关于大坝集群统一安全管理的 研究与应用

徐金英，胡明庭，潘利坦

（1.华电电力科学研究院有限公司，杭州市 310030；2.中国电建集团华东 勘测设计研究院有限公司，杭州市 311122）

1 研究背景

水电站大坝安全直接关系到社会公共安全与人民生命财产安全，得到了政府和水电站业主的高度重视［1］，随着西部大开发和“西电东送”工程的大力开展，突破现行规范适用的高坝大库越来越多，这些工程一旦发生破坏，后果难以估计，因此，对大坝及坝基进行安全监控研究具有重大的意义［2］。基于此，为了有效提高大坝安全管理水平，原国家电力监管委员会于2006年发布了《水电站大坝运行安全信息报送办法》和《水电站大坝运行安全信息化建设规划》［3］。自上述两文件发布以来，各发电企业积极推动大坝安全监控工作的研究与应用，已开始或正在考虑对水电站实行集中（控制）管理［4］。

目前已实现了流域水电站大坝安全管理的有雅砻江流域［5］、大渡河梯级［6］、清江流域梯级［7］等，常用的大坝安全管理系统为C/S（Client/Service）软件和B/S（Browser/Service）系统相结合的架构，C/S软件主要为大坝运维管理人员使用，服务于大坝现场日常工作的技术工具；B/S系统主要为大坝主管单位人员使用，服务于大坝管理工作的考核管理工具。国内外学者、专家在此基础上对此进行了大量的实践研究，所取得成绩不菲，但仍然存在一些不足：一方面，C/S软件偏重于数据记录，轻视了数据质量治理，即大坝现场的C/S软件只注重数据的记录和存储，对于数据质量情况的判断缺乏；另一方面，现有B/S系统的构建仅服务于一个流域或一个电厂，尚没有对整个集团统一管理的大坝集群系统，况且现有B/S系统的功能不够完善，管理覆盖不够全面等。

为了解决上述问题，本文以中国华电集团有限公司（以下简称“华电集团”）构建的基于集团统一管理模式下的大坝集群安全管理系统为例，就如何开展大坝安全监控管理进行研究，构建C/S软件和B/S系统构建模式，其中C/S管理软件能够汇集水情、地震、水质、大坝监测、人工EXCEL表格等各类大坝相关数据文件，且具备数据查询、传输、存储、预警报警、质量治理、资料整编（文本、图、表等格式）、应用统计等功能；B/S监控系统涵盖大坝安全监测、巡视检查、技术监督、定检注册、统计评价、运行日报等各项大坝相关管理工作。通过构建服务于电厂侧的C/S管理软件和服务于管理侧（集团公司、区域公司）的B/S管理系统，实现了全集团大坝安全监控数据共享和管理全覆盖，提升了全集团的大坝安全管理水平和工作效率，为集团下一步建设数字水电大坝建设提供数据支撑和技术支撑。

2 研究背景及需求分析

目前，华电集团水电装机已超过2500万kW，所属电站大坝113座，涵括混凝土坝、土石坝众多坝型，坝高从几米到233m不等，其中50m以上的高坝有46座，100m以上的高坝有25座。如何对集团所有大坝集群进行统一管理，整体把控大坝集群运行状况和整体提升全集团大坝管理水平，是华电集团一直以来研究和探讨的关键问题。

早在2010年左右，华电集团就建立了集团大坝安全管理信息系统，开启了集团所属大坝集群统一管理的探索，该信息系统经过一段时间的运行和维护，虽经历多次升级改造，但依然存在如下问题：较多电厂缺少变形量、环境量、内观量、渗流量等重要监测项目，缺少对监测数据的分析评判和监控预警，且系统运行不稳定、主备数据库不同步导致数据缺失现象严重等，对提升集团整体大坝安全管理水平意义不足。

3 系统结构

2016年初，华电集团委托华电电科院、南自和华东院着手构建新的服务于集团三级（集团级、区域级、电厂级）管理体系的大坝安全管理系统，2017年11月，系统开发完毕并进入上线试运行。根据系统功能要求，系统架构主要分为数据采集的数据层、数据管理的应用层以及面向用户的展示层，具体分层情况见图1，系统技术架构及网络拓扑见图2。

