大伙房水库输水工程语音报警系统限值问题的研究

刘利军

（大伙房水库输水工程建设局，沈阳 110166）

大伙房水库输水工程语音报警系统限值问题的研究

刘利军

（大伙房水库输水工程建设局，沈阳 110166）

大伙房水库输水工程目前已经向辽宁中南部6个受水城市供水，供水任务日益艰巨。为了保证输水工程日常的安全运行，文章以输水工程全线的干线高程为例，引入各测点测值的相对正常波动幅度的概念，进一步得出了日常各测点正常波动的上下限及限值区间。经过验证，以相对正常波动幅度为基础的限值区间能够包括各测点正常波动范围内的绝大多数测值，是语音报警系统设值合理且有效的一种方法。

输水工程；相对正常波动幅度；限值区间

截止2014年4月1日，大伙房水库输水工程已经向抚顺，沈阳，辽阳，鞍山，营口和盘锦6个受水城市供水。

由于供水量还远未达到设计供水量，目前全线采用密闭重力流输水方式即可满足各市的供水要求；同时由于取水头部瞬时流量远小于设计流量，抚顺配水站A线未投入运行。

2 输水工程设置限值区间的必要性

日常的输水过程（没有调流、充水、停供等水力调整）中，受水各支线的流量基本保持不变，大伙房水库的水位在1d之内的变化也很微小，一般不超过0.1m。

水力学中将在流场中任何空间点上所有的运动要素都不随时间而改变的水流称为恒定流，因此将大伙房水库输水工程看成一个系统，大伙房水库水位是其上游边界条件，各受水支线的流量是其下游边界条件，在上游边界条件和下游边界条件几乎不变的情况下，可以认为整个的输水系统为类恒定流（非严格意义的恒定流）［4］。

在实际中，由于紊流的脉动特性，水力系统内部及外部的正常微小干扰等，各测点的测值总是表现为围绕某一确定的值在一定范围内上下波动。

为了保证整个输水系统的安全，对各测点设置一定的限值区间，当某一测点的测值在其设置的区间内波动时，被认为是正常的；一旦超出，就有理由怀疑系统内某处是否有异常情况或误操作等［5］。

如果限值区间设置得小，容易将测值正常的波动变化误认为是异常的情况而报警；如果限值区间设置得大，一些测值的异常波动又很容易被误认为是正常的情况而不加以识别，进而可能威胁全线的输水安全，因此限值区间的取值问题重要而敏感。

3 输水工程报警限值问题的研究

3.1 各测点相对正常波动幅度初探

大伙房水库输水工程全线的监视主要以高程和流量为指标，尤其以高程最为重要，这是因为目前压力的测量精度远远高于流量的测量精度，而且瞬时流量传感器在检测时间较小时测量值受随机噪声信号的影响很大，真实特性时间历程的辨识比较困难，更重要的是流量传感器比压力传感器投资高的多［6］。

在没有调流、充水、停供等水力调整的情况下，从全线压力流量的运行报表中，初步选取若干没有水力及其它异常干扰的的日报表：2014年3月8日，3月9日，3月14日，3月22日，3月27日，4月3日，4月11日，4月19日（3月8日的全线压力流量报表指3月8日8：00—3月9日7：00，全线的压力流量数据每隔15min从数据库中提取1次，其余同）。其中，3月8日—4月3日6日报表作为研究，4月11日和4月19日两日报表作为验证。

为了对问题进行简化，同时又能够监视全线的变化情况，选取全线的22个干线高程作为研究对象：抚顺站B线进、出口高程，沈阳1站A线和B线进、出口高程，沈阳2站A线和B线进、出口高程，辽阳站A线和B线进、出口高程，鞍山加压泵站T16调流阀进、出口高程以及全线的6座双向稳压塔高程（7号稳压塔测量值与实际值存在偏差，8号稳压塔未投入运行，故未包含在此次讨论之列）。

对前6d报表分别求其均值，最大值，最小值，定义正常波动幅度和相对正常波动幅度为：

进一步定义每日报表的限值区间的下限和上限分别为：

实际操作中，由于只对数据保留小数点后两位有效数字，因此需要对得出的下限和上限分别向下取整和向上取整，以保证报表中的数据尽可能地被包括在下限和上限包围的区间中［7］。

