水情自动测报系统在双河口水电站的应用

周中杨

( 中电投贵州金元集团股份有限公司，贵阳550004)

0 引 言

双河口水电站位于贵州省罗甸县边阳镇交砚乡，是蒙江干流规划开发的第七级水电站，地处蒙江干流河段上格凸河与涟江汇口下游5 km 处。流域控制面积4 770 km2。双河口水电站水库为不完全年调节，水库校核洪水位为582.43 m，相应库容为1. 956 亿m3; 正常蓄水位580 m，相应库容为1.828 亿m3。电站装机容量3 ×40 MW，在与上游梯级电站联合运行下，保证出力29. 64 MW，多年平均年发电量4.591 亿kW·h，装机利用小时数3 830 h。

蒙江流域多年平均降水量1 200 mm，降雨主要集中在5 ～9月，占全年总降水量的70%左右。该流域洪水为雨源型洪水，汛期每年4月开始，10月底结束。年最大洪水多发生在6 ～7月，约占历年实测最大洪水的68%左右。由于流域面积较大，降水分布不均匀，洪水以部分汇流为主。当洪水发生时，水流受伏流阻水、漏斗、麻窝地影响，相当一部分水量渗入地下形成地下水库，当洪峰过后，缓缓注入河道。因此，洪水峰型较胖，即峰低量大，洪峰流量模数较邻近地区小。由于干支流洪水遭遇时间不同，峰型多为复式峰，同时也有单峰型洪水出现。洪峰持续时间3 ～5 h，涨洪历时一般15 h 左右，洪水总历时3 ～5 d。

1 系统升级改造的必要性

双河口水电站施工期的水情自动测报系统经过4 a 的施工期运行，系统设备已开始出现老化现象，可靠性降低，功能欠缺等问题，已不能满足双河口水电站的安全生产运行要求。因此系统有必要进行升级改造。2008年3月双河口水电站开展了对水情自动测报系统工程进行升级改造工作，于8月份全部改造完成，并投入运行。

2 系统的结构及功能

2.1 改造后的系统组网方式

水情自动测报系统常采用超短波通讯、卫星通讯、GSM通讯、GPRS 通信和光纤通讯等多种方式组网。

超短波通讯组网主要针对距离较短，通视效果好的位置，费用成本低。

北斗卫星通讯组网数据传输稳定性高，可实现双向的短波通讯，但通讯终端费用较高，功耗较大，对于采用太阳能浮充供电的遥测站，负担较重。

GSM 和GPRS 通讯组网是廉价的公众通信，其终端功耗底，体积小，费用低廉。

光纤通讯组网数据传输稳定、可靠性高、可实现双向数据传输，但遥测站点多时光纤组网成本较高。

双河口水电站施工期水情自动测报系统遥测站主要采用北斗卫星和超短波通讯方式。每个遥测站仅有1个通讯通道，汛期受天气影响较大，可靠性有所降低。经综合考虑改造后的双河口水情自动测报系统遥测站主要采用以GSM 通信为主通道，北斗通信和超短波通信为备用通道的双通道通讯，加大了系统通讯的可靠性和稳定性。

2.2 系统总体结构

水情自动测报系统站点主要包括:1个中心站，1个分中心，15个雨量站，3个水位雨量站，4个水位站。系统网路见图1。

图1 系统网络图

2.3 遥测站

系统遥测站是水情自动测报系统中的基本单元，主要是为系统及时准确的采集和传输雨量和水位数据信息至中心站。系统改造主要是针对原来遥测站程序的升级以及增加GSM 通信主通道，保证系统通讯的可靠和稳定性。遥测站配置选型为:南瑞ACS300 数据采集器，北斗卫星电台YDD－03－01，倚天ETPro101Ai 的GSM 通信终端，西安麦克的MPM4700 压阻式水位计，FDY－05 雨量计，太阳能电池板，免维护蓄电池等。以及配置ACS300－LPDA 遥测站维护终端，便于遥测站数据采集器设置及维护。

