太平湾电站水情自动测报系统改造

摘要：太平湾电站位于鸭绿江下游，本文主要对太平湾电站水情自动测报系统的改造进行分析研究，总结出有效的改造措施，从而减轻洪水灾害，提高水库的运行效益。

关键词：太平湾电站；自动测报系统；水位计选择

中图分类号： TV736 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.20.022

1 流域概况

太平湾电站位于鸭绿江下游，上游有水丰、渭源与云峰电站，其中太平湾与云峰由中国管理与运行，其余由朝鲜管理与运行。太平湾电站控制流域面积为53576平方公里，距上游水丰电站29.6千米，区间流域面积为664平方公里，两个坝址之间洪水传播时间不足1小时。由于朝鲜管理的水丰电站水情测报手段落后，加之国际河流水情信息传输不畅，洪水传播时间又短，使下游太平湾电站的洪水调度十分被动，并因此造成过很大损失，因此，在太平湾电站防汛与洪水调度过程中，不仅要掌握水丰与太平湾区间来水情况，更重要的是要掌握水丰水库的来水，以延长洪水预报期，为防汛与洪水调度赢得时间，掌握更大的主动权。

2 太平湾系统概况

2.1系统的组成

太平湾电站自1985年建成投入运行以来，为电网输送了巨额电力，为国民经济发展作出了巨大的贡献，但由于自身及上游水丰电站的水情测报水平比较落后，在1995年鸭绿江流域的特大洪水中，不仅冲毁了下游大面积的田园、耕地，也冲垮了太平湾电站下游的防护堤，使太平湾电站遭受了一定的损失。为了减小洪水所造成的损失，建立先进的水情自动测报系统已是势在必行。

太平湾电站水情自动测报系统于1997年开始建设，1998年建成并投入运行，其洪水预报区间为干流渭源电站坝址以下、浑江沙尖子（浑江出口控制水文站）以下流域，面积7161平方公里。由于受国际河流影响，不能在朝鲜一侧设置遥测站，因此，所有遥测站只能布置在中国一侧，控制面积为2780平方千米，约占区间总面积的1/3。系统设中心站一个（太平湾），中继站5个（大西山、渡口、古马岭、娘娘顶、坦苏岭），遥测站11个，其中雨量站4个：大路、川沟、红石砬子和河口，水位站2个：太平湾坝上、水丰坝上，水位兼雨量站5个：渭源坝下、水丰坝下、太平湾坝下、沙尖子、荒沟。系统接收软件及洪水预报软件各一套。

2.2系统存在的缺陷

2.2.1 通信方式的局限性 超短波通信方式（VHF）虽然具有功耗低、投资少等优点。但超短波通信属地面视距传播，有一定的绕射能力，由于受对流层大气、地形、地物和传输距离等因素的制约，当遥测站距中心站较远，且地形复杂，又多高山阻挡时，就必须增加中继站的数目，这样就增加了数据传输的中转次数。太平湾电站水情测报系统距中心站较远的遥测站（如渭源）的数据只能通过中继站逐级转发，向中心站传送，形成一个最多达四级中继的通信网络系统，这样只要某一级中继出现故障，其所负责中转的各遥测站信号将被中断，降低了系统的可用度和畅通率，给整个系统数据的传输和维护带来困难。

2.2.2 受自然因素影响大 自然因素包括气象条件、野外设备老化因素等。至2002年系统已经运行5年的时间，多数设备由于长期处于风吹雨淋的露天环境，元器件出现了不同程度的老化和损坏，个别中继站遭雷击使蓄电池、电台损坏。

2.2.3 部分设备运行可靠性差 系统使用的压力式水位计存在零漂问题，影响数据采集精度等。系统设备的老化及损坏，使数据接收率逐步下降，系统故障率不断提高，这样也加大了管理人员的维护量。

3 系统的技术改造和完善

3.1通信组网的选择

通信网的合理设计是保证水情数据可靠传递的重要环节。通信网设计应满足迅速、准确、可靠地传输数据，通信方式的选择应切合实际、技术先进、经济合理。随着通信技术的迅速发展，公用网覆盖范围越来越广，有更多的通信手段和组网方式可供选择。其中GSM移动通信（短信息服务）方式和卫星通信方式被越来越多的用户所采用。

3.1.1 GSM通信 GSM网也是目前国内覆盖范围最好的无线通信网，依托于该通信网无需专门架设费用昂贵的通信平台。缺点是信号存在盲区，尚未覆盖所有地区。

GSM短消息（SMS）是GSM数据业务的一种，工作在点对点通信状态的异步通信方式下，不需建立端到端通道。每条短信息可传160或140个字节，GSM短信收费标准是0.1元/条，收费低廉。因此，可以利用GSM短消息接口进行水情数据传输和定时采集，可以避免建设昂贵的无线通讯网络。

