大伙房水庫輸水工程語音報警系統限值問題的研究

劉利軍

（大伙房水庫輸水工程建設局，沈陽 110166）

大伙房水庫輸水工程語音報警系統限值問題的研究

劉利軍

（大伙房水庫輸水工程建設局，沈陽 110166）

大伙房水庫輸水工程目前已經向遼寧中南部6個受水城市供水，供水任務日益艱巨。為了保證輸水工程日常的安全運行，文章以輸水工程全線的干線高程為例，引入各測點測值的相對正常波動幅度的概念，進一步得出了日常各測點正常波動的上下限及限值區間。經過驗證，以相對正常波動幅度為基礎的限值區間能夠包括各測點正常波動范圍內的絕大多數測值，是語音報警系統設值合理且有效的一種方法。

輸水工程；相對正常波動幅度；限值區間

截止2014年4月1日，大伙房水庫輸水工程已經向撫順，沈陽，遼陽，鞍山，營口和盤錦6個受水城市供水。

由于供水量還遠未達到設計供水量，目前全線采用密閉重力流輸水方式即可滿足各市的供水要求；同時由于取水頭部瞬時流量遠小于設計流量，撫順配水站A線未投入運行。

2 輸水工程設置限值區間的必要性

日常的輸水過程（沒有調流、充水、停供等水力調整）中，受水各支線的流量基本保持不變，大伙房水庫的水位在1d之內的變化也很微小，一般不超過0.1m。

水力學中將在流場中任何空間點上所有的運動要素都不隨時間而改變的水流稱為恒定流，因此將大伙房水庫輸水工程看成一個系統，大伙房水庫水位是其上游邊界條件，各受水支線的流量是其下游邊界條件，在上游邊界條件和下游邊界條件幾乎不變的情況下，可以認為整個的輸水系統為類恒定流（非嚴格意義的恒定流）［4］。

在實際中，由于紊流的脈動特性，水力系統內部及外部的正常微小干擾等，各測點的測值總是表現為圍繞某一確定的值在一定范圍內上下波動。

為了保證整個輸水系統的安全，對各測點設置一定的限值區間，當某一測點的測值在其設置的區間內波動時，被認為是正常的；一旦超出，就有理由懷疑系統內某處是否有異常情況或誤操作等［5］。

如果限值區間設置得小，容易將測值正常的波動變化誤認為是異常的情況而報警；如果限值區間設置得大，一些測值的異常波動又很容易被誤認為是正常的情況而不加以識別，進而可能威脅全線的輸水安全，因此限值區間的取值問題重要而敏感。

3 輸水工程報警限值問題的研究

3.1 各測點相對正常波動幅度初探

大伙房水庫輸水工程全線的監視主要以高程和流量為指標，尤其以高程最為重要，這是因為目前壓力的測量精度遠遠高于流量的測量精度，而且瞬時流量傳感器在檢測時間較小時測量值受隨機噪聲信號的影響很大，真實特性時間歷程的辨識比較困難，更重要的是流量傳感器比壓力傳感器投資高的多［6］。

在沒有調流、充水、停供等水力調整的情況下，從全線壓力流量的運行報表中，初步選取若干沒有水力及其它異常干擾的的日報表：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日的全線壓力流量報表指3月8日8：00—3月9日7：00，全線的壓力流量數據每隔15min從數據庫中提取1次，其余同）。其中，3月8日—4月3日6日報表作為研究，4月11日和4月19日兩日報表作為驗證。

為了對問題進行簡化，同時又能夠監視全線的變化情況，選取全線的22個干線高程作為研究對象：撫順站B線進、出口高程，沈陽1站A線和B線進、出口高程，沈陽2站A線和B線進、出口高程，遼陽站A線和B線進、出口高程，鞍山加壓泵站T16調流閥進、出口高程以及全線的6座雙向穩壓塔高程（7號穩壓塔測量值與實際值存在偏差，8號穩壓塔未投入運行，故未包含在此次討論之列）。

對前6d報表分別求其均值，最大值，最小值，定義正常波動幅度和相對正常波動幅度為：

進一步定義每日報表的限值區間的下限和上限分別為：

實際操作中，由于只對數據保留小數點后兩位有效數字，因此需要對得出的下限和上限分別向下取整和向上取整，以保證報表中的數據盡可能地被包括在下限和上限包圍的區間中［7］。

使用上述方法即可3月8日—4月3日6日報表的22個測點的限值區間。查看每日報表各測點測值在其限值區間內外的散落情況，發現除3月8日沈陽1站A線出口高程有96個測值中的11個散落在其限值區間之外，其余最多的散落在其限值區間之外的數據是3月14日的5號穩壓塔高程（有6個測值），初步說明了這種設置限值區間的方法的合理性［8］。

進一步求取22個測點的相對正常波動幅度，剔除3月8日—4月3日6日報表中每個測點相對正常波動幅度的最大值和最小值，取其均值，得出每個測點的相對正常波動幅度，見表1。

