黄家湾水利枢纽工程综合自动化系统设计探讨

□冯 倩（贵州省水利水电勘测设计研究院）

1 概述

黄家湾水利枢纽工程位于贵州省紫云苗族、布衣族自治县境内的格凸河中游河段，格凸河是蒙江的右源支流，而蒙江属珠江流域红水河水系干流的一级支流。黄家湾水利枢纽工程是综合性的水利工程，主要任务是灌溉、城乡生活供水并兼顾发电。工程现阶段拟建包含1个电站和9个泵站，分别是黄家湾电站，装机容量为2×9500+1×5000 kW；长征桥泵站，装机容量为4×2240 kW；摆山泵站，装机容量为1×315 kW；懒龙坡提水站，装机容量为1×280 kW；板坝泵站，装机容量为2×200 kW；板猫提水站，装机容量为3×800 kW；羊场泵站，装机容量为3×425 kW；箐口泵站，装机容量为3×300 kW；平寨泵站，装机容量为2×30 kW；高坎子泵站，装机容量为2×11 kW。

根据黄家湾水利枢纽工程电站、主要泵站等建筑物的布置特点，实现科学合理管理，初拟黄家湾电站及摆山泵站、长征桥泵站、箐口泵站、羊场泵站、懒龙坡泵站、板猫泵站共设一个控制中心，设置在黄家湾电站。

2 总体设计思路

2.1 全线自动控制，实现自动化统一调水

为实现灌区骨干管网输配水管理，系统采用水量调度监控一体化调度控制作业，对输水管线上阀门、泵组实行统一控制，保证全线顺利输水。

2.2 建设专用通信网络，保障调度信息畅通

保障数据传输即时、信息畅通，是实现水量自动化调度的基础。建设高性能的专用通信传输系统是保证信息自动化系统信息畅通，支撑应用系统实现安全输水、精确配水的调度目标。

计算机网络系统是自动化调度系统的载体，根据各个应用系统对网络实时性、安全可靠性、带宽要求建设计算机网络。各个计算机网络之间通过安全隔离实现互通，以保证系统安全。为提高网络安全性、可扩展性，计算机网络结构采用层次结构。既便于系统扩容，又可以将故障的影响面控制在一定范围，还可以根据每层的重要性实施不同安全策略，更好地处理网络安全与投资的关系。

通信系统为计算机网络系统提供基础通道，通信系统的性能决定了网络的性能，采用分层的网络结构，以提高网络的灵活性、可扩展性、安全性，既便于电路调度、网络维护、系统扩容，将故障影响控制在最小范围。同时，根据每层的重要性采用不同安全策略，更好地处理网络安全与投资的关系。

行政电话及语音调度系统是自动化调度系统的辅助措施和必须的备用手段，采用调度合一程控交换系统与计算机集成技术，实现当代计算机终端调度的同时又可实现传统的键盘调度，还可以实现容灾备份，提高网络安全性。

3 建设目标

黄家湾水利枢纽工程自动化系统设计分为10个系统：水情自动测报系统、墒情自动测报系统、工程安全监测系统、闸门远程控制子系统、泵站计算机自动监控子系统、电厂计算机自动监控子系统、视频监视系统、水力量测系统、视频会议系统、水费计量与管理系统。

3.1 水情自动测报系统

对黄家湾水库和整个灌区建立雨水情自动测报系统，自动采集传输入库雨量、水位、流量等信息。选择安全、可靠、快速的通讯方式，全面地掌握水库坝址以上的水、雨情信息。

3.2 墒情监测测报系统

对整个灌区建立墒情实时监测系统,实现固定站无人值守情况下的土壤墒情数据(电导率、含水量、温度)的自动采集和无线传输，对土壤墒情的发生、发展及变化进行实时监控和分析，及时准确地掌握监测站的土壤状况。

该系统设置监测站和信息中心,信息中心对收集的实时信息进行加工处理，形成简明的图表信息，供各级防汛抗旱部门随时调用或查询。同时，通过网络系统和地理信息系统（GIS）的结合，对农田墒情、雨情、旱情、灌溉、用水以及农业生产等综合信息实行一体化系统管理，从而为抗旱除涝决策提供科学依据。

