南水北调中线工程天津干线信息自动化运行维护实践

孙建平，苑金勇，付江伟

（南水北调中线干线工程建设管理局天津分局，天津300000）

1 引言

南水北调中线干线工程建设管理局（以下简称中线建管局）的自动化调度系统以调水业务为核心，以自动控制为重点，运用先进技术，建设服务于闸站监控、水调业务处理、水质监测、工程安全监测、工程运行管理等业务的信息化作业平台和调度会商决策系统，实现调水过程自动化和运行管理信息化，实现科学调度、高效管理、保障全线调水安全。

自动化调度系统是工程调度运行管理的神经系统，对工程的科学调度、可靠监控、高效运行、安全管理起着至关重要的作用。合理、高效、科学的资源配置和运维维护管理机制是决定各系统能否发挥最佳功效的重要因素。南水北调中线建管局天津分局（以下简称天津分局）利用天津干线工程特点，建设了一整套满足生产需求的自动化调度系统并投入运行。

2 天津分局所辖工程概况

南水北调中线干线工程全长1 432 km，天津分局管辖工程包括中线总干渠岗头隧洞出口至釜山隧洞进口明渠段和天津干线工程，其中，明渠段长度13.5 km，建筑物27座，主要建筑物为西黑山节制闸、刘庄分水口，其余为左排、渡槽和桥梁等。天津干线全长155.2 km，采用无压接有压全自流输水形式。工程主要由地下埋涵构成，其中，调节池以上为无压输水段，长10.7 km；调节池以下为有压输水段，长144.6 km，主要建筑物有西黑山进口闸、文村北调节池、8座保水堰、9座分水口、3座检修闸、王庆坨连接井、子牙河分流井、出口闸、倒虹吸及59个通气孔。

天津分局管辖5个管理处，分别为西黑山管理处、徐水管理处、容雄管理处、霸州管理处及天津管理处。

3 天津分局自动化调度系统简介

南水北调中线干线工程不仅具有线路长、覆盖范围大、地域分布广、用户多等问题的特点，还具有自动化控制要求高、实时性强、系统庞杂、管理复杂等特点，因此，必须采用先进信息采集技术、信息处理技术，自动化控制技术、计算机网络技术、通信技术和现代化的运营、维护、管理技术与理念，建设一套完善的、先进的南水北调中线干线自动化调度系统对中线干线工程进行运营、维护和管理，从而保证全线调水安全。

天津分局信息自动化调度设有分局机关和5个现地管理处，管理19个现地站、1个节制闸、1个进口闸共计21处信息自动化机房。

自动化调度系统涉及天津分局所有现地站，在自建MSTP光传送系统（华为OptiX OSN7500/10 G）的基础上，通过IP网络实现了安全监测、闸控、视频监控、门禁、动环、视频会议、消防联网、安防、调度会商、应急管理等多个应用系统的集成。程控交换系统则直接利用光传送系统进行模拟和数字信号的传送（见图 1）。

图1 自动化调度系统组成

4 运行维护管理现状

4.1 运行维护工作模式

2014年，信息自动化各系统陆续建设完成并投入南水北调中线工程运行，但运行维护工作并没有引进新的维护单位，而是由建设期的施工单位负责维护，俗称“过渡期”维护模式。

2017年，南水北调中线建管局通过统一招标采购引进了新的维护单位，开启运行维护管理新模式。天津分局按照中线建管局“统一部署、分级管理”的要求，建立了分局、管理处、维护单位三级管理机制，在中线建管局领导下，由分局进行统一部署，管理处专业管理人员进行运行维护工作的现场管理，维护单位进行运行维护工作的实施，从而形成了“管养分离”的维护模式。

4.2 自动化调度系统运行现状

4.2.1 通信系统运行现状

在传输系统进行扩容和调整后，目前天津分局通信传输系统采用环网结构（西黑山节制闸和刘庄分水口纳入河北环网），包括1个骨干环和5个区域环，环与环之间采用相切环或相交环的方式不仅能满足后期分段调整原则，又能实现双节点保护，提高网络的安全可靠性，而且骨干环和区域环都采用的是两纤双向复用段共享保护环，具有容量大、保护性好等优点。设备选型上采用了MSTP光传送设备（骨干环采用华为OptiX OSN7500/10 G、区域环采用华为 OptiX OSN2500/2.5 G）。

