清江流域梯級(jí)電站壩群綜合安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

周錫瑯，吳 駿，向 南

(1.國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院，江蘇南京210003; 2.南瑞集團(tuán)公司，江蘇南京210003)

清江流域梯級(jí)電站壩群綜合安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

周錫瑯1，2，吳 駿1，2，向 南1，2

(1.國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院，江蘇南京210003; 2.南瑞集團(tuán)公司，江蘇南京210003)

清江流域壩群綜合安全監(jiān)測(cè)與評(píng)估預(yù)警系統(tǒng)是一個(gè)以多個(gè)水電站大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為支點(diǎn)組成的綜合性系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了集中控制管理、數(shù)據(jù)集中管理、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、綜合安全評(píng)估、資料整編分析等功能，并創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了總線插拔式的多工程集成；實(shí)現(xiàn)了一站式多壩綜合監(jiān)控；開發(fā)了“通用遠(yuǎn)程采集協(xié)議”；采用“任務(wù)”管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化管理；實(shí)現(xiàn)了分布式系統(tǒng)信息同步；實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)完全可定制；實(shí)現(xiàn)了分布式系統(tǒng)信息同步；實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)完全可定制；實(shí)現(xiàn)了主備數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)自動(dòng)切換功能；實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)自動(dòng)智能升級(jí)。

梯級(jí)電站；安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；清江流域

1 流域梯級(jí)水電站大壩概況

清江是長(zhǎng)江在湖北境內(nèi)的第二大支流，發(fā)源于湖北利川，干流全長(zhǎng)423 km，總落差1 430 m，流域面積約17 039 km2。清江公司花了21年的時(shí)間滾動(dòng)建成了壩后式、河床式、地下式的隔河巖(1 212 MW)、高壩洲(270 MW)和水布埡(1 840 MW)3座水電站，總裝機(jī)容量3 322 MW，設(shè)計(jì)平均年發(fā)電量79.22億kW·h。

2 信息系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2.1 總體結(jié)構(gòu)

清江流域壩群綜合安全監(jiān)測(cè)與評(píng)估預(yù)警系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱“清江系統(tǒng)”)是一個(gè)以多個(gè)水電站大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為支點(diǎn)組成的綜合性系統(tǒng)，主要包括大壩安全監(jiān)測(cè)、大壩安全運(yùn)行評(píng)估、事故應(yīng)急處理預(yù)案與決策支持系統(tǒng)。為了實(shí)施全面的信息管理，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行全局性的高級(jí)分析決策，有必要將各水電站的安全監(jiān)測(cè)信息有機(jī)地集成，形成綜合性數(shù)據(jù)中心[1]。

整個(gè)系統(tǒng)在縱向上按管理層次結(jié)構(gòu)劃分為兩級(jí)：①第一級(jí)為中心級(jí)，即大壩安全管理信息中心；②第二級(jí)為工作站，水布埡、隔河巖、高壩洲各設(shè)一個(gè)工作站，水布埡數(shù)據(jù)管理服務(wù)由水布埡電站的服務(wù)器承擔(dān)，隔河巖、高壩洲的數(shù)據(jù)管理服務(wù)由信息中心服務(wù)器直接承擔(dān)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意

圖2 系統(tǒng)工作流程

2.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

大壩安全管理信息系統(tǒng)通過公司現(xiàn)有MIS光纖網(wǎng)互聯(lián)，位于《發(fā)電廠二次系統(tǒng)安全防護(hù)指南》中的安全I(xiàn)II區(qū)，使大壩安全管理信息中心可以通過網(wǎng)絡(luò)獲取各工作站的數(shù)據(jù)[2]。

2.3 工作流程

信息中心可對(duì)流域內(nèi)任一電站進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集(含人工數(shù)據(jù)的錄入)、計(jì)算、管理、分析等工作，隔河巖、高壩洲的所有測(cè)量數(shù)據(jù)直接錄入信息中心對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，水布埡的所有測(cè)量數(shù)據(jù)優(yōu)先錄入水布埡服務(wù)器，若水布埡服務(wù)器發(fā)生故障則自動(dòng)切換到信息中心服務(wù)器。另外，在網(wǎng)絡(luò)暢通的情況下，在移動(dòng)工作站上經(jīng)過授權(quán)也可一樣工作，實(shí)現(xiàn)多壩的綜合信息管理操作。系統(tǒng)工作流程如圖2所示。

