利用计算机网络实现黑水河流域梯级水电站群大坝安全信息综合管理

摘要：本文介绍了采用计算机网络实现黑水河流域水电站群大坝安全综合管理，形成远程监控和现场检查相结合的水电站群大坝安全管理新模式，使阿坝水电开发有限公司、毛尔盖水电有限公司（以下简称“公司”）大坝安全管理工作实现科学、规范、高效。

关键词：计算机网络； 公司；流域大坝

Abstract: This paper introduces the realization of Heishui river basin hydropower station group of new pattern Daquan management by computer network, the ABA Hydropower Development Co., Ltd., Mao er Gai Hydropower Company Limited (hereinafter referred to as "the company") of dam safety management work to achieve scientific, standardized, efficient.

Keywords: computer network; company; river dam

中图分类号：[TM622]

一、工程概况

黑水河位于四川省阿坝藏族羌族自治州境内，流域全长约100km，采用“一库三级”开发方式，一库即毛尔盖水库，三级毛尔盖、色尔古、柳坪等三个梯级水电站。

毛尔盖水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州黑水县境内，是黑水河干流水电规划“二库五级”开发方案的第三个梯级电站。首部枢纽距茂县县城约90km，厂区距茂县县城约75km，距成都260km。电站开发任务为发电，兼顾有与紫坪铺水利枢纽一道向成都、都江堰灌区供水的作用。水库总库容 5.35 亿m3，具有年调节能力；校核洪水位2135.62 m，设计洪水位2133.74 m，正常蓄水位2133.00m，死水位2063.00m；电站总装机规模420MW（3×120MW）。本工程为二等大（2）型工程，拦河大坝、溢洪道的设计洪水重现期为500年，校核洪水重现期为10000年。枢纽建筑物主要由拦河坝、溢洪道、放空洞、引水建筑物和厂区建筑物组成。拦河坝为砾石土心墙堆石坝，最大坝高147.00m，坝顶长度为527.30m。目前水库已进入初蓄期，电站已投产发电。

色尔古水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州黑水县境内，是黑水河水电梯级开发的第四级，为单一发电工程。电站为引水式电站，首部枢纽距茂县县城约76km，厂区距茂县县城约60km，距成都250km。水库总库容0.044 亿m3，具有日调节能力，校核洪水位 1854.21 m，设计洪水位1852.69 m，正常蓄水位1873.00m，死水位1871 .00m；电站总装机规模150MW（3×50MW）。本工程为三等中型工程， 设计洪水重现期为50 年，校核洪水重现期为200年。工程由首部枢纽、引水系统和厂区枢纽等建筑物组成。首部枢纽位于龙坝沟口下游约2.5km，为一混凝土闸坝，从左到右由左岸挡水坝、3孔泄洪闸、1孔冲沙闸、右岸挡水坝及取水口组成。建筑物均建于覆盖层上，闸顶高程为1875.00m，闸（坝）顶总长153m，最大闸高为34.5m。闸坝基础覆盖层防渗采用全封闭式混凝土防渗墙，布置在铺盖及挡水坝下，最大墙深约33m。目前电站已投产发电。

柳坪水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州茂县境内，是黑水河干流水电规划“二库五级”开发方案的最下游一个梯级电站。首部枢纽位于赤不苏沟口下游约400m的黑水河干流上，距茂县县城约63km，厂区距茂县县城约50km，距成都240km。电站采用引水式开发，开发任务为发电，兼顾下游环境生态用水。水库总库容0.0108亿m3，具有日调节性能，校核洪水位1778.87 m，设计洪水位1777.34 m，正常蓄水位1873.00m，死水位1774 .50m；电站总装机规模120MW（3×40MW）。本工程为三等中型工程，设计洪水重现期为50年，校核洪水重现期为200年。枢纽建筑物主要由首部枢纽、引水建筑物和厂区建筑物等组成。首部枢纽自左至右有：左岸挡水坝、泄洪闸、冲沙闸、右岸挡水坝。拦河闸闸顶高程为1782.00m，最大闸高为17.0m，闸（坝）顶总长为114.0m。目前电站已投产发电。

二、黑水河流域大坝安全管理系统

黑水河流域大坝安全管理系统主要由综合办公自动化系统、水情自动测报系统、大坝安全监测自动化系统、闸门自动监控系统、视频监视系统五部分构成。目前国内现有的大坝安全管理系统多为面向单一大坝而开发，对大坝实行单一安全管理，而对于流域梯级开发电站来讲，大坝坝群之间存在着一定的相互调节和反调节关系。公司本着如何管理好大坝群，并对大坝群进行有效的安全评估的管理思路，根据流域特点针对黑水河流域毛尔盖、色尔古、柳坪三个大坝的安全管理进行了系统的研究和开发。利用计算机网络将大坝群安全监测系统、流域水情测报系统、闸门监控系统、视频监视系统有效接入合并，实现实时安全监控及远程管理。重点开发网络功能即数据的网上传输、网上查询和大坝群的风险分析，以便于充分利用异地专家的知识和经验对各大坝安全状况和异常险情做出实时、客观的专业评估，为大坝管理单位和创新大坝管理模式提供有效的安全保障，也为政府主管部门及有关各方提供高效的资源共享实时数据。该系统主要由远程数据传输、大坝安全报警、中心安全评价及网上信息等功能组成运用此系统可实现大坝监测、巡视检查、风险评估、专家会诊等重要功能为一体，大大节省了大坝管理的费用也提高了管理的有效性。下面分别介绍流域大坝安全管理系统各构成部分（以下简称子系统）的功能及作用。

