水情自动测报系统在沙畈水库的应用

2010-11-15吴军华

浙江电力 2010年5期

吴军华，李樱

（金华市沙畈水库管理处，浙江金华 321062）

1 系统综述

1.1 流域概况

金华市沙畈水库位于钱塘江水系的金华江白沙溪上，距离金华城区50 km，是以灌溉、供水为主，结合发电、防洪等综合利用的水利工程。水库坝址以上控制流域面积131 km2，流域多年平均降水量为1 781 mm，最大单站24 h站降水量376 mm，多年平均径流量1.51亿m3，平均入库流量4.76 m3/s。水库正常蓄水位270.06 m，相应库容7 696万m3，总库容8 555万m3。发电引水系统全长954.55 m，装机2×5 000 kW，年均发电2 200多万kWh。

1.2 建设水情自动测报系统的必要性

沙畈水库建成以后，对金华市的社会、经济、生态等综合效益十分明显，同时，与下游水库联合调洪，基本能控制白沙溪流域的洪灾损失。但流域内现有水文观测设备仍较落后，观测误差大，信息传递不及时，已不能满足洪水预报和水库现代化管理的需要。为保证水库安全防汛，合理利用水资源，提高灌溉、发电的效益和工程的运行管理水平，有必要采用现代化水文测报、洪水预报和水库调度技术，建设水情自动测报系统，为水库运行管理和防洪、指挥提供实时的水文信息。

1.3 建设可行性

水情自动测报系统是在计算机的监控下，利用有线或无线设备，配备传感器和数据采集终端，自动采集、传输和处理水文参数，并实时进行洪水预报及水库优化调度的自动化系统。

根据水库防汛工作的需要，结合流域内地形地貌和流域隆雨分布的特点，考虑组建通信网的实际，建设该系统既要满足防汛安全调度的需要，又要求无线网结构合理、遥测站分布均匀，便于管理，节省投资，并且应可靠、实用、具有先进性。

2 遥测通信网

2.1 遥测站的选址与布置

系统采用1∶1∶6的组网方式，即1个中心站、1个中继站、6个遥测站（坝上站、坝下站、进库站、银坑站、门阵站、小源口站），其中中继站是在银坑站、门阵站、小源口站、进库站信道无法与中心站直接连通的情况下设置的，位于离进库站约300 m的白杨尖上。6个遥测站中，坝下站为水位站，坝上站、进库站为水位雨量站，银坑站、门阵站、小源口站为雨量站，银坑站、门阵站、小源口站、坝上站4个雨量站建库之前就已存在，进库流量站为水库建成后设立。系统站点分布见图1。

图1 系统站点分布图

2.2 通信网的技术要求

（1）超短波通信信道数据传输的误码率应小于10-4。

（2）信道通畅率大于99%。

（3）电路设计除要留出足够的衰减余量和外噪声恶化量之外，还必须留有余量，以保证通信的可靠性。一般情况下，中继线路的信道余量取M≥10 dB，遥测站的信道余量取M≥5 dB。

（4）在系统组网测试选点时，既要考虑遥测站的代表性，又要尽量把站点设在交通方便、有人看管的地方。经信道测试选定的站点位置，施工时不能随意改动，以免影响通信质量。

2.3 无线电通信频率的选择

（1）系统采用超短波通信，使用国家无线电管理委员会批准的用于防汛水情自动测报系统专用通信频率230 MHz。

（2）系统具有通话功能。通信电台除用于数据传输外，还保留无线话路功能。系统数据传输是单向的，即从测站到中继站再到中心站，而话路必须为双向、异频单工方式。遥测站、中心站配置异频单工车载电台，中继站配置双工电台。

（3）系统采用一对频率点，具体频率点需无线电管理委员会审批，同意后方可正式使用。

3 设备的配置、主要功能

3.1 中心站

中心站是全系统的核心，担负着整个系统水文数据收集、处理、存贮、显示和打印各类水情报告等任务，因此中心站设备的可靠性十分重要。计算机可以配置成单机运行或双机运行等网方式运行，也可以在网络的客户机/服务器方式下运行。中心站一般采用前台机与后台机等网方式运行，两者互为备份，以提高系统的可靠性。系统采用双机运行。设备配置为：T2010通信电台，YSK-1型中心控制仪，SD1731W2直流电源，C1KVA在线式UPS，计算机、打印机、稳压器，天线、馈线、同轴避雷器，如图2所示。