為確保信息的同步一致，系統(tǒng)信息的同步由數(shù)據(jù)同步軟件定時(shí)或手動(dòng)完成：

(1)信息中心的數(shù)據(jù)庫管理信息發(fā)生改變后，如測(cè)點(diǎn)、模塊、計(jì)算參數(shù)等系統(tǒng)信息，由數(shù)據(jù)同步軟件定時(shí)自動(dòng)執(zhí)行實(shí)現(xiàn)中心站與水布埡分中心的架構(gòu)同步，同步不是立即執(zhí)行的；水布埡服務(wù)器與信息中心的數(shù)據(jù)庫管理信息的變化可雙向同步，由管理人員手工執(zhí)行數(shù)據(jù)同步軟件，并可定制同步任務(wù)。

(2)測(cè)量數(shù)據(jù)同步。主要是采用數(shù)據(jù)同步軟件定時(shí)將水布埡的最新數(shù)據(jù)自動(dòng)導(dǎo)入中心站同步數(shù)據(jù)庫，且導(dǎo)入的數(shù)據(jù)不會(huì)再被導(dǎo)入。如果此時(shí)局域網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題，未導(dǎo)入的數(shù)據(jù)將在每個(gè)定時(shí)周期嘗試再次導(dǎo)入；當(dāng)局域網(wǎng)絡(luò)暢通后，之前積累的未成功導(dǎo)入的數(shù)據(jù)將被自動(dòng)導(dǎo)入。

中心站配置兩臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，當(dāng)一臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器出現(xiàn)問題時(shí)，自動(dòng)切換使用另一臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，保障中心站數(shù)據(jù)庫的安全。

2.4 軟件部署

軟件部署見圖3。整個(gè)系統(tǒng)中有一個(gè)中心站和3個(gè)采集工作站組成，水布埡、隔河巖、高壩洲各設(shè)一個(gè)工作站，水布埡數(shù)據(jù)管理服務(wù)由水布埡電站的服務(wù)器承擔(dān)，隔河巖、高壩洲的數(shù)據(jù)管理服務(wù)由信息中心服務(wù)器直接承擔(dān)。水布埡現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)管理服務(wù)器安裝南瑞信息手動(dòng)架構(gòu)同步和數(shù)據(jù)自動(dòng)同步程序；中心站與采集工作站通過MIS光纖網(wǎng)互聯(lián)，通過對(duì)軟件的部署要實(shí)現(xiàn)中心站對(duì)3個(gè)采集工作站的數(shù)據(jù)管理。中心站配置兩臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，當(dāng)1臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器出現(xiàn)問題時(shí)，自動(dòng)切換使用另1臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，保障中心站數(shù)據(jù)庫的安全。

圖3 軟件部署

3 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 軟件系統(tǒng)

清江流域梯級(jí)電站壩群綜合安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由采集、報(bào)表、圖形、數(shù)據(jù)表格、測(cè)點(diǎn)管理、數(shù)據(jù)管理、任務(wù)管理7個(gè)部分組成，具體見圖4。

圖4 清江系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意

3.2 分層設(shè)計(jì)

將系統(tǒng)所關(guān)注的問題分在不同的層中，通常分為用戶界面層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層。不同的應(yīng)用可以用不同的用戶界面層，業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層各應(yīng)用復(fù)用。

用戶界面層實(shí)現(xiàn)了設(shè)置和輸出的界面，在大壩客戶端軟件和WEB應(yīng)用中分別實(shí)現(xiàn)不同的用戶界面層；業(yè)務(wù)邏輯層則用接口方式實(shí)現(xiàn)所有大壩資源操作的邏輯，按接口方式實(shí)現(xiàn)是為了將來聚合在服務(wù)中；數(shù)據(jù)訪問層專門處理對(duì)數(shù)據(jù)庫的操作，將這層從業(yè)務(wù)邏輯層分離出來，這樣可以提高數(shù)據(jù)庫的可移植性。

3.3 組件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用組件設(shè)計(jì)。組件是一組對(duì)象的集合，通過面向?qū)ο蟮姆治龊驮O(shè)計(jì)，按重用原則劃分大壩應(yīng)用對(duì)象的顆粒，組件之間也是分層的，高層組件中的對(duì)象可以引用本組件或低層組件中的對(duì)象。

