风光互补无线泄洪警报系统的开发与实践

王亚华 刘钊林 张晓涛

（雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都615000）

泄洪警报系统是确保电站安全运行、保障人民群众生命和财产安全、避免电站泄洪时由于下游水位变化造成人员伤害和财产损失的重要系统。泄洪警报系统应具有即时、稳定、可靠及覆盖广的特点。

我国在建及规划待建水电站大多集中于云贵、川藏地区，该区域地质条件复杂海拔高、易滑坡、多滚石，户外施工及维护存在较大风险，尤其在泄洪警报系统运行频率较高的雨天，极易面对恶劣环境，因此冗余性高，稳定性强的无线警报系统至关重要。[1]

本文通过对风光互补无线泄洪警报系统的设计与实践，为无线泄洪警报系统在地质条件恶劣地区的使用提供有力参考。

1 系统性能要求

警报系统应能播放预制录音且具有强切播放人工信息功能，系统具有故障监视及报警功能，冗余子系统可进行自动/手动切换、故障切换功能，泄洪系统应具有远程、现地两种控制方式，警报声压不小于80dB，[2-3]系统具有实时报警、运行状态监测及存储，运行性能分析功能。

2 系统设计

2.1 系统整体设计

无线泄洪警报系统按功能不同，将站点分别设计为控制站和播放站。控制站接收外部控制指令，并下发指令至播放站，播放站执行播放命令。采用不同的信号传输方式，各站点组网不同，系统架构不同，控制方式也有差异，信号传输架构如图1，2。[4]

图1 FM 电台网络信号传输图

2.2 各功能组件设计[1，5]

2.2.1 能量收储子系统

图2 GSM 网络信号传输图

播放站采用水泥采用风电+太阳能双系统进行能量收集，采用大容量单体铅酸阀控蓄电池进行电能储存，配备充电控制器进行蓄电池充电控制及电压转换。蓄电池容量12V100Ah，风力发电机300W/12V，太阳能板100W/18.1V，结构如图3。

图3 能量收储子系统结构图

2.2.2 信号收发子系统

信号收发子系统在各类站点内设置不同，控制站、中转播放站、播放站信号收发功能不同，分别设计。

a.控制站

控制站采用GSM天线进行GSM网络信号收发，通过同轴电缆传输至主控装置。FM信号通过FM天线进行发送，采用专门FM发射机连接至主控装置，将控制信号转换为设定频率的FM电台信号。

b.中转播放站

中转播放站采用GSM天线进行GSM网络信号收发，通过独立同轴电缆将控制信号传输至主控装置。FM天线进行FM电台信号接收，通过同轴电缆将信号送至FM收发机，转换后将控制信号传输至主控装置。主控装置将控制信号通过FM收发机更换频段后发送给该中转站负责的播放站。设置一个对讲天线连接至主控制器，在控制站整体故障或外部信号传输故障时，可以采用对讲机进行单站点启、停，结构如图3。

图4 中转播放站系统组成图

c.播放站

播放站在中转播放站基础上移除FM收发机，删除FM电台信号发送功能，保留其他功能。

2.2.3 站点主控制器

站点主控制器采用定制的无线预警设备及配件组成，可进行信号收、发及转换，站点运行状态及报警信息的输出，储存录音的读取、转码及播放，输出报警信号至户外警报装置。

3 实践案例

某水电站位于雅砻江上，大坝库容4.3 亿立方米，泄洪警报范围为大坝至下游16.2km 路段，设置1 面控制柜、20 个沿线泄洪广播站点。20 个播放站采用杆塔式站点，泄洪广播单点响度覆盖范围为半径1 公里，相邻两个广播占地间响度最小值不低于80 分贝，警报声持续时间不小于30 分钟。根据该电站实际情况，日照充足，播放站采用太阳能+蓄电池供电方式，中转播放站采用风光+蓄电池供电方式，控制站采用厂用交流供电方式。[1,5]

图5 C 型播放站现场图

在FM 电台信号传输方式下，A 型站（#1 站点）通过硬接线接收到中控室启动泄洪警报后，无线警报设备开始播放内置警报音乐，号角扬声器开始播放，同时，控制站FM 收发机持续发出高频信号给B 型站（#6 站点）。#6B 型站收到高频信号后，持续给#11B 型站发送高频信号、#7-10C 型站发出低频信号，C 型站接受到信号后，各站点开始警报。当停止泄洪警报时，A 站点FM收发机停止发送信号，站点停止警报。

采用GSM通信启停方式，在每一个站点设置GSM 卡，可进行短信及移动数据的传输。将站点及中控室卫星电话号码写入每个站点白名单，接收到短信指令后，各站点会根据指令播放站点内主控制器按顺序存储的录音，联动声光报警，成功执行警报，并将播放信息通过网络信号传输回控制系统。需要停止警报时，通过短信指令，所有站点停止警报，并将停止播放信息回复至中控室。

表1 运行统计表

GSM通信方式报警失败原因为外部移动通信服务商信号塔故障，导致河道整体区域无通信信号。FM电台通信方式站点收发失败原因为附近树木茂密遮挡。经过3 年长期运行观察，无线泄洪警报系统运行稳定，故障率低，警报可靠，声压级满足要求。当某个站点系统电压欠压、控制箱开箱、喇叭无声时，通过GSM 网络将数据传回控制站，并显示在无线泄洪警报系统平台，录入服务器。

4 性能优化

4.1 在FM电台通信方式下，对周围环境有一定要求。当周围环境数目茂密，河道弯曲较多时，信号容易衰减，建议采用多波段玻璃钢天线，经验证有利于提升信号传输稳定。

4.2 GSM通信方式信息传输能力强，功耗低，但对外部移动服务商信号稳定要求高，可作为主用信息传输方式，电台通信方式作为备用信息传输方式。

5 结论

风光互补无线泄洪警报系统的避免了传统有线泄洪警报系统建设难度大、工程成本高及设备可靠性低的缺陷。该系统的开发充分考虑高海拔地区滇川藏地区光照时间长，阴雨天风力充沛的条件，各子系统冗余配置，安全可靠，为滇川藏水电基地泄洪警报系统的设计及开发提供一个可借鉴案例。