抽水蓄能电站闸门安全评价信息系统设计与实现

陈小强 陈勇 房道伟

1. 华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司 台州 317200；2. 河海大学商学院 江苏 常州 213022

引言

闸门安全是抽水蓄能电站正常运行的关键，如何对闸门进行安全故障排查显得尤为重要，抽水蓄能电站闸门安全评价信息系统主要是对闸门的安全进行信息化管理，通过对实际运行中闸门的安全性能指标进行计算，得出评价结果，直观地反馈给用户，为电站管理者提供决策和管理依据。

评价系统采用Spring MVC+MyBatis框架[1-4]，将整个开发项目分为model、view、controller三个部分，三个部分互不依赖，很大程度上降低了项目的耦合性，方便后续的维护。Mybatis主要有注解和使用xml文件两种方式，本项目开发采用xml文件方式，因为Mybatis有专门的插件可以根据数据库信息直接生成映射文件，以及实体类和接口类，使用起来更加简单方便。

1 安全评价指标体系构建

抽水蓄能电站闸门安全评价信息系统的数据源分为两个部分：一部分是工作人员人工检测的数据，根据实际情况这部分数据更新周期较长；另一部分来自于对设备的实时监测数据，主要由智能化物理设备采集，每5秒采集更新一次数据。

根据国家水工闸门规范[5-7]和实际工况确定了工作闸门评价系统的指标体系，其中，一级指标有六项：巡视检查结果（A）、闸门外观检测结果（B）、腐蚀程度（C）、一二类焊缝合规性（D）、强度与支臂稳定性（E）、闸门运行状态（F）。二级指标包括：闸门泄水时的水流流态（A1）、闸门关闭时的漏水状况（A2）、门槽砼状况（A3）、闸墩、胸墙、牛腿状况（A4）、通气孔通畅状况（A5）；门体外观检测（B1）、闸门支承装置外观检测（B2）、吊耳外观检测（B3）、止水装置外观检测（B4）、埋件外观检测（B5）；强度（E1）、稳定性（E2)；振动（F1）、运行姿态（F2）、支铰轴承运行状态（F3）、水位高程（F4）、闸门开度（F5）。

2 数据库设计

数据库中存放了闸门的指标体系信息、设备信息、计算数据以及历史评价结果等九张数据表，E_R图如图1所示。

图1 E_R图

其中，实时数据表（F_SE_RealValue）和历史数据表（F_SE_HistoryValue）用于存放具体的设备各项需要进行计算的数据，指标体系表（F_SE_Indicator）用于存放不同设备的计算指标的计算信息，设备类型表（F_SE_Catagory）和设备表（F_SE_Equipment）用来存放设备的一些基本信息，评价表（F_SE_Evaluation）和评价指标明细表（F_SE_EvaluationDetail）用来存放闸门评价计算的历史结果，用户表（F_SA_User）用于存放用户的一些基本信息，设备状态表（F_SE_Status）则用来存放各个闸门当前的运行状态（运行、停用）。

3 详细设计

3.1 数据接收

数据接收使用restful接口，系统通过解析JSON数据文件，获取最新的闸门指标数据，并将其存入数据库中，JSON文件包括设备id、时间戳、数组计数、数据内容、指标名称、指标值、填写时间等内容。请求JSON文件使用POST请求，请求头信息为：Content-Type:application/json。数据接收功能时序图见图2所示。

图2 数据接收时序图

3.2 安全评价计算

评价系统从数据库读取对应的评价指标信息和数据生成树型结构，使用递归的方式对整个指标树进行计算，最终得出闸门评价结果。

根据指标体系中确定的评价计算模型，从数据库中取出需要计算的数据，通过计算得出最终的测评结论。采用公式解析实现，即对计算公式的字符串进行解析依据公式的内容进行计算。将中缀表达式换成后缀表达式，再对后缀表达式进行计算。转换和计算的过程中主要问题是要准确地区分运算符、正负号以及数字，同时要实现运算优先级的准确判断。在系统实现中，公式解析的功能设计了两个类，一个是操作符类（Operator），实现加、减、乘、除、幂运算5种只涉及操作符前后两个数据的运算类型的计算，一个是运算类（Caculator），用来处理后缀表达式的转换和运算逻辑，计算的优先级问题依据操作符类的设定来进行判断，同时该类实现了累加的公式运算。通过在数据库中配置使用操作符类中规定的运算符写出的表达式，可以直接进行运算。安全评价计算时序图见图3所示。

图3 安全评价计算时序图

整个闸门评价指标体系分为3层，原始数据处于指标的最底层，上层指标需要以下层指标的计算结果为指标值进行计算，即需要从底层开始一层一层计算。这种计算逻辑规则与树形结构相合度很高，因此选择使用4层树形结构作为整个计算的数据结构，闸门安全评价结果作为树的根节点。由于闸门的指标体系中子节点的数量并不确定，且数量较多，选择一个节点的子节点都放在一个列表里作为子节点的集合，树节点设置三个属性：本节点、父节点和子节点集合。在构造树的时候依据本节点中的父节点Id值来确定上下级关系，通过递归遍历所有的指标信息就可以生成整个树结构。在整个指标体系的计算过程中由于树的深度并不大，采用递归的方式并不会为系统带来很大的负担，所以直接采用递归的方式进行计算，计算过程如图4所示。

图4 计算过程

3.3 评价结果输出

生成评测报告的时候主要是分为两种情况，一种是生成的指定时间段的报告，一种是用于实时生成的报告。两者的安全等级计算结果都是取在指定时间内最新的数据，不同的是前者的时间段内的时间跨度可由用户指定。

4 结束语

抽水蓄能电站闸门安全信息系统的实现可以把电站闸门运行的实时监测数据和人工巡测数据结合起来，分析得出闸门是否处于安全状态，若不安全，展示问题所在的可能位置，抽水蓄能电站闸门安全信息化处理能为管理决策者做出科学的决策提供参考。