3.3 工程安全监测系统

建设工程安全信息采集系统，监视及预警工程建筑物的运行状态，保障工程的安全运行。

3.4 视频监视系统

设置视频监视系统，使运行管理人员能直观地观察到工程及设备的运行状况，保障工程的运行安全和设备财产的安全。

3.5 闸门远程控制系统

建立闸门远程控制系统，可实现中心站远程查询各工作闸门机电设备、闸前水位等实时数据，必要时对各闸门进行远程监控，并对运行过程中的各种事故、故障进行告警与记录。

3.6 泵站计算机自动监控系统

对长征桥等6座泵站的计算机监控系统按无人值班（少人值守）运行方式设计，可定时采集机组、变压器、断路器、生产设备等的运行参数和运行状态，更新实时数据库，并可根据需要，向中心发送采集的各种数据和事件信息。计算机监控系统采用分层分布开放式网络结构，分主控级和单元控制级，主控级完成全站监控功能，可接受分控中心站对泵站远程监控。

3.7 电厂计算机自动监控系统

电站计算机监控系统是一个可以监测全厂生产、运行的综合系统。按无人值班(少人值守)运行方式设计，可定时采集机组、变压器、断路器、生产设备等的运行参数和运行状态，更新实时数据库，并可根据需要，向中心发送采集的各种数据和事件信息，受控于电力系统的调度运行。采用以计算机监控为基础的集中监控方式，计算机监控系统采用分层分布开放式网络结构，分主控级和单元控制级，主控级完成全站监控功能，负责与电力系统和调度中心及其它系统通讯。

3.8 水力量测系统

采用超声波、堰流等方式，对总干渠（支渠及终端用户等）的输水（用水）流量进行自动测量，实时掌握整个灌区内的供配水量情况，为合理和优化配水及闸控制提供技术保证，为用水计量提供科学依据，真正实现输供水调度的自动化，提高数据采集和处理的可靠性，减少人员巡测消耗。

3.9 水费计量与管理系统

对工程的运行管理来讲，灌区的水费计量是重要组成部分。应通过相应的软硬件设施，对灌区内各需水用户的用水情况进行掌握和管理，并通过电子手段，将相关数据输入计算机，进行数据的分析、统计和管理。

4 控制系统网络结构

系统的通信网络采用开放式、分层、分布式网络结构：

一层通信网络：调度中心（设在安顺）与控制中心的通信，租用光纤通讯网络。二层通信网络：控制中心与电站、泵站、闸站等的通信。自建工业级以太网通讯网络。

黄家湾电站及摆山泵站、长征桥泵站、箐口泵站、羊场泵站、懒龙坡泵站、板猫泵站由16芯单模光纤组成通讯系统，采用目前技术成熟的2.5GSDH设备进行组网。从网络运行可靠性考虑利用16芯组成二个2.5GSDH环形网络。该网络具有自愈功能，并且组网灵活，便于扩展，可靠性高。该网络可同时传输各泵站运行数据及状态和视频信号。

5 功能

自动控制系统能实时、准确、有效地完成对控制对象的安全监控，满足工程安全、可靠输水、配水的需求。其主要功能包括：数据采集和处理；安全运行监视及报警；实时控制与调节；人机接口；趋势分析及事故追忆；运行参数统计记录与生产管理；运行及操作指导；历史数据（报表、曲线、事件、事故及故障）的查询和打印；数据通信功能。

6 设备配置

该控制中心配置二台操作员工作站、一台通讯调度工作站、故障报警工作站及工程师工作站等。操作员工作站可实现对黄家湾电站及摆山泵站、长征桥泵站、箐口泵站、羊场泵站、懒龙坡泵站、板猫泵站各重要设备的监测、监视和遥控。

7 结语

工程涉及水文、工程地质、工程建筑物、机电及金属结构、淹没、征地移民、环境影响、水土保持、防汛抗旱等涵盖建设期、运行期方方面面的管理及信息利用，采用现代信息技术能够更加快捷和有效实施各环节的信息互通，提高工程建设与运行的管理水平，实现工程建设与运行信息化。

[1]李霞.黔中水利枢纽一期工程综合自动化系统设计研讨[J].机电信息，2010（12）.