天津干线通信系统骨干环5由五个管理处、天津分局、子牙河北分流井组成；区域环1由西黑山管理处、文村北调节池、郎五庄南分水口、徐水管理处组成；区域环2由徐水管理处、北城南分水口、兰沟河西4号保水堰、容雄管理处组成；区域环3由霸州管理处、王铺头分水口、口头分水口、容雄管理处组成；区域环4由霸州管理处、牤牛河东6号保水堰、信安分水口、堂二里北8号保水堰、子牙河北分流井、天津管理处、王庆坨水库连接井、得胜口分水口、西辛庄分水口组成；区域环5由霸州管理处、西辛庄分水口、得胜口分水口、天津管理处、堂二里北8号保水堰、牤牛河东6号保水堰组成。

4.2.2 通信光缆及通信管道运行现状

天津干线通信光缆主要覆盖箱涵两侧以及由渠道至各级管理机构，左、右岸光缆全长约350 km（左右岸各约175 km），全段左右岸光缆井共306个明井，暗井共241个。考虑传输组网需求和其他监控系统对光纤的需求，采用G.652单模光纤光缆组建光缆网。天津干线骨干光缆及引接光缆容量均为24芯，在干渠上游侧（左侧）敷设1条光缆，在干渠下游侧（右侧）敷设1条光缆。在干渠至各级管理机构之间以双路由方式敷设引接光缆。光缆中按照松套管区分干线纤芯及区段纤芯（干线纤芯6芯、区段及其他纤芯18芯），干线光缆纤芯主要用于组建中线建管局、分局、管理处区域中心等通信站点间的传输骨干环，区段光缆纤芯主要用于组建管理处、现地站等通信站点间的传输区域环。

天津干线通信光缆采用在输水箱涵两侧正上方各敷设24芯主干光缆，通信管道采用2孔硅芯管管道（见图2），同时利用光缆监测系统对其运行状况进行实时监测。工程从建成到使用至今，由于各种原因对光缆进行了多次修复，导致光缆物理性能下降明显；硅芯管管道从建成到现在，由于各种原因导致部分管道已经沉陷断裂，面临无法修复的现状，天津分局也计划于近期开展所有管道的试通排查，制定整治方案，确保管道安全可用。

图2 天津干线管道布置示意图

4.2.3 计算机网络系统运行现状

计算机网络系统分为控制专网、业务内网、业务外网三张网络（见图3），每张网络承载不同业务系统，具有不同的网络结构及安全防护级别。

控制专网承载闸站远程监控系统，闸站远程监控系统是南水北调中线干线工程核心自动化调度系统，负责各现地站设置各类数据的采集，并对闸站远程控制；业务内网主要承载工程防洪、安全监测、水质监测信息、工程管理、视频监控等辅助型生产信息系统，以及综合办公、财务、视频会议等办公类信息系统；业务外网主要负责互联网访问及应用系统的对外应用发布。

图3 “三网”关系图

4.2.4 闸控系统运行现状

闸站监控系统属于南水北调中线干线工程自动化调度系统与运行管理决策支持系统的一个重要组成部分，可以实现调度指令远程自动控制，统一下发。天津干线采用暗渠输水方式，控制设备分为液压闸、卷扬闸、螺杆闸、阀门4种类型，测量仪表分为流量计、水位计、开度仪等。

4.2.5 安全监测系统的运行现状

安全监测系统上线运行以来，通过对内管检测仪器的实时监测，提供在线和离线综合分析，并能生成监测报表，对工程安全进行有效监测，天津分局辖区内主要建筑物共有331座，安全监测内观监测仪器2375支、外观测点1192个、测压管95个。另外天津分局辖区共设有53个监测站，其中西黑山管理处有5个安全监测站，徐水管理处有12个安全监测站，容雄管理处有11个安全监测站，霸州管理处有14个安全监测站，天津管理处有11个安全监测站。天津分局工程安全监测仪器数量统计如表1所列。