1.综合办公自动化子系统

当今电力生产运营企业，很多都运用了网络办公自动化系统（DSMIS系统），实现了无纸化办公，如何将此系统扩展运用于大坝安全管理，并且能很好的为大坝管理服务，公司对此问题进行了深入的调查、研究。网络办公自动化系统功能强大，可以通过编程实现多种功能，对于大坝安全管理，如将大坝安全管理系统信息与DSMIS系统实现共享，不仅方便管理人员进行有效管理，同时也可以使电站不同专业人员及时了解大坝运行状态，为电力生产安全运行做出很好的铺垫与指导。

2.水情自动测报子系统

黑水河流域毛尔盖、色尔古、柳坪三站水情自动测报系统均采用南瑞集团的WDS9002系统，WDS9002人机界面系统提供了监视、查询和分析画面，图形界面既可展示实时动态数据、图形，又可对历史数据进行综合分析比较以图形、列表显示，采用可组态的图形、报表设计，图形、报表可混合显示。

毛尔盖大坝的水情信息通过GSM和北斗卫星传输WDS9002系统，色尔古、柳坪的水情信息通过光缆传输到集控中心，然后传输到WDS9002系统，从而实现了毛尔盖、色尔古、柳坪三站水情的自动测报。

3.大坝安全监测自动化子系统

大坝安全监测是大坝管理的重中之重，从设计到施工，预埋监测仪器对大坝进行监测，掌握大坝的运行情况是必不可少的。但是对于梯级流域开发的电站来说，存在大坝较为分散、监测战线长、监测时间不能同步等现象，会给监测工作带来较多的不便，不能实时准确地了解大坝实际运行状态。为此，公司对黑水河流域毛尔盖、色尔古、柳坪三个大坝安全监测自动化监测进行了可行性研究，并得出研究成果，将所有监测仪器全部接入阿坝水电大坝安全管理信息系统，采用自动化监测。各大坝监测数据同步读取，即节省了人力，同时也提高了工作效率，给大坝安全管理提供了强有力的技术支撑。

为加强大坝安全管理，确保水工建筑物的安全稳定运行，提高大坝安全管理水平，公司计划建设黑水河流域安全管理信息系统，将所运行三个电站的大坝监测信息进行集成，通过远程管理的方式，对各个电站实行大坝远程监测、监测资料整编和资料分析，形成可比对年度及预测年度数据库源。

设计原则：

（1） 以保证工程安全可靠运行为原则；

（2） 以实用先进为原则；

（3） 大坝安全管理信息系统以信息中心为核心，以各水电站自动化监测系统为基础，最终实现工程监测、安全运行评估、决策支持等；

（4） 系统网络主要借助于公网；

（5） 系统的设备应易于管理，易于维护，操作简单，易学，易用，便于进行系统配置，在设备、安全性、数据流量、性能等方面得到很好的监视和控制，并可以进行远程管理和故障诊断；

（6） 所有系统设备不但满足当前需要，并在扩充模块后满足可预见将来需求，如带宽和设备的扩展，系统功能、应用地点的扩展和办公地点的扩展等。保证建设完成后系统在向新的技术升级时，能保护现有的投资；

（7） 系统设计要提供开放性好、标准化程度高的技术方案，设备的各种接口满足开放性和标准化原则。

从实际的应用需求分析，大坝安全监测自动化系统是一个由三个水电站大坝安全监测系统作为支点组成的综合性系统。主要包括工程安全监测、安全运行评估、决策支持、水电站大坝安全信息报送等各种应用的综合系统。

为了实施全面的管理，并在此基础上做全局性的高级分析决策，有必要将三个水电站的监测信息有机地集成，形成综合性管理中心。从总体逻辑上看，系统的信息流程如图1所示。

图1黑水河流域大坝坝群安全管理信息系统流程

黑水河流域大坝坝群安全管理信息系统由一个大坝安全监测信息中心（黑水河流域监测信息中心）和三个大坝安全监测信息分中心（毛尔盖、色尔古、柳坪）组成。

大坝安全监测信息中心拟建于黑水河流域集控中心，作为黑水河流域工程安全监控管理中枢。在监测信息中心能够接收并处理所有工程的监测数据，对监测系统进行远程操作，并能对接收的数据进行分析处理，对处理后的数据等信息在WEB上，为工程安全运行决策提供依据。

