周錫瑯，吳 駿，向 南

(1.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，江蘇南京210003; 2.南瑞集團公司，江蘇南京210003)

清江流域梯級電站壩群綜合安全監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用與實現(xiàn)

周錫瑯1，2，吳 駿1，2，向 南1，2

(1.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，江蘇南京210003; 2.南瑞集團公司，江蘇南京210003)

清江流域壩群綜合安全監(jiān)測與評估預(yù)警系統(tǒng)是一個以多個水電站大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)作為支點組成的綜合性系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)了集中控制管理、數(shù)據(jù)集中管理、遠程數(shù)據(jù)采集、綜合安全評估、資料整編分析等功能，并創(chuàng)新實現(xiàn)了總線插拔式的多工程集成；實現(xiàn)了一站式多壩綜合監(jiān)控；開發(fā)了“通用遠程采集協(xié)議”；采用“任務(wù)”管理機制，實現(xiàn)了自動化、智能化管理；實現(xiàn)了分布式系統(tǒng)信息同步；實現(xiàn)了系統(tǒng)完全可定制；實現(xiàn)了分布式系統(tǒng)信息同步；實現(xiàn)了系統(tǒng)完全可定制；實現(xiàn)了主備數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)自動切換功能；實現(xiàn)了系統(tǒng)自動智能升級。

梯級電站；安全監(jiān)測系統(tǒng)；清江流域

1 流域梯級水電站大壩概況

清江是長江在湖北境內(nèi)的第二大支流，發(fā)源于湖北利川，干流全長423 km，總落差1 430 m，流域面積約17 039 km2。清江公司花了21年的時間滾動建成了壩后式、河床式、地下式的隔河巖(1 212 MW)、高壩洲(270 MW)和水布埡(1 840 MW)3座水電站，總裝機容量3 322 MW，設(shè)計平均年發(fā)電量79.22億kW·h。

2 信息系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2.1 總體結(jié)構(gòu)

清江流域壩群綜合安全監(jiān)測與評估預(yù)警系統(tǒng)(簡稱“清江系統(tǒng)”)是一個以多個水電站大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)作為支點組成的綜合性系統(tǒng)，主要包括大壩安全監(jiān)測、大壩安全運行評估、事故應(yīng)急處理預(yù)案與決策支持系統(tǒng)。為了實施全面的信息管理，并在此基礎(chǔ)上進行全局性的高級分析決策，有必要將各水電站的安全監(jiān)測信息有機地集成，形成綜合性數(shù)據(jù)中心[1]。

整個系統(tǒng)在縱向上按管理層次結(jié)構(gòu)劃分為兩級：①第一級為中心級，即大壩安全管理信息中心；②第二級為工作站，水布埡、隔河巖、高壩洲各設(shè)一個工作站，水布埡數(shù)據(jù)管理服務(wù)由水布埡電站的服務(wù)器承擔(dān)，隔河巖、高壩洲的數(shù)據(jù)管理服務(wù)由信息中心服務(wù)器直接承擔(dān)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意

圖2 系統(tǒng)工作流程

2.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

大壩安全管理信息系統(tǒng)通過公司現(xiàn)有MIS光纖網(wǎng)互聯(lián)，位于《發(fā)電廠二次系統(tǒng)安全防護指南》中的安全III區(qū)，使大壩安全管理信息中心可以通過網(wǎng)絡(luò)獲取各工作站的數(shù)據(jù)[2]。

2.3 工作流程

信息中心可對流域內(nèi)任一電站進行自動化監(jiān)測控制與監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集(含人工數(shù)據(jù)的錄入)、計算、管理、分析等工作，隔河巖、高壩洲的所有測量數(shù)據(jù)直接錄入信息中心對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，水布埡的所有測量數(shù)據(jù)優(yōu)先錄入水布埡服務(wù)器，若水布埡服務(wù)器發(fā)生故障則自動切換到信息中心服務(wù)器。另外，在網(wǎng)絡(luò)暢通的情況下，在移動工作站上經(jīng)過授權(quán)也可一樣工作，實現(xiàn)多壩的綜合信息管理操作。系統(tǒng)工作流程如圖2所示。

