潘麗楓，呂恬可

（1.縉云縣水利局，浙江 縉云 321400；2.浙江水利水電學(xué)院，浙江 杭州 310018）

1 問(wèn)題的提出

水庫(kù)管理歷來(lái)是防汛和水利工程安全運(yùn)行工作的重中之重，更是水利工作的重要組成部分，是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的大事[1-2]。當(dāng)前水安全和水資源問(wèn)題已經(jīng)成為制約社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的突出因素[3-4]，建立現(xiàn)代化水庫(kù)安全管理系統(tǒng)勢(shì)在必行。現(xiàn)代水利工作的重心是有效地做好水資源節(jié)約與高效利用，以實(shí)現(xiàn)水資源的安全、持續(xù)利用，目前國(guó)內(nèi)水庫(kù)管理正在由傳統(tǒng)模式向現(xiàn)代化轉(zhuǎn)變，東部發(fā)達(dá)地區(qū)的大中型水庫(kù)基本建設(shè)信息化管理系統(tǒng)，但是仍然存在信息化功能單一、自動(dòng)化程度低、可靠性不高、管理混亂等問(wèn)題，因此必須認(rèn)清形勢(shì)，充分利用現(xiàn)代化的管理理念和科技手段建設(shè)現(xiàn)代化水庫(kù)安全管理系統(tǒng)，為我國(guó)水利工作的轉(zhuǎn)變保駕護(hù)航，為充分發(fā)揮水利工程的效益提出可行方案[5-7]。潛明水庫(kù)一期總庫(kù)容3 413萬(wàn)m3，汛限水位237.00 m，電站裝機(jī)3.2 MW，本文以潛明水庫(kù)為例用信息化手段探索針對(duì)水庫(kù)電站的安全運(yùn)行管理數(shù)字化之路。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

潛明水庫(kù)安全管理系統(tǒng)主要由“四子系統(tǒng)”“一中心”和“一平臺(tái)”組成?！八淖酉到y(tǒng)”分別為計(jì)算機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)、繼電保護(hù)子系統(tǒng)、視頻監(jiān)視子系統(tǒng)和水質(zhì)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，主要完成庫(kù)區(qū)各類數(shù)據(jù)、圖像的采集、傳輸以及自動(dòng)控制功能；“一中心”即防汛調(diào)度中心；“一平臺(tái)”即標(biāo)準(zhǔn)化安全運(yùn)行平臺(tái)等組成。

2.2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)作為水庫(kù)安全管理的核心內(nèi)容，采用全開(kāi)放系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)包括電站監(jiān)控，由主控站工控機(jī)、打印機(jī)終端、各現(xiàn)地LCU單元以及遠(yuǎn)程終端和相應(yīng)的外設(shè)構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。LCU單元主要包括高壓機(jī)組LCU、低壓機(jī)組LCU，公用LCU和壩區(qū)LCU，分別通過(guò)遠(yuǎn)程終端采集各類傳感器數(shù)據(jù)與控制設(shè)備。

圖1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

計(jì)算機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)按照無(wú)人值班或少人值守為目的，以計(jì)算機(jī)監(jiān)控為主，簡(jiǎn)易常規(guī)控制為輔的原則進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，充分注意計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與各常規(guī)控制設(shè)備的協(xié)調(diào)配合，簡(jiǎn)易常規(guī)控制可在主控站與現(xiàn)場(chǎng)控制單元通訊中斷（或主控站故障）時(shí)作操作備用，通過(guò)電纜直接作用于現(xiàn)地控制單元，現(xiàn)地單元具備運(yùn)行人員進(jìn)行常規(guī)控制的值班條件。