三个大坝安全监测信息分中心能对各自纳入监测项目进行数据采集（录入）、处理、存储，实测数据能同步到监测信息中心。

综上所述，并考虑到本工程的重要性和信息安全性的要求，黑水河流域大坝安全管理信息系统总体框架结构设计如图2所示：

图2黑水河流域大坝安全管理信息系统总体框架结构图

从上图可以看出，整个系统在纵向上按管理层次结构划分为两级：

第一级：中心级，即黑水河流域监测信息中心；

第二级：分中心级，即三个水电站的监测管理分中心站；

信息中心采用多坝安全信息管理系统，能实现对流域内所有纳入系统的大坝（安全监测系统）进行数据采集、数据计算、资料整编、资料分析、信息、系统管理和分析评估。

4.闸门自动监控子系统

闸门自动监控系统是一先进的实时数据采集与控制系统，它利用遥测、遥控、数据通讯、微型电子计算机等技术手段来共同完成对目标系统的监测与控制，实现由中心控制站对下属各子站闸门的运行管理。

闸门自动监控系统主要有闸位传感器现场控制单元闸门监控站、上、下游水位遥测站、信号传输线及中心控制站组成。进行闸门的单控、群控。在系统设计方面主要采用了目前国际上流行的集散型分布式计算机控制系统，标准总线结构。其分二个层次：上层为中心管理级，称中心站；下层为现场控制级，称闸控站。系统由中心站计算机统一进行管理，对现场控制级包括水位站进行自动监视、数据记录保存、状态报告、下达控制指令及人机界面操作等，而闸控站则采用分布式控制，各站在本站主计算机下分别由各自独立的终端管理，独立完成本号闸门的监视、控制以及与主机的通讯等，具有以下突出的优点：

（1）自主性

系统内的各个终端都是通过网络接口链接的，各终端各自独立地完成中心分配的任务由于各终端是一个独立运行的高可靠性子系统，因此它可以随着微处理器的发展更新换代。

（2）协调性

各终端通过通信网络传递各自信息，协调工作，实时性强，整个系统畅通性好，信息共享。

（3）友好性

系统采用实用的、简洁的人机界面，多视窗，菜单功能更具实时性，学习操作简单，使用极为方便。

（4）高可靠性

系统采用分布式及容错设计，使得系统在任一单元失效的情况下仍继续正常运行。由于采用了控制功能分散、负荷分散，从而使危险分散，提高了系统的可靠性。

（5）适应性、灵活性和可扩充性

系统硬件和软件均采用开放式、标准化和模块化设计，积木式结构，配置灵活，闸控中心站根据系统的发展，可以随时将泵站自动测控系统或船闸自动监控系统接人网内，中心站将随时成为管理部门的监控中心。

（6）在线性

中心可以通过人机接口随时对各终端数据进行实时采集、分析判断、记录、存储、控制等, 提高了系统的可用性。这些均是测量和控制系统能坚持长期稳定工作的关键。

（7）网络拓朴采用总线结构

本系统网络拓朴采用总线结构，在这种结构中, 网络上的所有节点都通过硬件接口直接连接到一条线状传输介质即总线上，任何一个终端的发送都在总线上传播，并能被所有的其它终端所接收，因为所有终端共享一条传输链路, 因此在某一时刻只是一个站发送信息。

根据测控现场存在着振动、灰尘、潮湿、有害气体以及各种电磁干扰的情况，分布式总线产品也考虑了防卫措施, 控制主板采用了固化指令系统, 固化软件、线路配备有软硬件的WATCH-DOG监视机制，或二级WATCH-DOG监视机制，有效地保证电源波动时或系统失电时的现场安全。这种设计使得一旦控制程序产生失误，能强迫主机复位，重新恢复到正常的测控过程中来。大坝安全管理系统形成后，闸门自动监控系统将成为大坝管理系统的重要组成部分，利用大坝管理系统实现闸门的统一管理调度。

5.视频监视子系统

视频监视系统是应用于工业生产的过程监视、调度管理等方面，从摄像到图像显示独立完整的电视系统。

视频监视系统对主要设备和场所进行实时图像监视，在黑水河流域集控中心及毛尔盖中控室通过电视画面了解整个水电站的运行实况，为电厂安全运行提供了可靠的现场实时信息。同时通过对电站某些重要部位和人员到达困难的部位设置摄像机，并随时将摄取到得图像信息传输到电站中控室，提高设备远方操作的安全性及生产管理效率和自动化水平。目前公司所属三站在重点监控部位，大坝、厂房、引水系统、闸门井等均已布置完成监控子站的布置，待大坝安全信息管理系统投入后将各子站接入，实现统一管理。

三、结束语

梯级流域大坝群安全管理，主要存在管理范围广、各大坝分散性强，难于管理的特点，如果能很好的运用计算机网络及通信技术在现有的监测、巡视系统上实现网络共享及远程专家分析等功能进行，对大坝的安全管理来说是强有力的保障，并且在节约了成本的同时也提高了工作效率，同时巡视检查、大坝监测、数据分析是大坝安全管理的核心，三者密不可分，因此将全部信息汇总收集，进行大坝安全分析及可靠性评价更是很有必要的。