南水北調中線工程天津干線信息自動化運行維護實踐

孫建平，苑金勇，付江偉

（南水北調中線干線工程建設管理局天津分局，天津300000）

1 引言

南水北調中線干線工程建設管理局（以下簡稱中線建管局）的自動化調度系統以調水業務為核心，以自動控制為重點，運用先進技術，建設服務于閘站監控、水調業務處理、水質監測、工程安全監測、工程運行管理等業務的信息化作業平臺和調度會商決策系統，實現調水過程自動化和運行管理信息化，實現科學調度、高效管理、保障全線調水安全。

自動化調度系統是工程調度運行管理的神經系統，對工程的科學調度、可靠監控、高效運行、安全管理起著至關重要的作用。合理、高效、科學的資源配置和運維維護管理機制是決定各系統能否發揮最佳功效的重要因素。南水北調中線建管局天津分局（以下簡稱天津分局）利用天津干線工程特點，建設了一整套滿足生產需求的自動化調度系統并投入運行。

2 天津分局所轄工程概況

南水北調中線干線工程全長1 432 km，天津分局管轄工程包括中線總干渠崗頭隧洞出口至釜山隧洞進口明渠段和天津干線工程，其中，明渠段長度13.5 km，建筑物27座，主要建筑物為西黑山節制閘、劉莊分水口，其余為左排、渡槽和橋梁等。天津干線全長155.2 km，采用無壓接有壓全自流輸水形式。工程主要由地下埋涵構成，其中，調節池以上為無壓輸水段，長10.7 km；調節池以下為有壓輸水段，長144.6 km，主要建筑物有西黑山進口閘、文村北調節池、8座保水堰、9座分水口、3座檢修閘、王慶坨連接井、子牙河分流井、出口閘、倒虹吸及59個通氣孔。

天津分局管轄5個管理處，分別為西黑山管理處、徐水管理處、容雄管理處、霸州管理處及天津管理處。

3 天津分局自動化調度系統簡介

南水北調中線干線工程不僅具有線路長、覆蓋范圍大、地域分布廣、用戶多等問題的特點，還具有自動化控制要求高、實時性強、系統龐雜、管理復雜等特點，因此，必須采用先進信息采集技術、信息處理技術，自動化控制技術、計算機網絡技術、通信技術和現代化的運營、維護、管理技術與理念，建設一套完善的、先進的南水北調中線干線自動化調度系統對中線干線工程進行運營、維護和管理，從而保證全線調水安全。

天津分局信息自動化調度設有分局機關和5個現地管理處，管理19個現地站、1個節制閘、1個進口閘共計21處信息自動化機房。

自動化調度系統涉及天津分局所有現地站，在自建MSTP光傳送系統（華為OptiX OSN7500/10 G）的基礎上，通過IP網絡實現了安全監測、閘控、視頻監控、門禁、動環、視頻會議、消防聯網、安防、調度會商、應急管理等多個應用系統的集成。程控交換系統則直接利用光傳送系統進行模擬和數字信號的傳送（見圖 1）。

圖1 自動化調度系統組成

4 運行維護管理現狀

4.1 運行維護工作模式

2014年，信息自動化各系統陸續建設完成并投入南水北調中線工程運行，但運行維護工作并沒有引進新的維護單位，而是由建設期的施工單位負責維護，俗稱“過渡期”維護模式。

2017年，南水北調中線建管局通過統一招標采購引進了新的維護單位，開啟運行維護管理新模式。天津分局按照中線建管局“統一部署、分級管理”的要求，建立了分局、管理處、維護單位三級管理機制，在中線建管局領導下，由分局進行統一部署，管理處專業管理人員進行運行維護工作的現場管理，維護單位進行運行維護工作的實施，從而形成了“管養分離”的維護模式。

4.2 自動化調度系統運行現狀

4.2.1 通信系統運行現狀

在傳輸系統進行擴容和調整后，目前天津分局通信傳輸系統采用環網結構（西黑山節制閘和劉莊分水口納入河北環網），包括1個骨干環和5個區域環，環與環之間采用相切環或相交環的方式不僅能滿足后期分段調整原則，又能實現雙節點保護，提高網絡的安全可靠性，而且骨干環和區域環都采用的是兩纖雙向復用段共享保護環，具有容量大、保護性好等優點。設備選型上采用了MSTP光傳送設備（骨干環采用華為OptiX OSN7500/10 G、區域環采用華為 OptiX OSN2500/2.5 G）。

