运行安全决策系统在大型供水工程中的应用

马传波

(辽宁省水利水电勘测设计研究院， 辽宁 沈阳　110003)



运行安全决策系统在大型供水工程中的应用

马传波

(辽宁省水利水电勘测设计研究院， 辽宁 沈阳110003)

本文结合国内已建工程运行安全决策系统的实际运行情况，总结运行中的经验、分析系统建设中需注意的几个问题并提出优化建议，供相关设计、研发及运行管理人员参考。

运行安全决策系统； 输水工程； 应用

1　供水工程运行安全决策系统现状

国内大型供水工程(如：南水北调工程、大伙房输水二期工程、磨盘山水库供水工程、万家寨引水工程等)都具有供水距离长、供水流量大、工作压力高、分水口多、控制设备种类繁多、配水工艺复杂的特点。任何设备出现异常均会导致系统出现运行安全问题。为保证系统安全、可靠、稳定运行，需要建立完善的运行安全决策系统。运行安全决策系统项目设计的目的是通过充排水、正常工况、事故工况运行模拟分析计算，提供安全、合理的运行操作方案以及在运行中可能出现事故的处理预案；建立智能的决策系统，运行中实时对输水系统安全进行跟踪评估；能快速准确判定事故类型、地点及事故等级并发出事故报警信息；当发生极端事故工况时，调取预案库中相应的事故处理预案，形成事故处理方案的操作指令，并具有自动下达指令的功能。最大程度保证供水安全，实现科学化、智能化管理。

在运行安全决策系统建设方面，大伙房输水二期工程、磨盘山水库供水工程、南水北调工程、万家寨引水工程都有相关方面的尝试。

1.1大伙房输水二期工程

大伙房供水工程拥有比较完善的自动化、信息化系统，主要包括供水监测与控制系统、供水模拟仿真培训系统、安全监测系统、智能腐蚀监测系统以及运行决策系统等。

为保证全线输水安全，各支线用户提供年用水计划，每月召开供水调度例会，确定各用户用水量。在通水前，编制事故处理应急预案，备调中心采用热备用方式，当主调发生事故时，备调中心立即启用。安全监测系统对历史采集数据进行统计和管理。管理单位现阶段采用远程控制系统对各配水站阀门进行操作，在远程集中控制调度过程中，配合现地站实时视频监控信息以防出现机械和电气故障。总调中心通过语音通话要求现场工作人员进行现地控制。通过工作过程中不断总结、摸索，积累了丰富的运行经验后，总调中心逐渐进入远程控制与现地控制联合操作阶段。

1.2磨盘山水库供水工程

磨盘山水库供水工程2003年开工建设，2006年12月供水。磨盘山供水工程为单用户供水，并且是哈尔滨市唯一水源，无其他调节水源，因此需满足日调节要求，对调节精度要求较高，调节频繁。

磨盘山供水工程自动化系统分为水库、长距离输水管线、水厂、调度中心四个部分。水库有水文监测、大坝监测、闸门控制，其中闸门控制支持远程操作。长输管线沿途设置3个管理站，管理站设置流量调节阀和超声波流量计，在调流阀后设稳压水池。另外沿线设置64个测压点，包括阀门前后压力、水位等，各测点数据通过GPRS上传至调度中心和一个管理站做数据备份。通过测点采集的数据，能够精确掌握系统运行状态，为调度提供完善的数据基础。

工程采用自动监控系统，可进行远程控制。流量调度要求4～5d调节一次，由调度中心通过语音通讯下达调节指令，现场进行操作。

在通水前，进行不同流量、不同水位组合的稳态工况水力计算、检修阀启闭过程中瞬态工况的计算，得出阀门安全操作时间的建议值、管线事故处理预案、管网风险评估以及薄弱段分析。制订详细的事故预案，包括材料准备、人员组织、抢险队伍、管件、设备等多方面内容。管理单位自建抢险队伍，在抢修过程中，抢修时间主要为充放水时间。由于磨盘山水库供水工程没有视频监控系统，管理处需有人值守。

1.3南水北调中线干线工程

南水北调工程运行调度系统在设计时属于科研项目，委托长江勘测规划设计研究院牵头进行研究，研究内容包括调水模型、水力模拟计算等多方面，从2006年开始研究立项，2010年试运行，2014年正式通水运行，目前处于磨合阶段。