4 系統(tǒng)主要功能

清江系統(tǒng)由系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集、巡視檢查、實(shí)時(shí)監(jiān)控、資料整編與分析、綜合評(píng)估與報(bào)警、文檔管理等功能模塊組成。

(1)集中控制管理。監(jiān)測(cè)中心站作為公司大壩安全管理的控制中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)各分站大壩安全數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、資料整編分析、信息報(bào)送發(fā)布的統(tǒng)一管理，各電站監(jiān)測(cè)分中心平時(shí)無人值班。

(2)數(shù)據(jù)集中管理。實(shí)現(xiàn)中心站對(duì)各電站大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的集中管理，可進(jìn)行存儲(chǔ)、檢索、調(diào)用。

(3)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集。采用分布式采集服務(wù)，實(shí)現(xiàn)中心站集中控制、遠(yuǎn)程采集功能，同時(shí)提供一套XML標(biāo)準(zhǔn)采集協(xié)議，規(guī)范接口標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同廠家的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)集成，既保證不同廠家自動(dòng)化系統(tǒng)的獨(dú)立性，又實(shí)現(xiàn)了集中控制。

(4)綜合安全評(píng)估。系統(tǒng)對(duì)關(guān)鍵部位、關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行在線綜合評(píng)判，并直觀顯示測(cè)點(diǎn)狀態(tài)和自動(dòng)報(bào)警。中心站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用星形組網(wǎng)方式。

(5)資料整編分析。提供豐富的資料整編分析工具，包括各類圖形繪制工具、報(bào)表生成工具、數(shù)理統(tǒng)計(jì)工具、數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)模型等。

5 系統(tǒng)主要?jiǎng)?chuàng)新成果

(1)實(shí)現(xiàn)總線插拔式的多工程集成。采用面向服務(wù)的思想與總線式體系結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)具有很強(qiáng)的集成能力和可伸縮性，同構(gòu)或異構(gòu)的大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均可接入本系統(tǒng)的統(tǒng)一管理平臺(tái)，創(chuàng)造性地解決了多工程集成的難題，對(duì)提高流域電站的大壩安全管理能力具有非常重要的意義。

(2)實(shí)現(xiàn)一站式多壩綜合監(jiān)控。在中心站，通過定制統(tǒng)一的管理視圖，即可及時(shí)獲得流域電站的安全監(jiān)測(cè)信息，如分站的報(bào)警信息、重點(diǎn)測(cè)點(diǎn)信息、模塊通訊狀態(tài)、流域多工程導(dǎo)航地圖等，確保了測(cè)點(diǎn)異常的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和統(tǒng)一處理，為實(shí)現(xiàn)大壩安全監(jiān)測(cè)高效管理提供了可靠的一站式多壩綜合監(jiān)控平臺(tái)。

(3)開發(fā)了“通用遠(yuǎn)程采集協(xié)議”[3]。國(guó)內(nèi)各廠家自動(dòng)化系統(tǒng)尚無統(tǒng)一的遠(yuǎn)程采集標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，流域電站內(nèi)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成并未真正實(shí)現(xiàn)，我們開發(fā)第一套“通用遠(yuǎn)程采集協(xié)議”，通過這種開放式的協(xié)議可無縫集成第三方廠家的大壩數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。協(xié)議中的數(shù)據(jù)采用xml編解碼技術(shù)，解決了多年來各家的采集控制信息難以統(tǒng)一描述的困擾，為多家采集系統(tǒng)異構(gòu)控制提供了兼容的、低實(shí)現(xiàn)成本的解決方案，為流域電站大壩安全監(jiān)測(cè)綜合遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)開發(fā)提供了一個(gè)可以借鑒的先例，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。

(4)采用“任務(wù)”管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化管理。系統(tǒng)中采用“任務(wù)”管理機(jī)制，將一些運(yùn)行、維護(hù)工作封裝成可運(yùn)行的“任務(wù)”，這些“任務(wù)”可以通過手動(dòng)、定時(shí)、事件觸發(fā)等方式啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)日常事務(wù)處理的自動(dòng)化和智能化，極大提高了系統(tǒng)運(yùn)行與管理的效率。