天津干線通信系統骨干環5由五個管理處、天津分局、子牙河北分流井組成；區域環1由西黑山管理處、文村北調節池、郎五莊南分水口、徐水管理處組成；區域環2由徐水管理處、北城南分水口、蘭溝河西4號保水堰、容雄管理處組成；區域環3由霸州管理處、王鋪頭分水口、口頭分水口、容雄管理處組成；區域環4由霸州管理處、牤牛河東6號保水堰、信安分水口、堂二里北8號保水堰、子牙河北分流井、天津管理處、王慶坨水庫連接井、得勝口分水口、西辛莊分水口組成；區域環5由霸州管理處、西辛莊分水口、得勝口分水口、天津管理處、堂二里北8號保水堰、牤牛河東6號保水堰組成。

4.2.2 通信光纜及通信管道運行現狀

天津干線通信光纜主要覆蓋箱涵兩側以及由渠道至各級管理機構，左、右岸光纜全長約350 km（左右岸各約175 km），全段左右岸光纜井共306個明井，暗井共241個。考慮傳輸組網需求和其他監控系統對光纖的需求，采用G.652單模光纖光纜組建光纜網。天津干線骨干光纜及引接光纜容量均為24芯，在干渠上游側（左側）敷設1條光纜，在干渠下游側（右側）敷設1條光纜。在干渠至各級管理機構之間以雙路由方式敷設引接光纜。光纜中按照松套管區分干線纖芯及區段纖芯（干線纖芯6芯、區段及其他纖芯18芯），干線光纜纖芯主要用于組建中線建管局、分局、管理處區域中心等通信站點間的傳輸骨干環，區段光纜纖芯主要用于組建管理處、現地站等通信站點間的傳輸區域環。

天津干線通信光纜采用在輸水箱涵兩側正上方各敷設24芯主干光纜，通信管道采用2孔硅芯管管道（見圖2），同時利用光纜監測系統對其運行狀況進行實時監測。工程從建成到使用至今，由于各種原因對光纜進行了多次修復，導致光纜物理性能下降明顯；硅芯管管道從建成到現在，由于各種原因導致部分管道已經沉陷斷裂，面臨無法修復的現狀，天津分局也計劃于近期開展所有管道的試通排查，制定整治方案，確保管道安全可用。

圖2 天津干線管道布置示意圖

4.2.3 計算機網絡系統運行現狀

計算機網絡系統分為控制專網、業務內網、業務外網三張網絡（見圖3），每張網絡承載不同業務系統，具有不同的網絡結構及安全防護級別。

控制專網承載閘站遠程監控系統，閘站遠程監控系統是南水北調中線干線工程核心自動化調度系統，負責各現地站設置各類數據的采集，并對閘站遠程控制；業務內網主要承載工程防洪、安全監測、水質監測信息、工程管理、視頻監控等輔助型生產信息系統，以及綜合辦公、財務、視頻會議等辦公類信息系統；業務外網主要負責互聯網訪問及應用系統的對外應用發布。

圖3 “三網”關系圖

4.2.4 閘控系統運行現狀

閘站監控系統屬于南水北調中線干線工程自動化調度系統與運行管理決策支持系統的一個重要組成部分，可以實現調度指令遠程自動控制，統一下發。天津干線采用暗渠輸水方式，控制設備分為液壓閘、卷揚閘、螺桿閘、閥門4種類型，測量儀表分為流量計、水位計、開度儀等。

4.2.5 安全監測系統的運行現狀

安全監測系統上線運行以來，通過對內管檢測儀器的實時監測，提供在線和離線綜合分析，并能生成監測報表，對工程安全進行有效監測，天津分局轄區內主要建筑物共有331座，安全監測內觀監測儀器2375支、外觀測點1192個、測壓管95個。另外天津分局轄區共設有53個監測站，其中西黑山管理處有5個安全監測站，徐水管理處有12個安全監測站，容雄管理處有11個安全監測站，霸州管理處有14個安全監測站，天津管理處有11個安全監測站。天津分局工程安全監測儀器數量統計如表1所列。

