乌溪江水电厂水情自动测报系统改造

曹坤

摘要：乌溪江水电厂水情自动测报系统在电厂日常运行调度中地位举足轻重，保证其可靠稳定运行更显得尤为重要。通过对GPRS和超短波中继站的改造，降低能量消耗，提高数据精度，运行更加经济，充分发挥水情自动测报系统防汛调度作用。

关键词：GPRS；超短波；中继站；水情自动测报系统

引言

我国的水情自动测报系统从70年代末起步，并在1986年引入乌溪江水电厂（下简称乌电），从半人工发报到现在的无人自动测报系统的建立，已经伴随乌电走过了30年的风雨历程。在目前流行的超短波通信、PSTN、卫星通信、GPRS、GSM等中，乌电使用的是超短波通信和GPRS两种。由于超短波通信是一个独立的通信网络，不借助全球定位系统和通信卫星，不受外部条件的制约，因而使用最为广泛，同时也成为乌电水情自动测报系统的主要通信方式，而GPRS作为超短波通信的一种备用通信。通过对水情自动测报系统改造，保证中继站的可靠稳定运行，降低系统运行费用，充分发挥水情自动测报系统的防汛作用。

一、改造背景

黄坛口坝址以上控制流域面积2388平方公里，流域多年平均降雨量为1770毫米，水情自动测报系统根据水情需要分别设有11个雨量站，3个水文站，6个水位站，3个中繼站。各测站每天发送定时数6个，水位变化每5厘米发一次，雨量变化每1毫米发一次。系统采用传统GSM短信模式和超短波中继双电台模式，短信和超短波每站每年各发送两千次左右，每个中继站需要转发达到四万多次，能量消耗大，数据准确度却并不高，并且系统运行维护成本高。

二、超短波中继站改造

超短波传播具有视距传播特性，即电磁波沿直线传播，而地球表面是个曲面，因此若在通信两地直接通信，且天线架高有限，当通信距离超过一定数值时，电磁波传播将受到地面的阻挡，要想传播得更远，就必须依靠中继站转发，因而中继站是水情自动测报系统的最关键环节。所以提高中继站的可靠性尤为重要。

超短波通信系统由终端站和中继站组成。终端站装有一部电台和天线。中继站则有通达两个方向的电台，以及相应的天线。乌电中继站共3个，中心站1个，分别是大风岭中继站、茶园中继站、湖南镇中继站和基地中心站。中继站承担了转发各个测站的所有数据转发任务，每年转发几万数据，能耗大，让蓄电池经受了严峻的考验。到了汛期，连续数月的阴雨天，为保证安全度汛都要提前更换电池，更换难度大，同时费用高。在环境无法改变的情况下，通过降低设备能量消耗，延长电池使用时间，从而提高中继站的可靠性。

过去设备超短波电台频率设定，普通测站设为1频道，大风岭中继站设为4频道接收和2频道发送，湖南镇中继站5频道接收和3频道发送，中心站设置为6频道接收。

乌电中继站使用的蓄电池容量为100安时，电压12V。电台发数功率为50W，上电延时 100毫秒，待机电流100毫安，保持正常工作电池电压必须大于11V。

通过计算由此可以得出：P=12V*100A=1200W=1.2KW

按照使用两部电台，并且同时提供GPRS电量的情况下，中继站蓄电池可以保持3个月左右的稳定电量。经过研究将3频道接收频率由原来的163.65改为2频道163.6成功解决了双电台的问题，普通测站用2频道发，小中继用3频道，大风岭中继用5频道，中心站用6频道，用1频道与4频道通话。测站通过2频道发送数据到大风岭5频道，再通过5频道发送至小中继3频道，最后发往中心站，由于不成对，所以无法进行通话只能单向传送数据。这样一来中继站只需要一部电台就可以完成数据转发，减少接近一半的能源损耗，完全能够保证中继站在没有太阳能的条件下正常工作6个月，增强了水情自动测报系统的可靠性，同时节省了大量的人力物力。

三、GSM模块改造

GSM模块，是将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块电路板上，具有独立的操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。GSM模块根据其提供的数据传输速率又可以分为GPRS模块、EDGE模块和纯短信模块。

改造前，乌电水情系统使用纯短信模块，短信模块只支持语音和短信服务，访问速率也仅有9.6kbps，再加上工作于原始森林深处，存在传输数据速度慢，短信费用相对较高。在考虑到经济性，水位站只能设置为相对较高的5公分变化，这就给水位变化的时效性、准确性相对滞后。GPRS的传输速率从56K到114Kbps不等，理论速度最高达171k。GPRS模块区别于传统的纯短信模块，相对于短信模块的访问速度而言，GPRS拥有更快的访问数据通信速度，GPRS技术还具有在任何时间、任何地点都能实现连接，永远在线、按流量计费等特点。GPRS模块就是一个精简版的手机，集成GSM通信的主要功能于一块电路板上，具有发送短消息、通话、数据传输等功能。GPRS模块相当于手机的核心部分，如果增加键盘和屏幕就是一个完整的手机。普通电脑或者单片机可以通过RS232串口与GPRS模块相连，通过AT指令控制GPRS模块实现各种基于GSM的通信功能。提高了数据传输的时效性，同时大大降低了系统的运行费用，更准确和稳定，水位变化可以调整到每变化1公分发数一次。

同时增加了蓝牙模块，调试只需要携带手机即可，摆脱了必须通过电脑来调试设置的问题，减轻了负重。

在能耗方面，GPRS模式等待电流特别小，小于10微安。增加了GPRS上线检测功能，一旦检测到数传仪的GPRS稳定在线，即进行数据传送，进一步减少运行的时间，降低功耗。

采用GPRS模式，仅用6V电池供电，购买太阳能电池板的瓦数减少一半，蓄电池的体积减少一半，大大减少购买太阳能电池板与蓄电池的成本。数传仪的外壳里装有10安时的锂电池，该电池充满电，用于水位、雨量站每五分钟发一个数可运行半个月，因此须接太阳能电池板，实际上遥测数传仪可以不用太阳能电池板，以免安装的烦恼与破坏景观。可只用蓄电池，1个100安时的6V蓄电池测站五分钟发数一次可运行一年。

四、结语

乌溪江流域面积广，系统维护难度大，通过对系统关键环节的改造，降低能量消耗和系统运行费用，同时提高数据准确可靠性，充分发挥了超短波通信和GPRS通信的优势，使得系统在现有的技术条件下可持续性大大提高，成功肩负起水情自动测报系统在水电厂运营过程中的重要使命。

参考文献：

[1]漆凌云.提高超短波中继站可靠性的经验和体会.水电自动化与大坝监测，第28卷第1期.

[2]黄勇峰.介绍几种超短波中继站信号干扰分析及解决方法.水利水文文化，2007年第四期.endprint