结合水情自动测报系统实现上游水库泄洪监测的意义分析

姜洪友

（广东粤电长潭发电有限责任公司，广东 梅州 514100）

长潭水电站位于韩江上游的梅江支流石窟河上的长潭峡谷中，控制集水面积1990km2，坝址距蕉岭县城约6km，是一座以发电为主，结合防洪、改善航运、灌溉等综合利用的中型工程[1]。长潭水库属不完全季调节水库，水库总库容1.72 亿m3。石窟河流域开发了众多的水电站，其中，小水电居多，具有一定调节能力的水库水电站主要有长潭水库水电站，东留水库水电站、石黄峰水库水电站、下坝水库水电站、竹岭水库水电站，这些水库水电站在当地国民经济建设中发挥了一定的作用，并对下游水电站的发电防洪等产生了一定的影响[2]。由于长潭水库调节能力差，洪水预报精度较差，洪水过程暴涨暴落，给防洪调度增加了一定的压力。上游水库自动化设备不健全，在洪水调度过程中，无法准确预测来水情况，存在较大的调度风险。下坝水库控制长潭水库流域近60%的集雨面积，为了更准确地掌握上游来水情况，做好洪水调度工作，公司研究决定在石磺峰水库、下坝水库增设闸门开度监测系统，及时掌握上游水库泄洪情况，提高长潭洪水预报的精度。

1.水情自动测报系统概况

通过在石磺峰水库、下坝水库增设闸门开度监测装置，实现对下坝、石磺峰水库闸门运行情况实时监测，及时掌握上游水库泄洪情况，提高长潭洪水预报的精度。该监测系统的布设系统功能介绍如下。

1.1 测站布设

在下坝水库和石磺峰水库各建设3 套，合计6 套闸门开度监测装置，利用长潭水情自动测报系统的数据采集、通信设备进行闸门开度数据的采集、传输，并在中心站实现闸门开度数据接收、存储和处理。测站（单站）结构图如下图1：

图1 测站（单站）结构图

1.2 系统基本功能

该监测系统的主要任务是及时、准确地采集、传输闸门开度数据。具备如下功能：具有自报式传输体制，启动GPRS 信道时支持应答式查询功能。系统自动实时采集、存储闸门开度数据，现场存储周期为730d，具备增量自报、定时自报等功能。增量自报要求在正常情况下，闸门开度增量报阈值定为1cm。当变化达到阈值时，自动将闸门开度值发送到中心站。定时报要求每日以1、3、6、12、24h 等任意选定的间隔时间，定时向中心站发送闸门开度信息。

1.3 系统平台软件功能拓展改造

本研究在保持长潭发电公司水情自动测报系统总体功能架构不变的基础上，增加闸门开度监测数据接收、处理和存储。主要有以下几个方面：定义闸门开度数据接收点号，实现闸门开度数据接收；增加、完善下坝水库、石磺峰水库闸门开度泄洪关系曲线；进行闸门开度数据处理，将闸门开度数据转化为泄流数据显示、储存；增加闸门开度及泄流情况实时显示图表；增加下坝水库、石磺峰水库每小时、每日泄流统计报表等功能，提取时段发生的极值、累计值。

2.水情自动测报系统设备选型及技术指标

结合水情自动测报系统设备的实际情况，选择满足建设方案要求的设备，主要有以下两种。

2.1 KS-10 型数字式轴联接闸位计

图2 KS-10 型数字式轴联接闸位计

KS-10 型数字式轴联接闸位计（生产厂商：徐州伟思，产品型号：KS-10）如图2 所示，适用于江河、湖泊、水库、船闸、水电站及供、排水工程的闸门开度观测测量，可以采用同轴联接、链轮联接、齿轮联接以及其他直接联接方式和被测闸门耦合，仪器本身设计有一体化的行程控制开关，可以直接设定行程限位控制点。同时，本系列仪器又可与闸门启闭机控制装置、电显示器联接组成显示、控制系统；与计算机系统联接组成水电站、闸门、水位综合测量控制系统；与通信机连接，作为水文自动测报系统、水情卫星遥测系统的数字终端设备使用[3]。该仪器可用于平板闸、弧形闸、螺杆启闭机、卷扬机上的开度测量及行程限位控制。工作原理具体如下：闸位传感器是由旋转编码器与其它形式的耦合器、显示、控制器、传输电缆、RS485 数字通信接口等部分组成。闸门运动通过耦合器带动传感器旋转，即可输出与闸位相对应的格雷码编码信号。闸位传感器可以选装两种旋转编码器（JD 或GD），其中JD 型开度传感器为接触式旋转编码器，它的分辨力为0.1cm，GD 型传感器为光电开关式旋转编码器，它的分辨力为0.1cm。闸位传感器的工作过程为：当闸门作垂直运动或旋转运动，与闸门相连的耦合器即作同步运动，耦合器再驱动传感器的主轴转动，即可通过传感器的电插座输出与转动位置相对应的闸位编码电信号（格雷码）。对于平板闸，输出信号经硬件或软件译码，用于显示、观测；对于弧形或人字形闸门，由电显示器或计算机对格雷码进行自动换算或数字处理后输出。