工控機(jī)的功能包括對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)的管理，數(shù)據(jù)庫(kù)管理，在線及離線計(jì)算功能，各類圖表、曲線的生成，事故故障信號(hào)的分析處理等。同時(shí)工控機(jī)供運(yùn)行值班人員使用，具有圖形顯示、全站運(yùn)行監(jiān)視和控制功能、發(fā)操作控制命令、作定值修改、設(shè)定與變更工作方式等功能。全站所有的操作控制都可以通過(guò)鼠標(biāo)及鍵盤實(shí)現(xiàn)；通過(guò)LCD可以對(duì)全站的生產(chǎn)、設(shè)備運(yùn)行作實(shí)時(shí)監(jiān)視，并取得所需的各種信息。

2.3 繼電保護(hù)子系統(tǒng)

繼電保護(hù)子系統(tǒng)作為水庫(kù)電站的重要組成部分，主要用于保護(hù)水庫(kù)電站安全運(yùn)行。當(dāng)電站發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時(shí)，該系統(tǒng)能在最短時(shí)間和最小區(qū)域內(nèi)，自動(dòng)將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，或及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)給值班人員，通知其盡快消除異常工況，以減輕或避免設(shè)備的損壞和對(duì)發(fā)電的影響。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的繼電保護(hù)裝置分為高壓機(jī)組、低壓機(jī)組、變壓器、35 kV線路和廠變保護(hù)，分別安裝在高壓LCU、低壓LCU和各自設(shè)備箱內(nèi)。

2.4 視頻監(jiān)視子系統(tǒng)

視頻監(jiān)視子系統(tǒng)作為水庫(kù)安全管理的重要載體，根據(jù)實(shí)用性、穩(wěn)定性、可靠性、開(kāi)放性、先進(jìn)性、標(biāo)準(zhǔn)化、使用維護(hù)方便等原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合水庫(kù)實(shí)際情況，確定圖像監(jiān)視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

監(jiān)控區(qū)域前端采用高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)進(jìn)行圖像獲取，通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)接入控制中心相連。所有視頻攝像機(jī)信號(hào)都輸入網(wǎng)絡(luò)型硬盤錄像機(jī)。

為便于對(duì)相關(guān)部位進(jìn)行監(jiān)視，在電站控制室設(shè)置1套LCD大屏，LCD上圖像畫面的操作通過(guò)大屏拼接控制器完成。

網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)磁盤陣列、交換機(jī)等設(shè)備組成圖像柜，圖像柜和視頻監(jiān)控主機(jī)布置在控制室。

2.5 水質(zhì)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

水質(zhì)安全是水庫(kù)安全管理的重要組成部分之一，水質(zhì)安全的控制依靠水質(zhì)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。水質(zhì)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)主要由多參數(shù)變送器、pH傳感器、電導(dǎo)率傳感器、COD全光譜傳感器、溫度傳感器、水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作站以及水質(zhì)管理模塊等組成，利用智能傳感與無(wú)線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)一體化水質(zhì)監(jiān)測(cè)功能，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作站進(jìn)行保存、處理，以及通過(guò)水質(zhì)管理模塊顯示。水質(zhì)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 水質(zhì)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.6 防汛調(diào)度中心

防汛調(diào)度中心是日常防汛指揮會(huì)議和值班室，需監(jiān)控、處理各種防汛信息。根據(jù)管理需要，在管理區(qū)辦公樓設(shè)置1個(gè)防汛調(diào)度中心，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)水情、工情、災(zāi)情信息的異地顯示和管理，實(shí)現(xiàn)視頻會(huì)議、數(shù)據(jù)、圖文數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)傳送。與上下級(jí)防汛指揮中心連接，利用其大屏幕系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)視頻會(huì)議、調(diào)度指揮。防汛調(diào)度中心的建設(shè)主要包括大屏幕顯示系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)、數(shù)字會(huì)議系統(tǒng)、會(huì)議擴(kuò)音系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)等。

2.7 安全運(yùn)行管理平臺(tái)