為確保信息的同步一致，系統(tǒng)信息的同步由數(shù)據(jù)同步軟件定時或手動完成：

(1)信息中心的數(shù)據(jù)庫管理信息發(fā)生改變后，如測點、模塊、計算參數(shù)等系統(tǒng)信息，由數(shù)據(jù)同步軟件定時自動執(zhí)行實現(xiàn)中心站與水布埡分中心的架構(gòu)同步，同步不是立即執(zhí)行的；水布埡服務(wù)器與信息中心的數(shù)據(jù)庫管理信息的變化可雙向同步，由管理人員手工執(zhí)行數(shù)據(jù)同步軟件，并可定制同步任務(wù)。

(2)測量數(shù)據(jù)同步。主要是采用數(shù)據(jù)同步軟件定時將水布埡的最新數(shù)據(jù)自動導(dǎo)入中心站同步數(shù)據(jù)庫，且導(dǎo)入的數(shù)據(jù)不會再被導(dǎo)入。如果此時局域網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題，未導(dǎo)入的數(shù)據(jù)將在每個定時周期嘗試再次導(dǎo)入；當(dāng)局域網(wǎng)絡(luò)暢通后，之前積累的未成功導(dǎo)入的數(shù)據(jù)將被自動導(dǎo)入。

中心站配置兩臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，當(dāng)一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器出現(xiàn)問題時，自動切換使用另一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，保障中心站數(shù)據(jù)庫的安全。

2.4 軟件部署

軟件部署見圖3。整個系統(tǒng)中有一個中心站和3個采集工作站組成，水布埡、隔河巖、高壩洲各設(shè)一個工作站，水布埡數(shù)據(jù)管理服務(wù)由水布埡電站的服務(wù)器承擔(dān)，隔河巖、高壩洲的數(shù)據(jù)管理服務(wù)由信息中心服務(wù)器直接承擔(dān)。水布埡現(xiàn)場數(shù)據(jù)管理服務(wù)器安裝南瑞信息手動架構(gòu)同步和數(shù)據(jù)自動同步程序；中心站與采集工作站通過MIS光纖網(wǎng)互聯(lián)，通過對軟件的部署要實現(xiàn)中心站對3個采集工作站的數(shù)據(jù)管理。中心站配置兩臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，當(dāng)1臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器出現(xiàn)問題時，自動切換使用另1臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，保障中心站數(shù)據(jù)庫的安全。

圖3 軟件部署

3 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 軟件系統(tǒng)

清江流域梯級電站壩群綜合安全監(jiān)測系統(tǒng)由采集、報表、圖形、數(shù)據(jù)表格、測點管理、數(shù)據(jù)管理、任務(wù)管理7個部分組成，具體見圖4。

圖4 清江系統(tǒng)設(shè)計示意

3.2 分層設(shè)計

將系統(tǒng)所關(guān)注的問題分在不同的層中，通常分為用戶界面層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層。不同的應(yīng)用可以用不同的用戶界面層，業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層各應(yīng)用復(fù)用。

用戶界面層實現(xiàn)了設(shè)置和輸出的界面，在大壩客戶端軟件和WEB應(yīng)用中分別實現(xiàn)不同的用戶界面層；業(yè)務(wù)邏輯層則用接口方式實現(xiàn)所有大壩資源操作的邏輯，按接口方式實現(xiàn)是為了將來聚合在服務(wù)中；數(shù)據(jù)訪問層專門處理對數(shù)據(jù)庫的操作，將這層從業(yè)務(wù)邏輯層分離出來，這樣可以提高數(shù)據(jù)庫的可移植性。

3.3 組件設(shè)計

系統(tǒng)采用組件設(shè)計。組件是一組對象的集合，通過面向?qū)ο蟮姆治龊驮O(shè)計，按重用原則劃分大壩應(yīng)用對象的顆粒，組件之間也是分層的，高層組件中的對象可以引用本組件或低層組件中的對象。

4 系統(tǒng)主要功能

清江系統(tǒng)由系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)遠程采集、巡視檢查、實時監(jiān)控、資料整編與分析、綜合評估與報警、文檔管理等功能模塊組成。