南水北调的自动化系统建设包括闸站监控、安全监测、决策支持三大模块。含有视频监视、水质监测、工程防洪、三维仿真、安全决策等主要功能。其中闸站监控是建立在密布于工程沿线的水位计、流量计之上的。安全监测系统包含信息采集、查询、分析、报警等功能。南水北调已经实现远程集中控制，在北京南水北调局控制中心可以实现全部远程操作，通过控制闸门开度，来控制供水流量、水位。

在现地站设置了较多高清视频监视点，在主调中心可以直接监视分水口、闸室运行状态和周边情况。水量调度系统生成控制指令，闸站监控系统接收并执行。安全监测系统部分传感器需要为水量调度系统提供监测数据。

南水北调工程建设了完备的水质自动监测系统、移动车载实验室。水质自动监测系统与闸控系统进行联动，以防止污染物扩散。建设了三维仿真系统，涵盖了整个工程的空间地理信息数据，为其他信息化系统提供地理信息数据支持。建立了完善的预案库，编制了完整的应急和常态化调度措施。

南水北调工程十分重视数据采集、数据分析工作。采取自动采集与视频监视相结合，人工判断、校核数据准确性。对安全监测信息进行委托咨询分析，以月为单位进行月报分析，以保证数据的可靠、准确。

1.4万家寨引黄工程

万家寨引黄工程1992年开工建设，2009年完工。工程的监控系统采用分层分布式结构，由太原总调、泵站、现地组成。工程有20000多个数据采集点。其中包括66套流量计、44套水位计，以及沿线布置的500多个摄像头提供系统的水力基础数据。

引黄工程包括6座调蓄水库，调节容积大，水库水位变幅较小，且用户直接从调蓄水库取水。经过多年摸索，并判定保证调蓄水库的水位稳定便可满足调度要求，因此，引黄工程的控制采用以水位控制为主、流量控制为辅的运行模式。

引黄工程目前采用的是远程集中控制，现地监视，数据采集实现完全的自动化。主要通讯线路采用自建光缆，自建线路沿管渠、隧洞铺设，采取了完善的维护管理措施，有专职人员进行维护管理，现运行良好。

2　运行安全决策系统现状分析及总结

2.1简单易行的决策系统为运行管理创造了方便

从调度运行方面来讲，国内的主要工程都尽量采用工程措施以简化运行调度方案，满足运行需求，保证运行安全。大型引水工程需要需水用户提前做出以月为单位的供水需求，运行过程中严禁输水量频繁变化。

大伙房供水工程以配水站为运行调节核心，通过调流阀控制各支线水量。磨盘山引水工程用户只有哈尔滨市，工程一对一供水，通过两条干线的调流阀按需调节水量。南水北调中线工程用户多，调度复杂，但工程大部分是明渠供水，而且有退水措施，通过闸站的闸门开度控制整个系统的水位、流量。万家寨引黄工程利用调蓄水库，将整个工程人为地分开，用户直接从调蓄水库取水，引水泵站的运行只需根据水库水位情况确定机组运行台数。通过各个机组的启停来调节供水流量，流量分级供给调蓄水库。

2.2监测信息全面、准确是安全调度的前提

为了能够保证远程操作、安全决策的准确性，必须进行全面、准确的信息采集与监测。

磨盘山供水工程长输管线沿途设置3个管理站，上百个测点监测阀门前后压力、水位、流量等实时信息；南水北调中线工程为保证数据准确性，专门进行安全监测数据咨询工作，进行数据分析月报，数据采集频率为毫秒级(每毫秒采集4个)，并且计划沿线每500m设置一个高清摄像头对工程进行全面监视。万家寨引黄工程拥有20000多个数据采集点。其中包括66套流量计、44套水位计提供系统水力基础数据，以及沿线布置的500多个摄像头，为总调人员提供了工程运行调度所需的全面信息。

