水电站水工闸控系统设计

水电站水工闸控系统设计

牛广文边玉国

(兰州工业学院，甘肃 兰州730050)

【摘要】水工闸门的可靠运行直接关系到水力发电厂的整体运作，本文运用先进的工程理念设计了一套水电站水工闸控(闸门监控)系统，经过运行取得了良好的效果。

【关键词】水电站；水工闸门；监控

中图分类号：TV736

Hydropower station hydraulic gate control system design

NIU Guangwen, BIAN Yuguo

(LanzhouInstituteofTechnology,Lanzhou730050,China)

Abstract:Reliable operation of hydraulic gate is directly related to the overall operation of power plants. Advanced engineering ideas are used to design a set of hydropower station hydraulic brake control (gate monitoring) system. Good effects have been achieved after operation.

Key words: hydropower station; hydraulic gate; monitoring

1概述

水利作为国家的基础行业，其智能化是发展的必然趋势。先进的水库闸门自动化控制系统，不仅可以提供准确的水务信息，而且提高了闸门控制可靠性，加强了水库运行的安全性，增加了水库的运行效益，为上级部门科学调度提供了科学依据。

本文运用当前先进的工程理念设计了一套水电站水工闸门监控系统，通过运行发现其具有很高的实用性、经济性、可靠性。

2系统结构设计

水电站水工闸门监控系统是集监督、测量、控制、保护、信号、管理等于一体的计算机综合自动化系统，实现主控室内集中数据显示、分析、处理，分散控制和保护，并能够通过计算机网络实现将闸门运行数据和状态实时、真实地展示在各级管理人员面前，其系统结构如图1所示。

图1　闸控系统结构

系统主要用于水库闸门现地控制和远程控制，可在现地单控、群控，也可在异地远程遥控。被控闸门可以是平板门、弧形门、液压门、快速门等，提升方式可以是卷扬式、液压式、螺杆式等。

闸门的群优化运行及调度技术，使系统能根据水情及洪水预报计算结果，决定闸门的泄洪量及其他参数，传输给闸门控制系统，实现远方调度。

3视频系统设计

水工闸门视频系统是信息技术在水电站中的一项重要应用，它可以使运行管理人员足不出户就可以知道水工设备当前的运行状况，甚至发现险情，并通过录像进行事故追忆分析。

本文的视频监视系统由一体化智能摄像机、视频处理设备、传输网络设备和监视工作站组成。视频信号通过视频服务器处理压缩后上传到管理站或信息中心视频监视计算机上，在视频监视计算机上通过监视软件可以对各闸控监视点进行监视，具体结构如图2所示。

图2　闸门视频系统结构

4信息中心应用软件设计

4.1闸控信息采集软件数据信息流程

a.数据接收。ⓐ识别数据帧的来源和目的地，并进行CRC检验；ⓑ为数据帧添加接收到该帧的时间；ⓒ将接收到的数据帧写入记录文件备查。

b.数据处理。ⓐ将数据帧的地址信息转化为特定的站号、站名；ⓑ将一帧中多个采集数据转换为最小遥测数据单元；ⓒ对遥测数据进行率定；ⓓ合成新的采集数据。

c.数据存储。将原始通信帧写入日志文件，用于原始数据备份及故障核查。日志文件采用循环记录的形式，在日志文件中保存最新一段时间的原始记录。

将处理过的采集数据存入遥测数据原始数据库。

4.2软件体系结构

应用软件采用了四层体系结构，如图3所示。

图3　信息中心软件体系结构

a.表示层。表示层表示呈现给用户的最终表现形式。采用浏览器的方式表现在用户面前。表示层只负责对数据层中的数据进行分析之后呈现给用户。

b.数据层。数据层的主要作用是将所有的原始数据和经过分析加工后的数据进行数据库保存，支持SQL SERVER数据库子系统。

c.数据逻辑层。数据逻辑层是软件系统的核心，主要作用是对通信接入层上传的数据进行处理，并将处理后的数据按规定的接口格式送到数据层。具体功能包括接口的转换、数据的分析、数据的率定和数据格式的转换等。

d.通信接入层。通信层的主要任务是处理系统使用的不同通信设备的协议，并将接收到的采集站数据转换为统一化的数据格式，发送到数据逻辑层进行进一步处理。同时，该层将数据逻辑层传来的对采集站进行操控的命令转化为特定通信设备的通信协议，发送到采集站。

对每一种通信方式，都有一个通信接入模块与之对应，模块之间相对独立。每个模块的接口和数据逻辑层的接口保持一致。

软件采用C/S与B/S结合使用的方式开发。其中，C/S结构的软件主要负责与硬件设备的通信、数据处理和数据入库、数据的备份以及数据的统计查询等；基于B/S结构的应用程序则负责数据的发布、浏览。

4.3软件功能

水工闸控信息中心系统主要由用户登陆、通信设置、动态数据监测、数据统计查询、系统数据维护、系统设置等模块构成，如图4所示。

图4　水工闸控信息中心系统结构

5通信方式

目前，监测系统最常用的通信方式有如下几种：

a.GSM网络的SMS通信。GSM网络的SMS通信方式中，可以申请无月租移动电话卡。利用短信服务中心信息存储、转发的功能，基本能满足信息传输的要求，但实时传输性差。

b.GSM网络的GPRS通信。利用GSM网络GPRS进行信息通信，方便、快捷、时效性高，但有信息堵塞现象。

c.超短波。申请到短波通信频段后，虽无月租费，但由于监测点的分布范围广、通信设施的建设投资过大，运行维护费用也将不菲，故只能作为补充通信方式。

d.光纤专网。光纤专网具有容量大、带宽高、多业务融合的特点，虽然工程投资、施工费用和维护费用较高，但在电力系统中的应用有很大的前景。

从信息量、传输可靠性、建设成本、运行费用及闸控系统需求等方面因素综合考虑，采用光纤专网通信方式作为闸控系统信息传输方式。

6防雷措施

a.电源部分。系统电源防雷是防雷的重点，对监控系统造成危害的雷电95%来自电源感应雷。电源防雷采用两级电源防雷系统，主要由三相并联式一级电源避雷器、三相并联式二级电源避雷器、不间断电源UPS 等组成。

现场仪表采用直流电源供电，其防雷采用TVS管。

b.信号部分。各类现场信号电缆和4～20mA 模拟量信号电缆的两端分别安装合适的信号防雷器，以防止通过通信电缆传导的浪涌电压对现场设备造成损坏。同时，防雷器(或组合)应选用相应IP 等级的保护箱，以满足现场环境对防雷器(或组合)的防尘、防潮、抗冲击等要求。

7结语

水工闸门作为水电站的重要组成部分，其工作的可靠性、准确性、安全性将直接影响到水电站的整体运行。本文从水电站的现状出发，结合先进实用的科学技术，设计的水工闸门监控系统经过运行取得了良好效果。

参考文献

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