(5)實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)信息同步。實(shí)現(xiàn)了中心站與各電廠分站的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完整信息同步，同步的內(nèi)容包括支持系統(tǒng)運(yùn)行的所有配置信息和測(cè)量數(shù)據(jù)。保證了中心站和分站數(shù)據(jù)信息的一致性與完整性，實(shí)現(xiàn)了中心站和分站系統(tǒng)互為備份，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性。

(6)系統(tǒng)完全可定制。系統(tǒng)可以按照用戶的需求去定制運(yùn)行行為、各種整編計(jì)算輸出和工程的安全評(píng)判等功能，能滿足不同工程用戶的各種需求；其中較為復(fù)雜的分布圖、等值線、分布式測(cè)量拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、自動(dòng)化任務(wù)的定制功能在大壩監(jiān)測(cè)行業(yè)內(nèi)屬于首次實(shí)現(xiàn)。

(7)實(shí)現(xiàn)了主備數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)自動(dòng)切換功能，為分站系統(tǒng)在廣域網(wǎng)絡(luò)傳輸異常時(shí)提供備用方案。當(dāng)電廠分站與中心站廣域網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)，電廠分站自動(dòng)切換到本地備用數(shù)據(jù)庫，而故障恢復(fù)后自動(dòng)切換回中心站主數(shù)據(jù)庫，提高系統(tǒng)可靠性[4]。

(8)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)自動(dòng)智能升級(jí)。當(dāng)各個(gè)分布式的客戶端初始連接至中間層時(shí)，將自動(dòng)掃描并判斷出兩端軟件及數(shù)據(jù)庫的版本并完成相應(yīng)的升級(jí)操作，實(shí)現(xiàn)了客戶端的自動(dòng)維護(hù)，保證了分布式系統(tǒng)的一致性和可擴(kuò)充性。

6 結(jié) 語

清江流域壩群綜合安全監(jiān)測(cè)與評(píng)估預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)正式投入運(yùn)行，目前接入了水布埡、隔河巖、高壩洲3個(gè)工程，隨著后續(xù)在建工程竣工投產(chǎn)，將陸續(xù)接入監(jiān)測(cè)中心，由于清江系統(tǒng)采用了分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以建成一個(gè)接入一個(gè)，比較好地適應(yīng)了工程建設(shè)發(fā)展的需要，解決了多個(gè)工程集中控制的難題；清江系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程采集和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)同步功能，較好地實(shí)現(xiàn)了測(cè)量數(shù)據(jù)向中心數(shù)據(jù)庫同步傳輸；系統(tǒng)具備多級(jí)報(bào)警和分析診斷的功能，能夠監(jiān)控整個(gè)流域的水電站工程安全運(yùn)行；此外，還有功能強(qiáng)大的Web網(wǎng)站用于展示流域工程安全信息，是理想的水電站群大壩遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)。

[1]向南， 高磊. 分布式大壩安全信息系統(tǒng)集成[J]. 水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)， 2010， 34(3)： 42-45．

[2]DL/T 5211—2005 大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范[S].

[3]王衛(wèi)列， 向南， 花勝強(qiáng)， 等. 基于可擴(kuò)展置標(biāo)語言的大壩通用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集服務(wù)[J]. 水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)， 2010， 34(5)： 46-51．

[4]DL/T 5178—2003 混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S]．

(責(zé)任編輯 焦雪梅)

Application and Implementation of Dam Group Integrated Safety Monitoring System in Qingjiang River Basin

ZHOU XiLang1, 2, WU Jun1, 2, XIANG Nan1, 2

(1.State Grid Electric Power Research Institute, Nanjing 210003, Jiangsu, China;2.NARI Group Corporation, Nanjing 210003, Jiangsu, China)

The integrated safety monitoring system of dam group in Qingjiang River Basin is an integrated system composed of dam safety monitoring system of several hydropower stations. The system achieves centralized control and data management, remote data acquisition, comprehensive safety evaluation and data compilation and analysis. The innovations of system include：service bus type integrated management, integrated monitoring of multi dams from any station, universal remote acquisition protocol development, task management mechanism to achieve automatic and intelligent management, information synchronization of distributed system, complete customizing of system, automatic switching of main standby database system and automatic upgrade of system．

cascade hydropower station; safety monitoring system; Qingjiang River Basin

2016-01-05

周錫瑯(1976—)，男，江蘇無錫人，工程師，主要從事大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件開發(fā)、模型分析與高級(jí)應(yīng)用等工作．

TV698.1

A

0559-9342(2016)11-0095-04