2.3理论计算与专业人员实践经验有机结合

安全决策系统建立在理论计算的基础上，在研发过程中，需要设计、管理单位及最终用户参与其中，提供具体的使用需求，以便系统使用起来能够做到方便实用、操作简单。但是，由于设备安装误差、通信中断、人为误操作、初期水力参数及设备参数率定等原因，在运行初期，还不能完全依靠系统指令进行操作，需要经验丰富的专家和运行人员对系统所提供的决策进行人工判断，确定其可行后再执行相关操作，如果与实际情况不符，就需要开发人员继续完善系统。因此，安全决策系统与实际运行对接需要长时间的经验积累和磨合。

大伙房供水工程、南水北调工程的安全决策专家系统目前正处于磨合阶段，尚未实现对接。引黄工程拟对设备进行改造以完善远程控制系统。

2.4统一调度、集中控制、分级管理

采取统一调度、集中控制、分级管理等措施，制订完备的事故响应措施及应急预案。对事故进行分级处置，分级设置相应的应急管理办法、综合预案、专项预案等。同时，每年有组织地进行抢险演习、预案演练。

2.5事故工况和极端事故工况还未接入控制系统

目前，虽然南水北调、引黄、磨盘山、大伙房输水二期等工程都做了事故工况和极端事故工况分析及处理预案，但处理预案一直没有自动接入控制系统。主要原因包括：

a.极端事故工况条件下，其安全危害不是特别严重，并允许有一定的响应时间。南水北调工程大部分为明渠，出现事故时，明渠有一定的自调节功能，明渠水位波动危害相对较小；引黄工程每一级泵站前后均有进出水池，自动消减停泵水锤，泵前阀门事故时自动关闭；磨盘山引水工程为有压重力流引水，压力低(最高静压105m)，流量小(单管最大流量5.2m3/s)，出现爆管工况时，安全危害相对较小。

b.对事故工况自动检测及分析判定没有把握，误判风险高。判定事故采用的压力、流量等数据信号，由于采用的设备质量差、性能不稳定、测量误差大等原因，造成采集的基础数据不可靠，容易出现误判。另外，在建设阶段，未考虑电脑自动判断事故，设置的基础数据测点不全，分析数据不足，使事故分析可靠性降低。这也是没有将事故判断和事故自动控制接入控制系统的主要原因之一。

c.目前，各工程投入运行时间较短，管道设施还处在初始阶段的良好服役状态，没进入老化、腐蚀损坏的运行状态，各工程没有出现危害较大的爆管工况，所以没有把极端事故工况急于纳入自动控制运行中，只是研究出预案，部分工程拟与控制接合调度。

3　建　议

安全决策系统是未来保证供水安全，实现科学化、智能化管理的关键环节。结合国内安全决策系统运行的实际情况，提出以下几点建议：

a.安全决策系统必须不断与运行实际相结合，不可能在初期就形成满足全部调度工况的完善系统，软件需要在工程运行期间根据实际运行情况进行优化与完善。

b.由于输(供)水工程线路长，制造承包商、安装承包商众多，可能会带来相应制造、安装误差，影响设备运行。部分设备工作环境潮湿、恶劣，运行一定时间后可能会导致设备误差增加、意外故障等情况，影响采集参数的准确性。建议流量、压力、液位传感器采用较成熟、可靠、先进的设备。

c.由于管道沿线人文条件复杂，空气阀、排水阀有可能被人为恶意破坏，从而引发系统误报警、误操作。建议加强运行期间的巡视与监测。

[1]关志诚,陈雷.引调水工程建设与应用技术[J].中国水利,2010(20)：32-35.

[2]杨刚.事故应急决策系统在北疆供水工程水库中的应用[J].水利建设与管理,2013(7):71-73.

[3]张金承.长距离大落差重力流管道输水技术[J].水利建设与管理,2011(4)：13-15.

Application of operation safe decision-making system in large water supply project

MA Chuanbo

(LiaoningWaterResourcesandHydropowerSurveyandDesignInstitute,Shenyang110003,China)

In the paper, actual operation condition of operation safety decision-making system in domestic construction projects is combined for summarizing experience in operation, analyzing several problems that should be noted in system construction, and proposing optimization suggestion. The suggestions can be regarded as reference by related design, research development and operation management personnel.

operation safety decision-making system; water conveyance project; application

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.09.019

TV67

B

1005-4774(2016)09- 0075- 04