巴基斯坦卡洛特水情遥测站网通畅率提升方法探索

(长江水利委员会水文局荆江水文水资源勘测局，湖北 荆州 434000)

为满足水电开发施工期流域水雨情、工程防汛调度、运营期流域水雨情及水库调度等信息收集需求[1]，有必要建设一定规模的水情遥测站网以收集水文气象资料。我国的水文遥测设备发展十分迅速，但国外电站规划所在地一般都处于经济欠发达地区，多为山地或丘陵地带[2]，如何在国外运用遥测站收集水文气象资料面临挑战。本文以巴基斯坦卡洛特(Karot)水电站水情遥测站网为例，着重分析水情遥测站网维护，以提高数据通畅率。

水情遥测站应用自动传感、卫星移动通信、计算机网络，完成流域内雨量、水位、流量等信息的实时收集、处理和预报，为防洪度汛和发电调度提供基础数据支撑，以满足对水电站施工期的水情预报需要[3]。

1 站网概况

卡洛特水电站是巴基斯坦境内吉拉姆河(Jhelum)规划的5 个梯级电站中的第四级，坝址处控制流域面积26 700 km2，多年平均流量819 m3/s，多年平均年径流量258.3亿m3。该流域为山区性河流，河水陡涨陡落较多。

卡洛特坝址以上流域有19个雨量站，5个水位站，另吉拉姆河流域内有10个水文站(兼测报雨量)，累计共34个雨量站。平均雨量站网密度约为450 km2/站，该站网采用北斗卫星传输方式。

建成之初，水情遥测站网数据卫星通畅率为53%，经过维护与故障诊断，采取有力措施，测站通畅率提高到 95.9%以上。

2 影响站网通畅率的因素

在卡洛特水电站坝址以上流域建立水情遥测站网，站网中卫星通畅率是重要指标之一，经过分析发现，影响通畅率的因素有以下几点。

(1)数据接收的中心站。中心站是水情遥测站网的神经中枢，通过该站能够掌握整个流域站点的时间、水位、雨量、电压等参数，基于此可判断遥测站是否正常。中心站包含网络中心、数据库与北斗系统，在保证网络畅通的情况下，北斗卫星指挥机的正常运行起决定作用。

(2)北斗卫星系统。北斗卫星投入民用开始广泛使用，是保证通畅率的关键设备。但由于海拔、天气、国外经纬度等影响，要达到国内标准要求十分困难。

(3)YAC9900是集数据存储与转发为一体的设备。通过存储采集数据并给北斗卫星发送指令进行数据传输，其遥测终端控制系统(RTU)属于整个遥测站的中枢系统，在维护过程中产生故障的概率较大。

(4)遥测站的电源系统包含蓄电池与太阳能板，在维护过程中太阳能板出现问题较少，蓄电池寿命受充放电倍率与充放电循环次数的影响。电源系统是遥测站的动力系统，对遥测系统正确率与通畅率影响重大，一旦损坏必须及时修复。

图1为雨量站示意图，遥测系统由YAC9900、蓄电池、北斗卫星、雨量计等设备构成，能够在24 h按时发送遥测数据。图2为水情系统传输流程，雨量计数据由YAC9900采集并存储，经由北斗卫星传送到中心站接收，经过数据处理存入机房数据库，并能够与前后方交换数据。

地震解释者应该决定哪个模型最具地质合理性。Grad等（2003）也提供了一个模拟主观性的很好例子，其中使用不同的模拟软件（SEIS83与RAYINVR）得出了截然不同的地壳模型。

图1 遥测雨量站示意

图2 水情系统传输流程

3 提高通畅率的维护措施

3.1 站网维护难点

与国内遥测站网相比，卡洛特水情遥测站网中有6个在印巴边界线，道路对岸是印控部分。其中4个站处于巴印经常发生冲突的边界线上，维护面临以下困难。

(1) 在突发测站数据接收不到的情况下，需要进行及时维护。因出发需要提前审批比较费时，遥测站无法在12 h或24 h内恢复正常。

(2)遥测站维护常见故障具体如下：①电源,太阳能板损坏，充电控制器、电源板故障，接线接触不良;②RTU,不记录数据，SD卡损坏，控制部分不工作;③传感,雨量传感器故障，水位传感器故障;④水位气路,漏气，外钢管被水冲断，水下探头故障;⑤数据传输,北斗卫星收发信机故障，天线头故障，传输线断裂，卫星卡损坏;⑥中心站,北斗卫星接收机死机，天线故障干扰接收软件死机，工作站故障;⑦高温考验，巴基斯坦温度较高，最高温度可达53℃，高温可造成恰得卡拉斯(ChattarKallas)站设备变形、北斗卫星卡接触不良、设备寿命降低。RTU故障相对较多，数据传输部分次之。