表1 天津分局工程安全监测仪器数量统计

天津分局安全监测范围包括：明渠段（东黑山沟排水涵洞、南釜山西沟排水涵洞、曲水沟排水涵洞、西釜山北沟排水涵洞、西釜山西沟公路涵洞、西釜山西沟排水涵洞、西黑山沟排水涵洞、西黑山节制闸、刘庄桥、刘庄沟排水渡槽、枣园沟排水涵洞、沙套沟排水涵洞、白莲峪桥、白莲峪沟排水倒虹吸），西黑山进口闸枢纽（含排冰闸），西黑山左岸排水涵洞，东黑山陡坡，文村北调节池，刘庄分水口，Rt31通气孔上浮箱涵，王庆坨连接井，子牙河北分流井，外环河出口闸，检修闸3座，保水堰井8座，分水口及通气孔附近箱涵19座，倒虹吸10座，铁路涵4座，公路涵5座，穿越土坑段箱涵2座。

安全监测系统运行以来，内观维护单位按照企业标准和合同文件对安全监测站进行巡检，外观维护单位对观测点按照企业标准和合同文件进行巡检，咨询单位每月定时向分局提供安全监测月度分析报告，天津分局对分析报告进行审核，形成了“四位一体”的运行维护新模式。

4.2.6 视频监控系统运行现状

视频监控系统依托业务内网系统，把现地站各监控点进行实时监控和存储，从而实现视频图像的观看、控制，录像回放及将图像解码到电视墙进行观看。视频监控系统是分级管理，现地站、管理处和分局的权限不同，原有存储架构是集中存储、时时传输，所有前端摄像机的数据实时存储到管理处的磁盘阵列上，这就导致占用带宽非常大，对传输带宽要求非常高，近期实施了传输扩容项目将视频监控系统的存储方式改为分布式，视频数据就近存储于现地站，管理处和分局需要调用时才进行传输，这就从根本上解决了时时占用传输资源的短板。

经统计，目前天津干线视频监控系统的摄像机数量及分布情况如表2所列。

表2 视频监控系统的摄像机分布

4.2.7 安防系统的运行现状

天津分局安防系统采用振动光缆和一体化探测器进行布设，一体化探测器收到告警信息后将报警信息探测器传输至后台主机处理并推送到监控平台，视频摄像头转动捕捉相关记录。

天津分局根据安防系统建设的实际情况，成立了试运行小组开展天津管理处、西黑山管理处的试运行工作。试运行期间的告警频率高，通过视频图像回放记录查看发现绝大部分告警缺乏实用性，告警灵敏度过高。具体原因一是绿植干扰造成告警增多；二是风大造成围网晃动，引起告警；三是系统中告警频次未过滤，同一事件会引起数个告警；四是周边环境恶劣，振动光缆被破坏，一体化设备损坏较多，修复周期长，引起告警。

目前，天津分局安防系统在西黑山管理处和天津管理处上线运行，运行状况良好。

4.2.8 消防联网系统运行现状

由于现地站采用“无人值班、少人值守”的运行模式，因此，管理处对所辖的现地站消防状态进行实时监控，当发生火灾报警时，由管理处采取必要的解决措施。

消防联网系统是为满足整个南水北调中线干线工程消防集中监控管理需要而建设的，整个消防联网系统主要实现远程监控功能。包括火灾报警无人值守远程联网监控功能，并可实现查询各类报警信息及设备状态、原因等功能；电子地图分布显示、打印各种报警信息及原因，消防设施管理维护功能，消防预案功能，且具备自动监控及防雷保护功能等，以便管理处对现地站的监控。

消防联网系统分现地站、管理处消防监控中心、分局消防监控中心等3部分组成（见图4），利用计算机网络系统（业务内网）实现现地站、管理处，分局之间联网。通过配置消防联网专用设备（消防通信转换器），实现分局、管理处与现地站已安装的消防报警系统联网，在管理处配置消防联网监控中心，在分局设置消防联网通信服务器。各消防联网监控中心通过消防联网监控软件实现各类监控和管理。

图4 消防联网系统层次结构

5 自动化调度系统存在的问题及相应的策略

5.1 机房实体环境

为了给机房信息自动化设备提供更好的工作环境、为了打造中线建管局统一的机房环境标准，天津分局实施了机房实体环境提升工程。机房统一使用防静电地板、统一使用格栅吊顶、统一使用平面光源和应急照明，机房墙面用铝塑板进行包封，进一步提升机房的整体环境。