(1)集中控制管理。監(jiān)測中心站作為公司大壩安全管理的控制中心，實現(xiàn)對各分站大壩安全數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、資料整編分析、信息報送發(fā)布的統(tǒng)一管理，各電站監(jiān)測分中心平時無人值班。

(2)數(shù)據(jù)集中管理。實現(xiàn)中心站對各電站大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的集中管理，可進行存儲、檢索、調(diào)用。

(3)遠程數(shù)據(jù)采集。采用分布式采集服務(wù)，實現(xiàn)中心站集中控制、遠程采集功能，同時提供一套XML標(biāo)準(zhǔn)采集協(xié)議，規(guī)范接口標(biāo)準(zhǔn)，對不同廠家的自動化監(jiān)測系統(tǒng)進行系統(tǒng)集成，既保證不同廠家自動化系統(tǒng)的獨立性，又實現(xiàn)了集中控制。

(4)綜合安全評估。系統(tǒng)對關(guān)鍵部位、關(guān)鍵測點進行實時監(jiān)控，對測量數(shù)據(jù)進行在線綜合評判，并直觀顯示測點狀態(tài)和自動報警。中心站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用星形組網(wǎng)方式。

(5)資料整編分析。提供豐富的資料整編分析工具，包括各類圖形繪制工具、報表生成工具、數(shù)理統(tǒng)計工具、數(shù)學(xué)統(tǒng)計模型等。

5 系統(tǒng)主要創(chuàng)新成果

(1)實現(xiàn)總線插拔式的多工程集成。采用面向服務(wù)的思想與總線式體系結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)具有很強的集成能力和可伸縮性，同構(gòu)或異構(gòu)的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)均可接入本系統(tǒng)的統(tǒng)一管理平臺，創(chuàng)造性地解決了多工程集成的難題，對提高流域電站的大壩安全管理能力具有非常重要的意義。

(2)實現(xiàn)一站式多壩綜合監(jiān)控。在中心站，通過定制統(tǒng)一的管理視圖，即可及時獲得流域電站的安全監(jiān)測信息，如分站的報警信息、重點測點信息、模塊通訊狀態(tài)、流域多工程導(dǎo)航地圖等，確保了測點異常的及時發(fā)現(xiàn)和統(tǒng)一處理，為實現(xiàn)大壩安全監(jiān)測高效管理提供了可靠的一站式多壩綜合監(jiān)控平臺。

(3)開發(fā)了“通用遠程采集協(xié)議”[3]。國內(nèi)各廠家自動化系統(tǒng)尚無統(tǒng)一的遠程采集標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，流域電站內(nèi)的監(jiān)測系統(tǒng)集成并未真正實現(xiàn)，我們開發(fā)第一套“通用遠程采集協(xié)議”，通過這種開放式的協(xié)議可無縫集成第三方廠家的大壩數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。協(xié)議中的數(shù)據(jù)采用xml編解碼技術(shù)，解決了多年來各家的采集控制信息難以統(tǒng)一描述的困擾，為多家采集系統(tǒng)異構(gòu)控制提供了兼容的、低實現(xiàn)成本的解決方案，為流域電站大壩安全監(jiān)測綜合遠程控制系統(tǒng)開發(fā)提供了一個可以借鑒的先例，具有廣泛的推廣應(yīng)用價值。

(4)采用“任務(wù)”管理機制，實現(xiàn)自動化、智能化管理。系統(tǒng)中采用“任務(wù)”管理機制，將一些運行、維護工作封裝成可運行的“任務(wù)”，這些“任務(wù)”可以通過手動、定時、事件觸發(fā)等方式啟動，實現(xiàn)日常事務(wù)處理的自動化和智能化，極大提高了系統(tǒng)運行與管理的效率。

(5)實現(xiàn)分布式系統(tǒng)信息同步。實現(xiàn)了中心站與各電廠分站的監(jiān)測系統(tǒng)完整信息同步，同步的內(nèi)容包括支持系統(tǒng)運行的所有配置信息和測量數(shù)據(jù)。保證了中心站和分站數(shù)據(jù)信息的一致性與完整性，實現(xiàn)了中心站和分站系統(tǒng)互為備份，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性。