(3)图3为印巴交界处遥测站点位置图，其中，红色线条即为行驶路线，也是印巴国界线。新雨量站4，5，6和多迈尔(Dhudnial)水位站在印巴交界地点，出于安全考虑，巴军方不允许中方工作人员进入。

图3 印巴交界遥测站

3.2 提高通畅率方法

2016年4月，6号站、穆里(Murree)站、2号站及1号站等几个高海拔站在几天内相继发生数据接收不到的情况。经过检查发现，2号站为积雪影响充电，1号站、穆里站为卫星卡接触不良，更换电池后故障排除。

因RTU电源板烧坏，电源线烧断，6号站更换一整套全新设备后处于半恢复工作状态。更换过程中，因当地没有民用手机信号无法通讯，前方巴籍人员不能及时与营地工程师联系沟通，加之对巴方工作人员培训不足，不能判断设备故障情况。而且，中方工程师不能到现场测试，无法判断故障情况，也无法与设备生产厂软件工程师及专家级工程师联系。2017年8月，营地中方工程师加强了对巴方员工的培训，讲解并演示维护流程，大大提高了巴方员工现场判断设备故障部位的水平。

表1 2017年8月各遥测站故障处理次数统计

2017年8月各遥测站设备故障处理情况见表2，可以看出，部分测站气管探头未达到最低水位，需要经常往水下移动。其他主要是YAC9900的RTU发生故障，所有问题都得以顺利解决。其中6号站是遗留问题，该站建设完成后一直运行正常，在一次线路短路后由巴方工程师更换设备，出现白天北斗发射数据正常，晚上发送数据不成功的情况。经过中方工作人员分析故障原因，先后更换了电池、YAC9900、北斗卫星等，但是故障一直未能解决。后又对巴方员工进行培训，排除故障方法，最后顺利解决故障。

表2 2017年8月各遥测站设备故障处理情况

恰得卡拉斯(ChattarKallas)站为卡洛特重点水情站，该站有北斗卫星与海事卫星两种传输方式，对应两套压力式水位计，确保汛期得到完整数据，通畅率达到95%以上。

4 后期遥测站网通畅率保证措施

运行初期，系统数据通畅率很不稳定，最终通过软件已解决修改升级；对于北斗卫星收发信机和天线的问题，数据中心站北斗接收机已更换为指挥机。通过移动接收天线位置并固定，解决了其对卫星接收数据的影响。

在主汛期，水情维护人员每天定时查看中心站数据到报率，监视前一时段所有测站数据情况，查看各测站电压，各站水位是否正常合理。在枯水期，查看各站水位与探头高程比较，及时迁移探头。对灰尘较多的雨量站定期清洗雨量传感器，并进行注水试验。每年对遥测站巡查两次以上，并校测水位。在工作中随时培训巴籍员工，以提高其技术水平。

水情自动测报系统是卡洛特水电站施工期水情预报和工程度汛的基础信息来源，系统的可靠正常运行关系到洪水预报的准确性和及时性，是发挥系统最大效益的重要基础。因此，保证较高的通畅率尤显重要。采取以下措施保证通畅率。

(1)通过中心站设备、数据库、网络等维护管理工作，提高接收通道通畅性。

(2)监视全系统的运行状况，根据中心站接收到的遥测站实时信息进行监控与分析，发现系统出现故障时应及时采取措施排除，并做好记录，必要时到达现场处理。

(3)通过对遥测站进行日常维护、检修，保证各遥测站的设备安全与正常运行；对运行维护中出现的技术问题提出解决方案；建立维修技术档案，对遥测站的检修或设备的维修处理过程中的各种信息资料做好详细记录。

(4)规范备品备件、检修工具等的使用、更换与管理。

(5)每年汛前、汛后各进行一次巡检，巡检结束后进行总结。

(6)规范系统运行管理技术人员进行有针对性的技术培训和考核。

5 结 语

由于卡洛特水情遥测站网受地理位置、交通、宗教等特殊因素影响，其运行与维护与国内站网相差较大。提高遥测站网通畅率对水电建设的施工安全十分重要。经过前期建设，通过故障分析后采取有效维护措施，使北斗卫星报汛通畅率到达95.9%。卡洛特水情遥测站网的成功建设和正常维护运行，为境外水情遥测站网建设提供了借鉴范例， 更为卡洛特水电站安全度汛提供了水情保障。