水库安全管理系统的设计与应用

潘丽枫，吕恬可

（1.缙云县水利局，浙江 缙云 321400；2.浙江水利水电学院，浙江 杭州 310018）

1 问题的提出

水库管理历来是防汛和水利工程安全运行工作的重中之重，更是水利工作的重要组成部分，是关系国计民生的大事[1-2]。当前水安全和水资源问题已经成为制约社会和经济发展的突出因素[3-4]，建立现代化水库安全管理系统势在必行。现代水利工作的重心是有效地做好水资源节约与高效利用，以实现水资源的安全、持续利用，目前国内水库管理正在由传统模式向现代化转变，东部发达地区的大中型水库基本建设信息化管理系统，但是仍然存在信息化功能单一、自动化程度低、可靠性不高、管理混乱等问题，因此必须认清形势，充分利用现代化的管理理念和科技手段建设现代化水库安全管理系统，为我国水利工作的转变保驾护航，为充分发挥水利工程的效益提出可行方案[5-7]。潜明水库一期总库容3 413万m3，汛限水位237.00 m，电站装机3.2 MW，本文以潜明水库为例用信息化手段探索针对水库电站的安全运行管理数字化之路。

2 系统设计

2.1 总体设计

潜明水库安全管理系统主要由“四子系统”“一中心”和“一平台”组成。“四子系统”分别为计算机监控子系统、继电保护子系统、视频监视子系统和水质监测子系统，主要完成库区各类数据、图像的采集、传输以及自动控制功能；“一中心”即防汛调度中心；“一平台”即标准化安全运行平台等组成。

2.2 计算机监控子系统

计算机监控子系统作为水库安全管理的核心内容，采用全开放系统设计，设计的计算机监控子系统包括电站监控，由主控站工控机、打印机终端、各现地LCU单元以及远程终端和相应的外设构成，具体结构见图1。LCU单元主要包括高压机组LCU、低压机组LCU，公用LCU和坝区LCU，分别通过远程终端采集各类传感器数据与控制设备。

图1 计算机监控子系统结构图

计算机监控子系统按照无人值班或少人值守为目的，以计算机监控为主，简易常规控制为辅的原则进行总体设计，充分注意计算机监控系统与各常规控制设备的协调配合，简易常规控制可在主控站与现场控制单元通讯中断（或主控站故障）时作操作备用，通过电缆直接作用于现地控制单元，现地单元具备运行人员进行常规控制的值班条件。

工控机的功能包括对整个计算机监控子系统的管理，数据库管理，在线及离线计算功能，各类图表、曲线的生成，事故故障信号的分析处理等。同时工控机供运行值班人员使用，具有图形显示、全站运行监视和控制功能、发操作控制命令、作定值修改、设定与变更工作方式等功能。全站所有的操作控制都可以通过鼠标及键盘实现；通过LCD可以对全站的生产、设备运行作实时监视，并取得所需的各种信息。

2.3 继电保护子系统

继电保护子系统作为水库电站的重要组成部分，主要用于保护水库电站安全运行。当电站发电机组系统发生故障或异常工况时，该系统能在最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或及时发出报警信号给值班人员，通知其尽快消除异常工况，以减轻或避免设备的损坏和对发电的影响。本系统设计的继电保护装置分为高压机组、低压机组、变压器、35 kV线路和厂变保护，分别安装在高压LCU、低压LCU和各自设备箱内。

2.4 视频监视子系统

视频监视子系统作为水库安全管理的重要载体，根据实用性、稳定性、可靠性、开放性、先进性、标准化、使用维护方便等原则进行设计，结合水库实际情况，确定图像监视系统结构见图2。

图2 视频监控子系统结构图

监控区域前端采用高清数字摄像机进行图像获取，通过以太网交换机接入控制中心相连。所有视频摄像机信号都输入网络型硬盘录像机。

为便于对相关部位进行监视，在电站控制室设置1套LCD大屏，LCD上图像画面的操作通过大屏拼接控制器完成。

网络存储磁盘阵列、交换机等设备组成图像柜，图像柜和视频监控主机布置在控制室。

2.5 水质监测子系统

水质安全是水库安全管理的重要组成部分之一，水质安全的控制依靠水质监测子系统实现。水质监测子系统主要由多参数变送器、pH传感器、电导率传感器、COD全光谱传感器、温度传感器、水质监测工作站以及水质管理模块等组成，利用智能传感与无线传输技术实现一体化水质监测功能，并将监测数据实时传输至水质监测工作站进行保存、处理，以及通过水质管理模块显示。水质监测子系统结构见图3。

图3 水质监测子系统结构图

2.6 防汛调度中心

防汛调度中心是日常防汛指挥会议和值班室，需监控、处理各种防汛信息。根据管理需要，在管理区办公楼设置1个防汛调度中心，实现实时水情、工情、灾情信息的异地显示和管理，实现视频会议、数据、图文数据等实时传送。与上下级防汛指挥中心连接，利用其大屏幕系统实现视频会议、调度指挥。防汛调度中心的建设主要包括大屏幕显示系统、视频会议系统、数字会议系统、会议扩音系统、集中控制系统等。

2.7 安全运行管理平台

水库安全管理运行平台包含计算机监控、继电保护、视频监控、水质监测、智能蓝牙安全巡检、标准化管理等各类水库安全运行模块，是集水库（电站）工程运行、水质监测、防汛指挥、办公应用、安全管理等于一体的标准化系统，展现以软件为基础搭建的运行平台标准化、智能化特点。水库标准化安全管理运行平台能够实现各类业务的日常管理，基础信息快速传递和全面共享，并实时接收上级系统发布的调度指令与其他信息，实现成熟、规范的数据共享，为工程标准化运行管理提供全面的数据支持。

根据大中型水库运行管理规程、标准化管理信息化建设导则以及考核标准等要求，结合潜明水库实际情况，水库安全管理运行平台的标准化管理模块设计与实施以构建“标准化、技术先进、实用可靠、扩展性好、有利管理、投资合理”为目标。

3 系统应用实例

系统设计完成后在潜明水库得到应用，潜明水库安全运行管理系统平台以时空一张网为数据核心，集合水库综合管理一本账实现潜明水库的安全管理（见图4）。

图4 潜明水库安全管理系统平台图

潜明水库的安全运行管理包含电站、库区等，针对水库的管理特点开发水库蓝牙智能巡检模块，对水库泄水闸、电站、库区等管理范围的安全运行管理。本系统设计的水库安全巡检模块，采用蓝牙巡检技术，解决水库巡检路线长、各工种协同分工难、巡检部位多、电站等关键室内巡检监管难度大等问题。蓝牙智能巡检模块具有智能识别巡检对象、书签标记法简易输入模式、自学习的智能隐患模板、标准化闭环巡检流程设计等诸多功能。功能示例见图5。

图5 潜明水库安全运行蓝牙智能巡检模块图

4 结 语

水库在社会生产生活中发挥着巨大作用，但也存在对公众生命财产安全造成威胁的隐患，在现代化建设进程中，必须利用新型数字化、信息化先进技术对水库的各项数据进行实时监控，保证水库安全、高效运行。本文设计的集“四子系统”“一中心”“一平台”架构的潜明水库安全管理系统，以及针对水库电站安全管理设计的“水库蓝牙智能巡检模块”基本实现类似水库的安全运行管理，具有良好的推广应用价值。