(6)系統(tǒng)完全可定制。系統(tǒng)可以按照用戶的需求去定制運行行為、各種整編計算輸出和工程的安全評判等功能，能滿足不同工程用戶的各種需求；其中較為復(fù)雜的分布圖、等值線、分布式測量拓撲結(jié)構(gòu)、自動化任務(wù)的定制功能在大壩監(jiān)測行業(yè)內(nèi)屬于首次實現(xiàn)。

(7)實現(xiàn)了主備數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)自動切換功能，為分站系統(tǒng)在廣域網(wǎng)絡(luò)傳輸異常時提供備用方案。當(dāng)電廠分站與中心站廣域網(wǎng)絡(luò)異常時，電廠分站自動切換到本地備用數(shù)據(jù)庫，而故障恢復(fù)后自動切換回中心站主數(shù)據(jù)庫，提高系統(tǒng)可靠性[4]。

(8)實現(xiàn)了系統(tǒng)自動智能升級。當(dāng)各個分布式的客戶端初始連接至中間層時，將自動掃描并判斷出兩端軟件及數(shù)據(jù)庫的版本并完成相應(yīng)的升級操作，實現(xiàn)了客戶端的自動維護，保證了分布式系統(tǒng)的一致性和可擴充性。

6 結(jié) 語

清江流域壩群綜合安全監(jiān)測與評估預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)正式投入運行，目前接入了水布埡、隔河巖、高壩洲3個工程，隨著后續(xù)在建工程竣工投產(chǎn)，將陸續(xù)接入監(jiān)測中心，由于清江系統(tǒng)采用了分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以建成一個接入一個，比較好地適應(yīng)了工程建設(shè)發(fā)展的需要，解決了多個工程集中控制的難題；清江系統(tǒng)具有遠程采集和遠程數(shù)據(jù)同步功能，較好地實現(xiàn)了測量數(shù)據(jù)向中心數(shù)據(jù)庫同步傳輸；系統(tǒng)具備多級報警和分析診斷的功能，能夠監(jiān)控整個流域的水電站工程安全運行；此外，還有功能強大的Web網(wǎng)站用于展示流域工程安全信息，是理想的水電站群大壩遠程安全監(jiān)控系統(tǒng)平臺。

[1]向南， 高磊. 分布式大壩安全信息系統(tǒng)集成[J]. 水電自動化與大壩監(jiān)測， 2010， 34(3)： 42-45．

[2]DL/T 5211—2005 大壩安全監(jiān)測自動化技術(shù)規(guī)范[S].

[3]王衛(wèi)列， 向南， 花勝強， 等. 基于可擴展置標(biāo)語言的大壩通用遠程數(shù)據(jù)采集服務(wù)[J]. 水電自動化與大壩監(jiān)測， 2010， 34(5)： 46-51．

[4]DL/T 5178—2003 混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S]．

(責(zé)任編輯 焦雪梅)

Application and Implementation of Dam Group Integrated Safety Monitoring System in Qingjiang River Basin

ZHOU XiLang1, 2, WU Jun1, 2, XIANG Nan1, 2

(1.State Grid Electric Power Research Institute, Nanjing 210003, Jiangsu, China;2.NARI Group Corporation, Nanjing 210003, Jiangsu, China)

The integrated safety monitoring system of dam group in Qingjiang River Basin is an integrated system composed of dam safety monitoring system of several hydropower stations. The system achieves centralized control and data management, remote data acquisition, comprehensive safety evaluation and data compilation and analysis. The innovations of system include：service bus type integrated management, integrated monitoring of multi dams from any station, universal remote acquisition protocol development, task management mechanism to achieve automatic and intelligent management, information synchronization of distributed system, complete customizing of system, automatic switching of main standby database system and automatic upgrade of system．

cascade hydropower station; safety monitoring system; Qingjiang River Basin

2016-01-05

周錫瑯(1976—)，男，江蘇無錫人，工程師，主要從事大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)軟件開發(fā)、模型分析與高級應(yīng)用等工作．

TV698.1

A

0559-9342(2016)11-0095-04