水電站水工閘控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(yùn)行直接關(guān)系到水力發(fā)電廠的整體運(yùn)作，本文運(yùn)用先進(jìn)的工程理念設(shè)計(jì)了一套水電站水工閘控(閘門監(jiān)控)系統(tǒng)，經(jīng)過運(yùn)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(hào)：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(jìn)的水庫閘門自動(dòng)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(qiáng)了水庫運(yùn)行的安全性，增加了水庫的運(yùn)行效益，為上級(jí)部門科學(xué)調(diào)度提供了科學(xué)依據(jù)。

本文運(yùn)用當(dāng)前先進(jìn)的工程理念設(shè)計(jì)了一套水電站水工閘門監(jiān)控系統(tǒng)，通過運(yùn)行發(fā)現(xiàn)其具有很高的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

水電站水工閘門監(jiān)控系統(tǒng)是集監(jiān)督、測量、控制、保護(hù)、信號(hào)、管理等于一體的計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)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(hù)，并能夠通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)將閘門運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)實(shí)時(shí)、真實(shí)地展示在各級(jí)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(yuǎn)程控制，可在現(xiàn)地單控、群控，也可在異地遠(yuǎn)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(yáng)式、液壓式、螺桿式等。

閘門的群優(yōu)化運(yùn)行及調(diào)度技術(shù)，使系統(tǒng)能根據(jù)水情及洪水預(yù)報(bào)計(jì)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方調(diào)度。

3視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

水工閘門視頻系統(tǒng)是信息技術(shù)在水電站中的一項(xiàng)重要應(yīng)用，它可以使運(yùn)行管理人員足不出戶就可以知道水工設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀況，甚至發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，并通過錄像進(jìn)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(jī)、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(hào)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(jì)算機(jī)上，在視頻監(jiān)視計(jì)算機(jī)上通過監(jiān)視軟件可以對各閘控監(jiān)視點(diǎn)進(jìn)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(jì)

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(shí)別數(shù)據(jù)幀的來源和目的地，并進(jìn)行CRC檢驗(yàn)；?為數(shù)據(jù)幀添加接收到該幀的時(shí)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(hào)、站名；?將一幀中多個(gè)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(jìn)行率定；?合成新的采集數(shù)據(jù)。

c.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。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(shí)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(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)層中的數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行進(jìn)一步處理。同時(shí)，該層將數(shù)據(jù)邏輯層傳來的對采集站進(jìn)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(gè)通信接入模塊與之對應(yīng)，模塊之間相對獨(dú)立。每個(gè)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(fù)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(jì)查詢等；基于B/S結(jié)構(gòu)的應(yīng)用程序則負(fù)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(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)查詢、系統(tǒng)數(shù)據(jù)維護(hù)、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(dòng)電話卡。利用短信服務(wù)中心信息存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)的功能，基本能滿足信息傳輸?shù)囊?，但?shí)時(shí)傳輸性差。

b.GSM網(wǎng)絡(luò)的GPRS通信。利用GSM網(wǎng)絡(luò)GPRS進(jìn)行信息通信，方便、快捷、時(shí)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(fèi)，但由于監(jiān)測點(diǎn)的分布范圍廣、通信設(shè)施的建設(shè)投資過大，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也將不菲，故只能作為補(bǔ)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(diǎn)，雖然工程投資、施工費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)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(yùn)行費(fèi)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(diǎn)，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(jí)電源防雷系統(tǒng)，主要由三相并聯(lián)式一級(jí)電源避雷器、三相并聯(lián)式二級(jí)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(hào)部分。各類現(xiàn)場信號(hào)電纜和4～20mA 模擬量信號(hào)電纜的兩端分別安裝合適的信號(hào)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(shí)，防雷器(或組合)應(yīng)選用相應(yīng)IP 等級(jí)的保護(hù)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(yùn)行。本文從水電站的現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合先進(jìn)實(shí)用的科學(xué)技術(shù)，設(shè)計(jì)的水工閘門監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過運(yùn)行取得了良好效果。

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