使用上述方法即可3月8日—4月3日6日报表的22个测点的限值区间。查看每日报表各测点测值在其限值区间内外的散落情况，发现除3月8日沈阳1站A线出口高程有96个测值中的11个散落在其限值区间之外，其余最多的散落在其限值区间之外的数据是3月14日的5号稳压塔高程（有6个测值），初步说明了这种设置限值区间的方法的合理性［8］。

进一步求取22个测点的相对正常波动幅度，剔除3月8日—4月3日6日报表中每个测点相对正常波动幅度的最大值和最小值，取其均值，得出每个测点的相对正常波动幅度，见表1。

表1 各测点高程的相对正常波动幅度

3.2 以相对正常波动幅度为基础的限值区间的验证

分别以4月11日和4月19日两日报表7：00—8：00的4个时刻的测值的均值为基准值，根据表1中各测点的相对正常波动幅度，得出各测点当日的限值区间。发现各测值不在其限值区间内的情况见表2。

从表2可以看出，总体上，以相对正常波动幅度为基础的限值区间能够包括绝大部分测点的测值；4月19日的情况要明显优于4月11日。

4月11日的沈阳1B出口不在限值区间内的测值数异常多，经查看当日报表，发现沈阳1B出口高程当日数据波动异常，最大值和最小值分别为98.41和97.11，相差1.3，而当日全线并无水力方面的调整，而且沈阳1A线进、出口高程和B线进口高程当日最大值和最小值相差分别为0.17，0.18和0.17，因此可以判断沈阳1B线出口高程测值波动异常为非水力方面的原因，可能是压力传感器异常、电磁干扰等引起的。

再将表2中不在限值区间内测值数超过9的测点的最小值和最大值区间及限值区间列于表3（不包括4月11日的沈阳1B出口）。

表2 各测点测值不在限值区间内的统计

从表3可以发现，限值区间和最小值及最大值区间存在微量的不重合是引起各测点测值不在限值区间内的主要原因。

以不在限值区间内测值数最多的4月11日的沈阳2A进口和4月19日的沈阳1B出口为例，报警区间分别为［96.69，96.75）和（98.01，98.04］，长度分别为为0.06和0.03，不在限值区间内测值数竟达到了为33和30，占全部92个测值的比重竟达35.86%和32.6%。

同样以不在限值区间内测值数最少的4月11日的辽阳A进口和T16进口为例，报警区间分别为（65.94，65.96］和［65.54，65.58），长度分别为为0.02和0.04，不在限值区间内测值数均为10，占全部92个测值的比重也达到了10.86，进一步说明了各测点限值区间设值的敏感性。

表3 最小值及最大值的区间和限值区间的比较

4 结 论

以相对正常波动幅度为基础的限值区间包括了各测点绝大多数正常波动下的测值，这说明了用这种方法设置大伙房水库输水工程语音报警系统上下限的合理性。

同时由于得出各测点的相对正常波动幅度的样本有限，以及设置限值区间时基准值的随机性等，各测点的限值区间与正常波动下的最小值及最大值区间总是会出现不完全重合的现象，而即使是微量的不重合，也可能会导致语音报警系统的误报率急速上升，此时就有赖于值班人员的监视与判断。

总之，以相对正常波动幅度为基础的限值区间的语音报警系统极大地提高了输水工程日常监视的自动化水平，减少了人为主观的失误，保证了输水系统的安全。

另一方面，积累更多的可用样本，提高各测点的相对正常波动幅度的精度，减少限值区间和最小值及最大值区间的差异，进一步降低误报率，也是继续努力的一个方向。

［1］吴持恭.水力学［M］.北京：高等教育出版社，2003：139－145.

［2］周晓乐.辽宁省大伙房水库输水工程土壤流失动态监测及评价［J］.水土保持应用技术，2013（05）：25－27.

［3］郭新蕾.调水工程管道系统泄漏检测的全频域法［M］.郑州：黄河水利出版社，2010：39－43.