2.2 KS-9 闸门开度测控仪

KS-9 闸门开度测控仪（生产厂商：徐州伟思，产品型号：KS-9），仪表结构简单，外观美观，是用于测量、显示和控制平板闸、弧形闸、人字门等各种闸门开度或各种门机、吊车等启升高度的自动化测控仪器，使用方便，可长期连续运行。它可配用光电编码器(类型可选)或接触式编码器(类型可选)。KS-9 仪表采用多功能16 位CPU 进行运算和控制，仪器硬件设有看门狗自复位电路，软硬件采用多种抗干扰措施，能可靠的工作在各种工业环境中。仪表可设置各种参数，具有flash 存储器，可存储各种预置参数，并能掉电永久保存。该仪表拥有RS485、继电器、4-20mA 多种输出接口，便于组成网络控制系统。KS-9 闸门开度测控仪的主要特点有以下几点：全数字调校，所有参数设置通过面板上四个按键完成，所有设置或标定的参数都具有断电永久记忆功能；参数设定密码保护。开度传感器无须机械调零，可任意点仪表调零。RS485 通信接口采用ModbusRTU 通讯协议，可直接接入支持Modbus-RTU 协议设备的PLC 及各种监控组态软件的通讯网络中。RS485 接口设计具有二段式过压防浪涌保护设计(一段1500V，二段6.5V)，可靠性极高。4-20mA 输出接口采用16 位D/A 芯片，并有过流(负载500 欧)、过压保护(+24V 限压)保护，保证数据传输可靠。开度传感器输入光电隔离(隔离电压2500 Vrms)，并具有过流保护(200mA 慢断，400mA 速断)，有效保护CPU 芯片。荷重传感器输入过压(+24V 限压)、过流保护(200mA 慢断，400mA 速断)，有效保护CPU 芯片。仪表电源供电抗干扰设计、浪涌吸收保护、过流保护(AC220V 输入慢断180mA、速度500mA；DC24V 输入慢断600mA、速断1200mA)。仪表小型化，LCD 中文液晶显示，清晰、美观。

3.水情自动测报系统应用情况

本研究利用现有资源（水情自动测报系统）进行闸门开度数据的采集和传输，利用防汛调度决策系统进行闸门开度数据处理、存储，通过现有资源的合理利用，有效地实现了上游闸门数据的采集、处理，实现了资源最大化[4]。而且通过实时监测上游水库闸门运行情况，及时准确地掌握上游水电站的泄洪情况，提高长潭水库洪水预报的预见期和洪水预报精度。水情自动测报系统应用结果如下：2019 年5 月、7 月，公司分别完成了对下坝水库、石磺峰水库闸门开度监测装置的安装、调试工作。闸门监测装置投运以来，运行稳定、可靠，在2019 年5月份以来洪水调度过程中，通过实时监测石磺峰水库、下坝水库闸门运行情况，公司能及时准确地掌握上游水电站的泄洪情况和支流的来水情况，提高了长潭水库洪水预报的预见期和洪水预报精度，为长潭水库的防洪调度工作提供了有力保障。公司充分利用洪水预报成果，在2019 年的6 月份3 场洪水调度过程中，洪峰流量分别为790 m3/s、1660 m3/s、1150 m3/s 情况下，通过科学地进行发电预泄、拦蓄洪尾和削峰、滞洪，几场洪水的削峰率分别达到38.7%、38.6%、28.8%，充分发挥水库的削峰滞洪作用，为下游的防洪减灾的起到重要作用，保障了上下游群众的生命和财产安全，同时有效地增加了企业的经济效益。

4.结语

本研究利用原有水情自动测报系统中的数据采集和通信设备，将下坝、石磺峰水库闸门开度数据传输到中心站ACSCOMM 数据采集平台，再依托公司的防汛调度决策系统实现下坝水库和石磺峰水库闸门开度数据接收、存储和处理，将下坝、石磺峰水库的闸门开度数据转化为泄流数据。本系统结构简单，设备小且少，投资少，维护简单，且有效利用了原有水情遥测系统资源，实现资源利用最大化，实际应用效果好。