水庫(kù)安全管理運(yùn)行平臺(tái)包含計(jì)算機(jī)監(jiān)控、繼電保護(hù)、視頻監(jiān)控、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、智能藍(lán)牙安全巡檢、標(biāo)準(zhǔn)化管理等各類水庫(kù)安全運(yùn)行模塊，是集水庫(kù)（電站）工程運(yùn)行、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、防汛指揮、辦公應(yīng)用、安全管理等于一體的標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)，展現(xiàn)以軟件為基礎(chǔ)搭建的運(yùn)行平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化、智能化特點(diǎn)。水庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)化安全管理運(yùn)行平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)各類業(yè)務(wù)的日常管理，基礎(chǔ)信息快速傳遞和全面共享，并實(shí)時(shí)接收上級(jí)系統(tǒng)發(fā)布的調(diào)度指令與其他信息，實(shí)現(xiàn)成熟、規(guī)范的數(shù)據(jù)共享，為工程標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行管理提供全面的數(shù)據(jù)支持。

根據(jù)大中型水庫(kù)運(yùn)行管理規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)化管理信息化建設(shè)導(dǎo)則以及考核標(biāo)準(zhǔn)等要求，結(jié)合潛明水庫(kù)實(shí)際情況，水庫(kù)安全管理運(yùn)行平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化管理模塊設(shè)計(jì)與實(shí)施以構(gòu)建“標(biāo)準(zhǔn)化、技術(shù)先進(jìn)、實(shí)用可靠、擴(kuò)展性好、有利管理、投資合理”為目標(biāo)。

3 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后在潛明水庫(kù)得到應(yīng)用，潛明水庫(kù)安全運(yùn)行管理系統(tǒng)平臺(tái)以時(shí)空一張網(wǎng)為數(shù)據(jù)核心，集合水庫(kù)綜合管理一本賬實(shí)現(xiàn)潛明水庫(kù)的安全管理（見(jiàn)圖4）。

圖4 潛明水庫(kù)安全管理系統(tǒng)平臺(tái)圖

潛明水庫(kù)的安全運(yùn)行管理包含電站、庫(kù)區(qū)等，針對(duì)水庫(kù)的管理特點(diǎn)開(kāi)發(fā)水庫(kù)藍(lán)牙智能巡檢模塊，對(duì)水庫(kù)泄水閘、電站、庫(kù)區(qū)等管理范圍的安全運(yùn)行管理。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的水庫(kù)安全巡檢模塊，采用藍(lán)牙巡檢技術(shù)，解決水庫(kù)巡檢路線長(zhǎng)、各工種協(xié)同分工難、巡檢部位多、電站等關(guān)鍵室內(nèi)巡檢監(jiān)管難度大等問(wèn)題。藍(lán)牙智能巡檢模塊具有智能識(shí)別巡檢對(duì)象、書簽標(biāo)記法簡(jiǎn)易輸入模式、自學(xué)習(xí)的智能隱患模板、標(biāo)準(zhǔn)化閉環(huán)巡檢流程設(shè)計(jì)等諸多功能。功能示例見(jiàn)圖5。

圖5 潛明水庫(kù)安全運(yùn)行藍(lán)牙智能巡檢模塊圖

4 結(jié) 語(yǔ)

水庫(kù)在社會(huì)生產(chǎn)生活中發(fā)揮著巨大作用，但也存在對(duì)公眾生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅的隱患，在現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程中，必須利用新型數(shù)字化、信息化先進(jìn)技術(shù)對(duì)水庫(kù)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證水庫(kù)安全、高效運(yùn)行。本文設(shè)計(jì)的集“四子系統(tǒng)”“一中心”“一平臺(tái)”架構(gòu)的潛明水庫(kù)安全管理系統(tǒng)，以及針對(duì)水庫(kù)電站安全管理設(shè)計(jì)的“水庫(kù)藍(lán)牙智能巡檢模塊”基本實(shí)現(xiàn)類似水庫(kù)的安全運(yùn)行管理，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。