表1 天津分局工程安全監測儀器數量統計

天津分局安全監測范圍包括：明渠段（東黑山溝排水涵洞、南釜山西溝排水涵洞、曲水溝排水涵洞、西釜山北溝排水涵洞、西釜山西溝公路涵洞、西釜山西溝排水涵洞、西黑山溝排水涵洞、西黑山節制閘、劉莊橋、劉莊溝排水渡槽、棗園溝排水涵洞、沙套溝排水涵洞、白蓮峪橋、白蓮峪溝排水倒虹吸），西黑山進口閘樞紐（含排冰閘），西黑山左岸排水涵洞，東黑山陡坡，文村北調節池，劉莊分水口，Rt31通氣孔上浮箱涵，王慶坨連接井，子牙河北分流井，外環河出口閘，檢修閘3座，保水堰井8座，分水口及通氣孔附近箱涵19座，倒虹吸10座，鐵路涵4座，公路涵5座，穿越土坑段箱涵2座。

安全監測系統運行以來，內觀維護單位按照企業標準和合同文件對安全監測站進行巡檢，外觀維護單位對觀測點按照企業標準和合同文件進行巡檢，咨詢單位每月定時向分局提供安全監測月度分析報告，天津分局對分析報告進行審核，形成了“四位一體”的運行維護新模式。

4.2.6 視頻監控系統運行現狀

視頻監控系統依托業務內網系統，把現地站各監控點進行實時監控和存儲，從而實現視頻圖像的觀看、控制，錄像回放及將圖像解碼到電視墻進行觀看。視頻監控系統是分級管理，現地站、管理處和分局的權限不同，原有存儲架構是集中存儲、時時傳輸，所有前端攝像機的數據實時存儲到管理處的磁盤陣列上，這就導致占用帶寬非常大，對傳輸帶寬要求非常高，近期實施了傳輸擴容項目將視頻監控系統的存儲方式改為分布式，視頻數據就近存儲于現地站，管理處和分局需要調用時才進行傳輸，這就從根本上解決了時時占用傳輸資源的短板。

經統計，目前天津干線視頻監控系統的攝像機數量及分布情況如表2所列。

表2 視頻監控系統的攝像機分布

4.2.7 安防系統的運行現狀

天津分局安防系統采用振動光纜和一體化探測器進行布設，一體化探測器收到告警信息后將報警信息探測器傳輸至后臺主機處理并推送到監控平臺，視頻攝像頭轉動捕捉相關記錄。

天津分局根據安防系統建設的實際情況，成立了試運行小組開展天津管理處、西黑山管理處的試運行工作。試運行期間的告警頻率高，通過視頻圖像回放記錄查看發現絕大部分告警缺乏實用性，告警靈敏度過高。具體原因一是綠植干擾造成告警增多；二是風大造成圍網晃動，引起告警；三是系統中告警頻次未過濾，同一事件會引起數個告警；四是周邊環境惡劣，振動光纜被破壞，一體化設備損壞較多，修復周期長，引起告警。

目前，天津分局安防系統在西黑山管理處和天津管理處上線運行，運行狀況良好。

4.2.8 消防聯網系統運行現狀

由于現地站采用“無人值班、少人值守”的運行模式，因此，管理處對所轄的現地站消防狀態進行實時監控，當發生火災報警時，由管理處采取必要的解決措施。

消防聯網系統是為滿足整個南水北調中線干線工程消防集中監控管理需要而建設的，整個消防聯網系統主要實現遠程監控功能。包括火災報警無人值守遠程聯網監控功能，并可實現查詢各類報警信息及設備狀態、原因等功能；電子地圖分布顯示、打印各種報警信息及原因，消防設施管理維護功能，消防預案功能，且具備自動監控及防雷保護功能等，以便管理處對現地站的監控。

消防聯網系統分現地站、管理處消防監控中心、分局消防監控中心等3部分組成（見圖4），利用計算機網絡系統（業務內網）實現現地站、管理處，分局之間聯網。通過配置消防聯網專用設備（消防通信轉換器），實現分局、管理處與現地站已安裝的消防報警系統聯網，在管理處配置消防聯網監控中心，在分局設置消防聯網通信服務器。各消防聯網監控中心通過消防聯網監控軟件實現各類監控和管理。

圖4 消防聯網系統層次結構

5 自動化調度系統存在的問題及相應的策略

5.1 機房實體環境

為了給機房信息自動化設備提供更好的工作環境、為了打造中線建管局統一的機房環境標準，天津分局實施了機房實體環境提升工程。機房統一使用防靜電地板、統一使用格柵吊頂、統一使用平面光源和應急照明，機房墻面用鋁塑板進行包封，進一步提升機房的整體環境。