图2 中心站系统结构示意图

中心站的主要功能是：

（1）能够接收有线和无线方式传来的数据，并能对数据进行CRC校验及合理判断，确保数据的正确性和完整性。

（2）数据显示功能可以将当前和历史的水情、雨情及系统的站点信息、状态信息等以表格、图形（各种曲线）、地图分布等方式显示在屏幕上，并可进行切换。

（3）数据打印预览及打印功能。

（4）数据管理功能，可以对数据库中的信息进行查询、修改、增删，并负责维护数据库共享时的安全。

（5）站点设置及系统参数设置，可以动态设置站点的信息，如站名、站号、位置、类型、雨量参数、水位参数等，也可以动态设置系统参数，如遥测端口地址、端口是否开启、是否上网运行等。

（6）洪水预报模型，可以根据不同的预报模型，输出定时预报的图形、表格及预报调度的图形与表格。

（7）具有故障告警、越限告警功能。

3.2 遥测站

遥测站是水情自动测报系统中的基本单元，能按照系统设计的要求，及时准确地自动采集、编码和处理水文参数，并发送到数据收集中心，再发送至中继站。设备配置选型为：DY1090A遥测雨量传感器，WFH-2型细井式水位计，YS3360型遥测终端机，T2010电台，天线、馈线、同轴避雷器，太阳能电源、蓄电池，如图3所示。

图3 遥测站系统结构示意图

3.3 中继站

根据系统组网的要求，需设定白杨尖中继站，库区的4个遥测站都需要经过中继转接才能与中心站沟通。

中继站可分为模拟中继和再生中继，模拟中继设备配置简单，可以转接数据信号和话音信号，缺点是会产生噪声积累，抗干扰能力差。

系统中继站采用再生数据中继方式，对数据信号经纠检错处理后再生重发，具有很强的抗干扰能力。系统在需要通话时，还可以使中继站从再生中继方式转换到模拟中继方式。

设备的配置选型为：LM230D全双工电台，ZSZJ-1型中继仪，馈线、天线、同轴避雷器，太阳能电池板、蓄电池。

4 影响系统可靠运行的主要因素

4.1 供电问题

中心站要备有不间断的直流稳压电源，在交流电失电的情况下，保证中心站系统设备能够继续正常运行。

各个遥测站建在偏远山区，一般都无法保证交流电的供电时间和电压质量，较可行的是采用太阳能电池板对蓄电池进行浮充的供电方式。自报式遥测雨量站只发送雨量信号，功耗很低，可采用12 W的太阳能电池板和1只12V38AH的免维护蓄电池组成浮充供电装置。因为通信接收机一直处于开机值守状态，3个遥测雨量站和1个进库水位雨量站的信号都需要经过其中转，使中继站功耗较大，可采用90 W的太阳能电池板和2只12V100AH的免维护蓄电池供电。

山区日照时间一般比平原地区少，所以平时应加强巡查，及时清理太阳能板上的灰尘和污物，保持太阳能板的清洁，对于遮挡采光的树木要及时清理，以便收集光源，保证有足够的充电电压和时间。免维护蓄电池的使用年限一般是3～4年，在到达使用年限时要及时更换，以保证各测站设备的正常运行。

4.2 防雷问题

雷击的主要途径是天线系统、电力线路和信号传输线，可采用以下措施减少雷击的损害：

（1）在天线、馈线系统安装同轴避雷器，要可靠接地，雷击时向大地泄放通信采样线路频率带宽以外的其它信号电流，起到保护设备的作用。

（2）在中心站的UPS前，安装电源避雷器和电源隔离变压器，旁路从交流电网感应来的雷击信号和干扰信号。

（3）在雨量信号线和水位信号线的输入端分别加入瞬时电压吸收器件和光电隔离，吸收外来干扰。

（4）新建站房时应铺设环形均衡接地网，接地电阻要求小于10 Ω，对不能铺设环形均衡接地网的，接地电阻要求小于5 Ω，每两年应检测1次接地电阻。

（5）在铺设接地网时，尽可能选在土质松软的地方，接地体周围的土壤应夯实，使之密切结合，沟内不可填入砂石砖头等杂物。为了增加其导电性，也可在接地桩和偏铁周围铺入木炭和食盐。

（6）各站均应安装避雷针，天线、雨量计、太阳能电池板、站房应在避雷针的保护范围内。避雷针要可靠接地，地网垂直导体之间的距离要大于垂直导体的长度（深度），否则接地网无效。

系统从2001年投入运行至今，经历多次强雷电、台风的袭击，除中心站电脑曾受到雷击损坏外，其余设备都运行稳定，遥测站不使用交流电至今没有受到雷击，设备运行稳定可靠。引起电脑损坏的主要原因是交流线路受到雷击，有强电流瞬时流入。因此，为了防止设备受到雷击而损坏，可以在雷电来临时关闭交流电源，启用备用直流电源，以保证设备安全正常的运行。