lián)接、鏈輪聯(lián)接、齒輪聯(lián)接以及其他直接聯(lián)接方式和被測閘門耦合，儀器本身設(shè)計有一體化的行程控制開關(guān)，可以直接設(shè)定行程限位控制點。同時，本系列儀器又可與閘門啟閉機(jī)控制裝置、電顯示器聯(lián)接組成顯示、控制系統(tǒng)；與計算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)接組成水電站、閘門、水位綜合測量控制系統(tǒng)；與通信機(jī)連接，作為水文自動測報系統(tǒng)、水情衛(wèi)星遙測系統(tǒng)的數(shù)字終端設(shè)備使用[3]。該儀器可用于平板閘、弧形閘、螺桿啟閉機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)上的開度測量及行程限位控制。工作原理具體如下：閘位傳感器是由旋轉(zhuǎn)編碼器與其它形式的耦合器、顯示、控制器、傳輸電纜、RS485 數(shù)字通信接口等部分組成。閘門運動通過耦合器帶動傳感器旋轉(zhuǎn)，即可輸出與閘位相對應(yīng)的格雷碼編碼信號。閘位傳感器可以選裝兩種旋轉(zhuǎn)編碼器（JD 或GD），其中JD 型開度傳感器為接觸式旋轉(zhuǎn)編碼器，它的分辨力為0.1cm，GD 型傳感器為光電開關(guān)式旋轉(zhuǎn)編碼器，它的分辨力為0.1cm。閘位傳感器的工作過程為：當(dāng)閘門作垂直運動或旋轉(zhuǎn)運動，與閘門相連的耦合器即作同步運動，耦合器再驅(qū)動傳感器的主軸轉(zhuǎn)動，即可通過傳感器的電插座輸出與轉(zhuǎn)動位置相對應(yīng)的閘位編碼電信號（格雷碼）。對于平板閘，輸出信號經(jīng)硬件或軟件譯碼，用于顯示、觀測；對于弧形或人字形閘門，由電顯示器或計算機(jī)對格雷碼進(jìn)行自動換算或數(shù)字處理后輸出。

2.2 KS-9 閘門開度測控儀

KS-9 閘門開度測控儀（生產(chǎn)廠商：徐州偉思，產(chǎn)品型號：KS-9），儀表結(jié)構(gòu)簡單，外觀美觀，是用于測量、顯示和控制平板閘、弧形閘、人字門等各種閘門開度或各種門機(jī)、吊車等啟升高度的自動化測控儀器，使用方便，可長期連續(xù)運行。它可配用光電編碼器(類型可選)或接觸式編碼器(類型可選)。KS-9 儀表采用多功能16 位CPU 進(jìn)行運算和控制，儀器硬件設(shè)有看門狗自復(fù)位電路，軟硬件采用多種抗干擾措施，能可靠的工作在各種工業(yè)環(huán)境中。儀表可設(shè)置各種參數(shù)，具有flash 存儲器，可存儲各種預(yù)置參數(shù)，并能掉電永久保存。該儀表擁有RS485、繼電器、4-20mA 多種輸出接口，便于組成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。KS-9 閘門開度測控儀的主要特點有以下幾點：全數(shù)字調(diào)校，所有參數(shù)設(shè)置通過面板上四個按鍵完成，所有設(shè)置或標(biāo)定的參數(shù)都具有斷電永久記憶功能；參數(shù)設(shè)定密碼保護(hù)。開度傳感器無須機(jī)械調(diào)零，可任意點儀表調(diào)零。RS485 通信接口采用ModbusRTU 通訊協(xié)議，可直接接入支持Modbus-RTU 協(xié)議設(shè)備的PLC 及各種監(jiān)控組態(tài)軟件的通訊網(wǎng)絡(luò)中。RS485 接口設(shè)計具有二段式過壓防浪涌保護(hù)設(shè)計(一段1500V，二段6.5V)，可靠性極高。4-20mA 輸出接口采用16 位D/A 芯片，并有過流(負(fù)載500 歐)、過壓保護(hù)(+24V 限壓)保護(hù)，保證數(shù)據(jù)傳輸可靠。開度傳感器輸入光電隔離(隔離電壓2500 Vrms)，并具有過流保護(hù)(200mA 慢斷，400mA 速斷)，有效保護(hù)CPU 芯片。荷重傳感器輸入過壓(+24V 限壓)、過流保護(hù)(200mA 慢斷，400mA 速斷)，有效保護(hù)CPU 芯片。儀表電源供電抗干擾設(shè)計、浪涌吸收保護(hù)、過流保護(hù)(AC220V 輸入慢斷180mA、速度500mA；DC24V 輸入慢斷600mA、速斷1200mA)。儀表小型化，LCD 中文液晶顯示，清晰、美觀。

3.水情自動測報系統(tǒng)應(yīng)用情況

本研究利用現(xiàn)有資源（水情自動測報系統(tǒng)）進(jìn)行閘門開度數(shù)據(jù)的采集和傳輸，利用防汛調(diào)度決策系統(tǒng)進(jìn)行閘門開度數(shù)據(jù)處理、存儲，通過現(xiàn)有資源的合理利用，有效地實現(xiàn)了上游閘門數(shù)據(jù)的采集、處理，實現(xiàn)了資源最大化[4]。而且通過實時監(jiān)測上游水庫閘門運行情況，及時準(zhǔn)確地掌握上游水電站的泄洪情況，提高長潭水庫洪水預(yù)報的預(yù)見期和洪水預(yù)報精度。水情自動測報系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)果如下：2019 年5 月、7 月，公司分別完成了對下壩水庫、石磺峰水庫閘門開度監(jiān)測裝置的安裝、調(diào)試工作。閘門監(jiān)測裝置投運以來，運行穩(wěn)定、可靠，在2019 年5月份以來洪水調(diào)度過程中，通過實時監(jiān)測石磺峰水庫、下壩水庫閘門運行情況，公司能及時準(zhǔn)確地掌握上游水電站的泄洪情況和支流的來水情況，提高了長潭水庫洪水預(yù)報的預(yù)見期和洪水預(yù)報精度，為長潭水庫的防洪調(diào)度工作提供了有力保障。公司充分利用洪水預(yù)報成果，在2019 年的6 月份3 場洪水調(diào)度過程中，洪峰流量分別為790 m3/s、1660 m3/s、1150 m3/s 情況下，通過科學(xué)地進(jìn)行發(fā)電預(yù)泄、攔蓄洪尾和削峰、滯洪，幾場洪水的削峰率分別達(dá)到38.7%、38.6%、28.8%，充分發(fā)揮水庫的削峰滯洪作用，為下游的防洪減災(zāi)的起到重要作用，保障了上下游群眾的生命和財產(chǎn)安全，同時有效地增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

4.結(jié)語

本研究利用原有水情自動測報系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集和通信設(shè)備，將下壩、石磺峰水庫閘門開度數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行恼続CSCOMM 數(shù)據(jù)采集平臺，再依托公司的防汛調(diào)度決策系統(tǒng)實現(xiàn)下壩水庫和石磺峰水庫閘門開度數(shù)據(jù)接收、存儲和處理，將下壩、石磺峰水庫的閘門開度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為泄流數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備小且少，投資少，維護(hù)簡單，且有效利用了原有水情遙測系統(tǒng)資源，實現(xiàn)資源利用最大化，實際應(yīng)用效果好。