3.1.2 卫星通信 卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波实现异地通信的。具有通信距离远，覆盖面大，以广播方式工作，便于实现多址联接；通信频带宽，传输容量大，适用于多种业务；不受地理条件限制，组网灵活；信道稳定，畅通率、可靠性高等優点。缺点是通信费用较高。

3.2水位计选择

为了解决压力式水位计运行稳定性差的问题，以便及时、准确地掌握水位变化情况，需对水丰上游遥测站的水位计进行改造。通过多方了解、调研与咨询，决定用WL-03T型精密气泡式水位计，更换稳定性差的压力式水位计，数据传输方式采用GSM通信方式。

3.2.1 WL-03T型精密气泡式水位计的特点 WL-03T型精密气泡式水位计是一种新型的专门为大水位变幅水域制造的精密水位监测系统，其测量精度高、性能稳定可靠，与目前应用的各种水位计相比，有如下的突出特点：

一是精确度高，采用了独特滤波技术，可消除水面波浪及大涌引起的测量误差。传感器精度为±0.03%，测量误差保证全量程为±2毫米以内。

二是系统不需建竖井，可节省大量的土建费用。只需在水中固定一个倒置的测量杯，并用输气管将其与测量系统连接即可实现水位的自动测量。endprint

三是采用氮气瓶作为气源，连续不间断地供气，因此不会产生水倒流进入管内而造成冬季结冰或泥沙等阻塞的情况，同时由于所供氮气中不含氧气，因此在水下的测量杯口处不会滋生水生物而影响气泡逸出。

四是系统不受季节和地区的影响，在北方冬季结冰期仍可正常工作。

3.2.2 WL-03T型精密气泡式水位计工作原理 水位计的主体工作部分安装在岸上的小房里，倒置測量杯放在水中，杯与仪器主体用厚壁聚乙烯管连接，以通氮气。

由氮气瓶通过测量系统向倒置杯中定量（5毫升/分钟）并连续不断地注入氮气，杯口处氮气的压强与该处水的压强相等，氮气以小气泡的形式不间断的逸出，整个气路形成一种动态平衡。仪器内部装有一个独特的机械滤波器，用以有效地消除水面波浪和大涌的影响，从而得出准确的水位。温度、泥沙、重力加速度等引起的各种误差都事先给予补偿修正，从而减小测量误差。

3.3系统改造的内容

2002年～2004年期间，经过现场测试、设备更新、安装调试，在保持原有系统功能的前提下，改造系统各测站的通信设备和稳定性差的水位计，主要进行如下改造：一是对8个遥测站，沙尖子、大路、红石砬子、水丰上游、水丰下游、太平湾上游、太平湾下游、河口等的遥测站进行GSM通信方式的改造。二是对川沟、渭源遥测站改造成卫星通信方式。三是根据洪水预报的需要增添太平哨雨量遥测站，属于GSM通信方式。四是改造水丰上游测站，主要是水位计的改造，要求量程在50米（水位在80.00至130.00）范围内，运行环境温度在零下30度。五是对中心站的接收软件进行改造，要求具有同时能接收并处理GSM与卫星通信方式遥测站数据的功能，同时将数据传送到水库调度数据库。六是拆除5个中继站，即娘娘顶、古马岭、大西山、渡口和坦苏岭。

4 改造后系统的技术特点

结合系统实际情况，较多地利用了原有设备，避免了浪费，降低改造成本；采用GSM通信—卫星通信混合系统，运行稳定、维护方便、故障率低；将新型水位计纳入测报系统。首次将新型的精密气泡式水位计纳入到水情自动测报系统，解决了系统与设备兼容问题，不仅提高了设备运行的稳定性，而且提高了水位测量精度。

改造后设备运行正常，能够准确采集水雨情信息，并及时传递，数据传输可靠，中心站能够及时准确地接收和处理各遥测站所发送的水文数据，提高了系统的可用度和畅通率。

5 结语

水情自动测报系统的改造与完善，解决了原系统水情数据传递时间长、运行稳定性差、维护量大的缺点。改造后系统运行稳定，能够准确采集水雨情信息，并及时传递，保证了洪水预报的准确性和及时性，为保证大坝和下游人民生命财产的安全，减轻洪水灾害的损失，为水库的运行效益提供了保证。

作者简介：王思超，本科学历，中级工程师，研究方向：水库调度。endprint