图1 系统分层示意图 Figure 1 Schematic diagram of system stratified

4 系统功能及应用情况说明

4.1 系统功能

系统功能根据其特点主要分为基础功能、一般应用功能及高级应用功能三个层面。

图2 系统技术架构及网络拓扑图Figure 2 Technology framework and network topology of system

4.1.1 基础功能

主要体现在系统运行维护管理、安全防护、数据库管理、系统升级、数据的一般查询及展示等系统基础、通用功能。

4.1.2 一般应用功能

包括监测测点定义和配置、信息录入、数据计算审核、数据专业展示等实现大坝运行及管理等简单的应用功能。

基本设置：主要包括大坝初始化、设置各类默认值、定义测点属性、增加测点和布置图、定义导航方式、设置计算公式、设置监控指标、设置巡视检查路线等功能。

信息录入：主要包括人工监测数据录入、EXCEL文件的配置和数据导入、特殊文件格式的数据导入、相关自动化系统的数据自动转入、巡视检查内容录入等功能。

数据计算：主要包括各类公式的编辑、联动触发计算、定时重新计算和变形测量计算等功能。

数据审核：主要是对各类监测数据监控、对录入数据的准确性校核、对数据异常的确认和处理、按公司规定格式的数据和图表进行审核等功能。

信息查询与统计：主要包括数据、图表、信息的各类查询功能，由于涉及不同的用户、不同的方式、不同的需求，查询的功能是最常用的功能。

信息传输：主要包括邮件、FTP、WEB service等技术完成异网中的传输和接收服务，完成取数、加密、传送、接收、解密、入库等传输的全过程。

4.1.3 高级应用功能

包括安全监控、资料整编、计算模型及考核评价等技术要求高、难度大的高级功能。

安全监控：通过创建单、多测点的大坝安全监测数学模型，通过实测数据速度和加速度变化趋势、模型时效分量速度和加速度变化趋势，评价监测数据的异常，结合大坝现场的观测资料和历史运行情况，调用相关算法模型进行分析和评判，完成安全监控，给出大坝运行状态的预警、报警结论。

资料整编：主要包括资料整编规范中规定的格式以及用户自定义格式的各类数据报表、过程线、分布图、相关图、浸润线图、等值线图、测斜数据图等图表的生成、组合、文件输出、打印等功能，以完成规范规定的年度监测资料整编工作，并向各主管部门提交各类规定的报表。

计算模型：主要包括以环境量为因子的各类统计模型的计算和分析功能，将计算得到的统计模型用于监控监测数据的功能。

考核评价：为评价各电站监测数据采集、审核、自动化系统运行以及巡检工作情况，设定一系列使用指标，并开展相关的管理与应用数据统计。通过定期通报、横向对比，提升各电站的运行管理水平。

4.2 应用情况说明

本部分基于华电集团统一管理下的大坝安全管控管理模式，截至2019年3月底，集团大坝安全管理系统共接入7个区域公司共计52个水电站大坝，完成大型工程大坝管理100%，统一管理率65%。在此基础上，详细介绍电厂侧大坝安全管理C/S软件和集团侧大坝安全管理B/S系统的部分应用情况。

4.2.1 C/S软件实施情况

电厂侧C/S软件主要提供数据查询、数据录入、数据检查、资料整编、系统设置等功能， 其中，数据查询提供大坝监测自动化和人工监测数据；数据检查包括设备检查、MCU采集异常处理、测值人工审核等；资料整编包括文档数据报表模板、监测图表模板、整编成果汇集等；系统设置包括仪器库创建、测点评判指标设置、测点管理、大坝监测布置图管理、测点计算公式编辑、巡视检查路线设置等。

4.2.2 B/S系统实施情况

大坝管理系统包括大坝概况、安全监测、巡视检查、监督管理、统计评价、注册定检、标准管理及技术交流等模块。其中，大坝安全监测模块是系统的重点内容，模块分为集团、区域及电站三级展示，各级界面对大坝安全监测数据的完整率、消缺率及超标预警、报警率进行统计展示。进入电站级界面可以对测点进行展示和分析，可以查看时间过程曲线，也可以对测点间的过程线及与环境量过程线进行对比分析和相关性分析。大坝统计评价模块分别对大坝安全监测及运行管理等工作进行统计和对比分析。大坝注册定检模块分别对大坝注册及定检管理工作进行统计和信息展示。系统首页见图3，安全监测模块见图4。

图3 系统首页 Figure 3 Homepage of the system

图4 安全监测模块 Figure 4 Dam safety monitoring module

5 结论及展望

基于统一管理模式而开发的B/S大坝安全监控管理系统和C/S软件已在华电集团得到应用，系统和软件运行稳定，反响良好。软件接口具有良好的扩展性，有力地将水情、地震、水质、大坝监测自动化系统、人工监测信息表格等各类大坝相关数据源汇集一体。系统功能全面，涵盖大坝安全监测、巡视检查、技术监督、定检注册、统计评价等内容。丰富和扩展了常规大坝安全管理软件和系统的应用功能和应用范围，实现了集团大坝集群统一监控的管理模式。大坝系统和软件的同时使用，起到了对全集团大坝安全管理工作技术和管理的双向提升，为电厂工作人员和大坝主管人员带来了极大的工作便利，大大降低了现场人员的工作量和工作难度，有效提升了工作效率，为实现全集团大坝安全统一管理提供了良好的技术支撑和管理手段。

本文提出了集团统一监管大坝群安全运行的管理模式，并构建了基于集团统一管理下的大坝安全管理系统，给出了初步的研究经验和结论，但是如何开发出更加完备的、应用功能更广的用于统一管理大坝群的安全管理系统，仍需要进一步的研究和探索。