5.2 线缆整治

由于建设期工期紧、任务重，信息自动化管理人员有限等一系列原因，导致机房线缆布放不符合规范要求；由于标签标识未进行统一规范，造成各种标签标识参差不齐。天津分局响应中线建管局统一部署，上下合力解决以上难题，实施了电缆沟及桥架线缆整治工程。整治后的线缆实现了“三线分离”，满足了相关规范要求，标识标签规格统一、内容详实、标准规范。

5.3 光缆管理

光缆作为自动化调度系统重要的基础设施，是各类数据及信息传输的基础物理通道，承载着所有的业务，是系统得以正常运行的最基本的保障，也是最宝贵的基础资源。之所以说它宝贵，主要是自动化调度系统中箱涵两岸分别只有24芯，加上各种业务占用、指标老化，可谓所剩无几。另外，天津干线暗涵非永久征地，后期光缆扩容十分困难。从建成到使用至今，由于各类原因对光缆进行了多次修复，导致物理性能下降明显。为避免因光缆性能下降影响数据及信息传输质量，天津分局遵照中线建管局规定，原则上对故障光缆的中继段进行整体更换，维持原设计标准，不得在中断处直接进行接续，人为增加接头数量。另外，利用箱涵停水检修的大好时机，进行论证研究，计划在箱涵内敷设水缆，以满足日后扩容需要。

5.4 网络安全

根据承载信息的重要性和安全可靠性要求不同，中线建管局信息自动化计算机网络系统分为控制专网、业务内网和业务外网三张网。为了确保网络安全，天津分局培训中线建管局开展了专网的攻防演练活动，并启动网络安全加固项目，通过新增防火墙、登录认证、身份识别等手段，确保三张网安全运行。

5.5 标准化建设

为了进一步推进标准化建设，中线建管局统一发布了信息自动化11个专业系统运行维护技术标准，分别是程控交换系统、动环监控系统、机房空调系统、机房实体环境、门禁入侵报警系统、视频监控系统、通信传输系统、通信电源系统、通信管道、光缆、综合布线系统、综合会商会议系统。

天津分局按照标准要求加强对维护队伍的管理，及时跟进维护进程，按时完成维护工作，确保自动化调度系统安全平稳运行。

6 信息自动化运行维护管理发展的思考

当今社会，信息通信新技术、新手段、新思路不断涌现，大数据、云平台迅速发展，自动化调度系统运行维护以来，部分设备已经濒临淘汰的边缘，为了适应时代的发展以及更方便管理者对业务的管理，天津分局自动化调度系统的运行维护发展也要紧随时代步伐，本着为调水服务的本质，不断提升管理水平和手段。

6.1 探索“自维”模式

目前的“管养分离”的模式适应运行初期工程实际，但随着工程进入常态化运行阶段，该模式带来的核心技术受制于人、技术人才难以培养、运维队伍变动频繁、运维质量把控困难、运维成本居高难下等问题越发凸显。从长远看该模式会带来“空壳化”的危险，不仅不利于中线建管局的事业发展，更会危及工程运行安全。

目前，中线建管局已经成立了自己的维护公司，形成由“代维”向“自维”转变的新局面。

6.2 利用大数据智能云平台等手段运行维护

近年来，大数据、云平台发展十分迅速，可以借助大数据智能云平台新技术手段提升运行维护管理的效率。如网络管理系统，可以利用云平台时时传输至管理者手机终端，或者按照告警级别时时传送信息给相应的管理者，这对故障的及时响应十分有利；也可以将消防联网系统接入智能云平台，掌握时时的告警状态；总之，通过这一新技术手段，可以解决原来解决不了或者很难解决的问题，从大数据智能平台中提取管理者需要掌握的信息。

6.3 开展干线光缆扩容项目

南水北调中线建设期在干渠两岸只敷设了24芯的干线光缆，采用硅芯管直埋的方式，从建成到使用至今，由于各类原因对光缆进行了多次修复，导致物理性能下降明显。并且，随着新业务的上线，占用干线光缆也是不得已，目前所剩无几，考虑到后续运作期新业务的需求更加旺盛，光缆资源占用也是常态，所以尽快开展干线光缆扩容项目已经刻不容缓。

7 结语

运行维护管理是一项庞大的系统工作，是各个专业的相互融合，是各个部门的相互配合，是一个维护团队能否高效运行的体现。天津分局坚持以问题为导向，通过优化维护模式，增强技术力量，坚持“水利工程补短板、水利行业强监管”的工作总思路，做好南水北调信息自动化运行维护管理工作。