［4］宗兆博，汪魁峰，刘大为.大伙房输水工程泵送钢纤维混凝土配合比设计［J］.东北水利水电，2008，26（06）：1－2.

［5］郑丽丽，李征，朱辰.文语转换技术在水电厂语音报警系统中的应用［J］.水自动化与大坝监测，2002，26（06）：7－9.

［6］王永红，张丽丽，戴学丰，刘树东.基于ARM微处理器的语音报警系统设计与实现［J］.齐齐哈尔大学学报，2007，23（01）：89－91.

［7］邹泽兵.基于单片机的语音报警系统［J］.中国新技术新产品，2009（14）：3－4.

［8］权强强，薛婷，贾存良，宋永宝.应用于中小型PLC系统的矿用语音报警系统设计［J］.自动化技术与应用，2010，29（02）：124－126.

Study on Voice Alarm System Limit Value Problem in Dahuofang Reservoir Water Diversion Project

LIU Li-jun
（Dahuofang Reservoir Water Diversion Project Construction Bureau，Shenyang 110166，China）

The water diversion project of Dahuofang Reservoir has supplied water for 6 cities in the middle and northern part of Liaoning Province；it is a tough water supply task. In order to guarantee the routine safe operation，the relatively normal fluctuation concept at each check point is introduced，taking the elevation as example along the diversion pipe and the upper and lowest values of fluctuation range at each point are obtained. Through the examination，the range based on relatively normal fluctuation is able to include the most values in the fluctuating range and is reasonable and effective method for voice alarm system.

water diversion project；relatively normal fluctuation；limit value range

TV672.2

A

1007－7596（2014）08－0004－04

1 大伙房水库输水工程简介

大伙房水库输水（二期）工程是国内管道输水距离最长、输水量最大、供水方式最复杂的水利工程，其主要任务是将一期工程调入大伙房水库的水，通过调节有效地输配给辽宁中南部抚顺、沈阳、辽阳、鞍山、营口、盘锦、大连等7个城市，并为改善浑河、太子河流域生态环境和农业供水创造条件［1］。

目前己建成的一步工程主要包括取水首部、29.1kmDN6000输水隧洞及连接段、231.7km输水管道（抚顺西—沈阳1站15.64km2×DN3200PCCP管，沈阳1—沈阳2站15.72km2×DN3200PCCP管，沈阳2—辽阳站55.7km2×DN2400PCCP管，辽阳－鞍山站25.41km2×DN2400PCCP管，鞍山—营盘站41.37kmDN2400PCCP管，营盘—营口接管点31.06kmDN1800RPMP管，营盘—盘锦接管点45.3kmDN1400RPMP管）、7座配水加压站（抚顺站、抚顺西站、沈阳1站、沈阳2站、配水站、鞍山加压泵站、营盘站）、8座稳压塔（1＃—6＃稳压塔为双向稳压塔；其中1＃稳压塔为高位水池，在抚顺站内；2＃－6＃稳压塔为倒U型管，2＃稳压塔在抚顺西站内，3＃稳压塔在沈阳1站内，4＃和5＃稳压塔在沈阳2站和辽阳站之间，6＃稳压塔在鞍山加压泵站内；7＃和8＃稳压塔为单向稳压塔，型式为方形，分别在营盘站内T18和 T19调流阀后）、20个调流阀（1＃—6＃在抚顺站，其中 1＃—4＃为干线调流阀，5＃和 6＃为支线调流阀；7＃和 8＃为沈阳 1支线调流阀；9＃—14＃在沈阳 2站，其中 9＃—12＃为干线调流阀，13＃和 14＃为支线调流阀；15＃为辽阳支线调流阀；16＃和17＃分别为鞍山加压泵站干线和支线调流阀；18＃和19＃分别为营盘站营口支线和盘锦支线调流阀；20＃为抚顺西站支线调流阀）等。鞍山以上采用重力流输水方式，以下采用串联加压输水方式［2－3］。

2014－05－05

刘利军（1985－），男，山西忻州人，助理工程师，研究方向为从事管道输水工程。