2.4 中心站结构

中心站计算机网络按照统一的结构模式进行设计，均采用快速交换式以太网技术，拓扑结构采用星形结构，接入水电站的骨干网，并配置相同的设备。

中心站应用软件构架，见图2。

图2 中心站应用软件构架图

2.4.1 系统软件

Windows 2003 是Microsoft 公司Windows 2003 的操作系统，是在Windows NT 操作系统的基础上开发的。它有3个重要的突破点:即稳定性、网络化全局化和简单性。

其中，Windows 2003 Server 是在Windows NT Server 4.0 基础上开发出来的新一代操作系统升级版本，推出了新的“活动目录”服务技术，有效地简化了网络用户及资源的管理，性能更好、工作更加稳定、管理更容易。它是专门为服务器开发的多用途操作系统，是Client/server 方式的理想平台，也是实现LAN 和WAN网络服务的平台，具有良好的可移植性和扩充性，可以从小型的单节点系统扩充到大型的多服务器、多节点系统。并且，它的安全性达到美国C2 级标准，为每个应用程序提供32 位虚拟地址空间，突破DOS 640k 瓶颈限制。支持对称多处理器结构SMP(Symmetric Multiple Processors)与多线程程序。

中心站系统服务器主要采用Windows 2003 Server 系统。

2.4.2 数据库系统

中心站数据库属于大型数据库，需要支持海量数据的采集、处理和存储，是整个水情调度系统的基础和核心，具有非常重要的地位。

目前，基于SQL 的关系型数据库逐渐成为数据库管理系统的主流，这种关系型数据库管理系统已经成为业界的一种架构标准。

由于系统采用Client/Server 结构，在选择RDBMS 时要满足Client/Server 的要求，目前的主流数据库管理系统主要有SQL Server、Oracle、Sybase 和Informix 等。上述数据库管理系统都提供了以RDBMS 为核心，涵盖前后台开发设计，调试全过程的整套调试工具，并且都得到众多开发工具厂商的支持。

本系统采用Oracle 10g one 数据库管理系统。

2.4.3 洪水预报及水库调度软件

本系统洪水预报软件主要采用三水源新安江模型计算双河口水电站未来2 d 的降雨情况或实际发生的降雨情况进行洪水预报，即系统手动预报和自动预报。

水库调度软件主要根据水电站生产运行数据信息或预期要求和洪水过程预报信息通过水库水务计算分析，为水电站防洪发电调度提供切实可行的运行调度方案。

3 系统的维护管理

双河口水电站水情自动测报系统自升级改造投运以来，非常重视系统的运行管理，及时编制了《双河口水电站水情自动测报系统运行管理规程》，且派专人负责按规程进行管理，发现问题及时处理，确保系统正常运行。

4 水情自动测报系统的防洪和发电效益

双河口水电站水情自动测报系统的建立和运用，取得了明显的防洪和发电效益，为提前加大出力腾出库容、拦蓄洪尾，减少弃水增加发电提供了坚实的基础。2009年5月16日双河口入库流量达到2 100 m3/s，由于水情测报系统的准确预报和水文计算，水电站在洪峰到来前提前加大发电出力，腾出防洪库容5 000 万m3，保证水电站防洪安全，洪峰过后及时通过水库调度计算成功拦蓄洪尾，将水库水位上蓄至578.3 m，既削落洪峰，减小洪水对下游的影响，未造成人工洪水，也增加了水电站发电效益，此次洪水共增加发电量800 万kW·h。

5 结 语

双河口水电站水情自动测报系统自升级改造后，积极加强水情系统技术人员培训和水情系统管理维护，保证水情系统运行的可靠性。经过这几年的运行证明水情自动测报系统在水电站防洪调度发电调度等方面发挥了巨大的作用，为双河口水电站和社会创造了显著的经济和社会效益。

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