5.2 線纜整治

由于建設期工期緊、任務重，信息自動化管理人員有限等一系列原因，導致機房線纜布放不符合規范要求；由于標簽標識未進行統一規范，造成各種標簽標識參差不齊。天津分局響應中線建管局統一部署，上下合力解決以上難題，實施了電纜溝及橋架線纜整治工程。整治后的線纜實現了“三線分離”，滿足了相關規范要求，標識標簽規格統一、內容詳實、標準規范。

5.3 光纜管理

光纜作為自動化調度系統重要的基礎設施，是各類數據及信息傳輸的基礎物理通道，承載著所有的業務，是系統得以正常運行的最基本的保障，也是最寶貴的基礎資源。之所以說它寶貴，主要是自動化調度系統中箱涵兩岸分別只有24芯，加上各種業務占用、指標老化，可謂所剩無幾。另外，天津干線暗涵非永久征地，后期光纜擴容十分困難。從建成到使用至今，由于各類原因對光纜進行了多次修復，導致物理性能下降明顯。為避免因光纜性能下降影響數據及信息傳輸質量，天津分局遵照中線建管局規定，原則上對故障光纜的中繼段進行整體更換，維持原設計標準，不得在中斷處直接進行接續，人為增加接頭數量。另外，利用箱涵停水檢修的大好時機，進行論證研究，計劃在箱涵內敷設水纜，以滿足日后擴容需要。

5.4 網絡安全

根據承載信息的重要性和安全可靠性要求不同，中線建管局信息自動化計算機網絡系統分為控制專網、業務內網和業務外網三張網。為了確保網絡安全，天津分局培訓中線建管局開展了專網的攻防演練活動，并啟動網絡安全加固項目，通過新增防火墻、登錄認證、身份識別等手段，確保三張網安全運行。

5.5 標準化建設

為了進一步推進標準化建設，中線建管局統一發布了信息自動化11個專業系統運行維護技術標準，分別是程控交換系統、動環監控系統、機房空調系統、機房實體環境、門禁入侵報警系統、視頻監控系統、通信傳輸系統、通信電源系統、通信管道、光纜、綜合布線系統、綜合會商會議系統。

天津分局按照標準要求加強對維護隊伍的管理，及時跟進維護進程，按時完成維護工作，確保自動化調度系統安全平穩運行。

6 信息自動化運行維護管理發展的思考

當今社會，信息通信新技術、新手段、新思路不斷涌現，大數據、云平臺迅速發展，自動化調度系統運行維護以來，部分設備已經瀕臨淘汰的邊緣，為了適應時代的發展以及更方便管理者對業務的管理，天津分局自動化調度系統的運行維護發展也要緊隨時代步伐，本著為調水服務的本質，不斷提升管理水平和手段。

6.1 探索“自維”模式

目前的“管養分離”的模式適應運行初期工程實際，但隨著工程進入常態化運行階段，該模式帶來的核心技術受制于人、技術人才難以培養、運維隊伍變動頻繁、運維質量把控困難、運維成本居高難下等問題越發凸顯。從長遠看該模式會帶來“空殼化”的危險，不僅不利于中線建管局的事業發展，更會危及工程運行安全。

目前，中線建管局已經成立了自己的維護公司，形成由“代維”向“自維”轉變的新局面。

6.2 利用大數據智能云平臺等手段運行維護

近年來，大數據、云平臺發展十分迅速，可以借助大數據智能云平臺新技術手段提升運行維護管理的效率。如網絡管理系統，可以利用云平臺時時傳輸至管理者手機終端，或者按照告警級別時時傳送信息給相應的管理者，這對故障的及時響應十分有利；也可以將消防聯網系統接入智能云平臺，掌握時時的告警狀態；總之，通過這一新技術手段，可以解決原來解決不了或者很難解決的問題，從大數據智能平臺中提取管理者需要掌握的信息。

6.3 開展干線光纜擴容項目

南水北調中線建設期在干渠兩岸只敷設了24芯的干線光纜，采用硅芯管直埋的方式，從建成到使用至今，由于各類原因對光纜進行了多次修復，導致物理性能下降明顯。并且，隨著新業務的上線，占用干線光纜也是不得已，目前所剩無幾，考慮到后續運作期新業務的需求更加旺盛，光纜資源占用也是常態，所以盡快開展干線光纜擴容項目已經刻不容緩。

7 結語

運行維護管理是一項龐大的系統工作，是各個專業的相互融合，是各個部門的相互配合，是一個維護團隊能否高效運行的體現。天津分局堅持以問題為導向，通過優化維護模式，增強技術力量，堅持“水利工程補短板、水利行業強監管”的工作總思路，做好南水北調信息自動化運行維護管理工作。