抽水蓄能電站閘門安全評價信息系統設計與實現

陳小強 陳勇 房道偉

1. 華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司 臺州 317200；2. 河海大學商學院 江蘇 常州 213022

引言

閘門安全是抽水蓄能電站正常運行的關鍵，如何對閘門進行安全故障排查顯得尤為重要，抽水蓄能電站閘門安全評價信息系統主要是對閘門的安全進行信息化管理，通過對實際運行中閘門的安全性能指標進行計算，得出評價結果，直觀地反饋給用戶，為電站管理者提供決策和管理依據。

評價系統采用Spring MVC+MyBatis框架[1-4]，將整個開發項目分為model、view、controller三個部分，三個部分互不依賴，很大程度上降低了項目的耦合性，方便后續的維護。Mybatis主要有注解和使用xml文件兩種方式，本項目開發采用xml文件方式，因為Mybatis有專門的插件可以根據數據庫信息直接生成映射文件，以及實體類和接口類，使用起來更加簡單方便。

1 安全評價指標體系構建

抽水蓄能電站閘門安全評價信息系統的數據源分為兩個部分：一部分是工作人員人工檢測的數據，根據實際情況這部分數據更新周期較長；另一部分來自于對設備的實時監測數據，主要由智能化物理設備采集，每5秒采集更新一次數據。

根據國家水工閘門規范[5-7]和實際工況確定了工作閘門評價系統的指標體系，其中，一級指標有六項：巡視檢查結果（A）、閘門外觀檢測結果（B）、腐蝕程度（C）、一二類焊縫合規性（D）、強度與支臂穩定性（E）、閘門運行狀態（F）。二級指標包括：閘門泄水時的水流流態（A1）、閘門關閉時的漏水狀況（A2）、門槽砼狀況（A3）、閘墩、胸墻、牛腿狀況（A4）、通氣孔通暢狀況（A5）；門體外觀檢測（B1）、閘門支承裝置外觀檢測（B2）、吊耳外觀檢測（B3）、止水裝置外觀檢測（B4）、埋件外觀檢測（B5）；強度（E1）、穩定性（E2)；振動（F1）、運行姿態（F2）、支鉸軸承運行狀態（F3）、水位高程（F4）、閘門開度（F5）。

2 數據庫設計

數據庫中存放了閘門的指標體系信息、設備信息、計算數據以及歷史評價結果等九張數據表，E_R圖如圖1所示。

圖1 E_R圖

其中，實時數據表（F_SE_RealValue）和歷史數據表（F_SE_HistoryValue）用于存放具體的設備各項需要進行計算的數據，指標體系表（F_SE_Indicator）用于存放不同設備的計算指標的計算信息，設備類型表（F_SE_Catagory）和設備表（F_SE_Equipment）用來存放設備的一些基本信息，評價表（F_SE_Evaluation）和評價指標明細表（F_SE_EvaluationDetail）用來存放閘門評價計算的歷史結果，用戶表（F_SA_User）用于存放用戶的一些基本信息，設備狀態表（F_SE_Status）則用來存放各個閘門當前的運行狀態（運行、停用）。

3 詳細設計

3.1 數據接收

數據接收使用restful接口，系統通過解析JSON數據文件，獲取最新的閘門指標數據，并將其存入數據庫中，JSON文件包括設備id、時間戳、數組計數、數據內容、指標名稱、指標值、填寫時間等內容。請求JSON文件使用POST請求，請求頭信息為：Content-Type:application/json。數據接收功能時序圖見圖2所示。

圖2 數據接收時序圖

3.2 安全評價計算

評價系統從數據庫讀取對應的評價指標信息和數據生成樹型結構，使用遞歸的方式對整個指標樹進行計算，最終得出閘門評價結果。

根據指標體系中確定的評價計算模型，從數據庫中取出需要計算的數據，通過計算得出最終的測評結論。采用公式解析實現，即對計算公式的字符串進行解析依據公式的內容進行計算。將中綴表達式換成后綴表達式，再對后綴表達式進行計算。轉換和計算的過程中主要問題是要準確地區分運算符、正負號以及數字，同時要實現運算優先級的準確判斷。在系統實現中，公式解析的功能設計了兩個類，一個是操作符類（Operator），實現加、減、乘、除、冪運算5種只涉及操作符前后兩個數據的運算類型的計算，一個是運算類（Caculator），用來處理后綴表達式的轉換和運算邏輯，計算的優先級問題依據操作符類的設定來進行判斷，同時該類實現了累加的公式運算。通過在數據庫中配置使用操作符類中規定的運算符寫出的表達式，可以直接進行運算。安全評價計算時序圖見圖3所示。

圖3 安全評價計算時序圖

整個閘門評價指標體系分為3層，原始數據處于指標的最底層，上層指標需要以下層指標的計算結果為指標值進行計算，即需要從底層開始一層一層計算。這種計算邏輯規則與樹形結構相合度很高，因此選擇使用4層樹形結構作為整個計算的數據結構，閘門安全評價結果作為樹的根節點。由于閘門的指標體系中子節點的數量并不確定，且數量較多，選擇一個節點的子節點都放在一個列表里作為子節點的集合，樹節點設置三個屬性：本節點、父節點和子節點集合。在構造樹的時候依據本節點中的父節點Id值來確定上下級關系，通過遞歸遍歷所有的指標信息就可以生成整個樹結構。在整個指標體系的計算過程中由于樹的深度并不大，采用遞歸的方式并不會為系統帶來很大的負擔，所以直接采用遞歸的方式進行計算，計算過程如圖4所示。

圖4 計算過程

3.3 評價結果輸出

生成評測報告的時候主要是分為兩種情況，一種是生成的指定時間段的報告，一種是用于實時生成的報告。兩者的安全等級計算結果都是取在指定時間內最新的數據，不同的是前者的時間段內的時間跨度可由用戶指定。

4 結束語

抽水蓄能電站閘門安全信息系統的實現可以把電站閘門運行的實時監測數據和人工巡測數據結合起來，分析得出閘門是否處于安全狀態，若不安全，展示問題所在的可能位置，抽水蓄能電站閘門安全信息化處理能為管理決策者做出科學的決策提供參考。