表1 各測點高程的相對正常波動幅度

3.2 以相對正常波動幅度為基礎的限值區間的驗證

分別以4月11日和4月19日兩日報表7：00—8：00的4個時刻的測值的均值為基準值，根據表1中各測點的相對正常波動幅度，得出各測點當日的限值區間。發現各測值不在其限值區間內的情況見表2。

從表2可以看出，總體上，以相對正常波動幅度為基礎的限值區間能夠包括絕大部分測點的測值；4月19日的情況要明顯優于4月11日。

4月11日的沈陽1B出口不在限值區間內的測值數異常多，經查看當日報表，發現沈陽1B出口高程當日數據波動異常，最大值和最小值分別為98.41和97.11，相差1.3，而當日全線并無水力方面的調整，而且沈陽1A線進、出口高程和B線進口高程當日最大值和最小值相差分別為0.17，0.18和0.17，因此可以判斷沈陽1B線出口高程測值波動異常為非水力方面的原因，可能是壓力傳感器異常、電磁干擾等引起的。

再將表2中不在限值區間內測值數超過9的測點的最小值和最大值區間及限值區間列于表3（不包括4月11日的沈陽1B出口）。

表2 各測點測值不在限值區間內的統計

從表3可以發現，限值區間和最小值及最大值區間存在微量的不重合是引起各測點測值不在限值區間內的主要原因。

以不在限值區間內測值數最多的4月11日的沈陽2A進口和4月19日的沈陽1B出口為例，報警區間分別為［96.69，96.75）和（98.01，98.04］，長度分別為為0.06和0.03，不在限值區間內測值數竟達到了為33和30，占全部92個測值的比重竟達35.86%和32.6%。

同樣以不在限值區間內測值數最少的4月11日的遼陽A進口和T16進口為例，報警區間分別為（65.94，65.96］和［65.54，65.58），長度分別為為0.02和0.04，不在限值區間內測值數均為10，占全部92個測值的比重也達到了10.86，進一步說明了各測點限值區間設值的敏感性。

表3 最小值及最大值的區間和限值區間的比較

4 結 論

以相對正常波動幅度為基礎的限值區間包括了各測點絕大多數正常波動下的測值，這說明了用這種方法設置大伙房水庫輸水工程語音報警系統上下限的合理性。

同時由于得出各測點的相對正常波動幅度的樣本有限，以及設置限值區間時基準值的隨機性等，各測點的限值區間與正常波動下的最小值及最大值區間總是會出現不完全重合的現象，而即使是微量的不重合，也可能會導致語音報警系統的誤報率急速上升，此時就有賴于值班人員的監視與判斷。

總之，以相對正常波動幅度為基礎的限值區間的語音報警系統極大地提高了輸水工程日常監視的自動化水平，減少了人為主觀的失誤，保證了輸水系統的安全。

另一方面，積累更多的可用樣本，提高各測點的相對正常波動幅度的精度，減少限值區間和最小值及最大值區間的差異，進一步降低誤報率，也是繼續努力的一個方向。

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

［2］周曉樂.遼寧省大伙房水庫輸水工程土壤流失動態監測及評價［J］.水土保持應用技術，2013（05）：25－27.

［3］郭新蕾.調水工程管道系統泄漏檢測的全頻域法［M］.鄭州：黃河水利出版社，2010：39－43.

［4］宗兆博，汪魁峰，劉大為.大伙房輸水工程泵送鋼纖維混凝土配合比設計［J］.東北水利水電，2008，26（06）：1－2.

［5］鄭麗麗，李征，朱辰.文語轉換技術在水電廠語音報警系統中的應用［J］.水自動化與大壩監測，2002，26（06）：7－9.

［6］王永紅，張麗麗，戴學豐，劉樹東.基于ARM微處理器的語音報警系統設計與實現［J］.齊齊哈爾大學學報，2007，23（01）：89－91.

［7］鄒澤兵.基于單片機的語音報警系統［J］.中國新技術新產品，2009（14）：3－4.

［8］權強強，薛婷，賈存良，宋永寶.應用于中小型PLC系統的礦用語音報警系統設計［J］.自動化技術與應用，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 大伙房水庫輸水工程簡介

大伙房水庫輸水（二期）工程是國內管道輸水距離最長、輸水量最大、供水方式最復雜的水利工程，其主要任務是將一期工程調入大伙房水庫的水，通過調節有效地輸配給遼寧中南部撫順、沈陽、遼陽、鞍山、營口、盤錦、大連等7個城市，并為改善渾河、太子河流域生態環境和農業供水創造條件［1］。

目前己建成的一步工程主要包括取水首部、29.1kmDN6000輸水隧洞及連接段、231.7km輸水管道（撫順西—沈陽1站15.64km2×DN3200PCCP管，沈陽1—沈陽2站15.72km2×DN3200PCCP管，沈陽2—遼陽站55.7km2×DN2400PCCP管，遼陽－鞍山站25.41km2×DN2400PCCP管，鞍山—營盤站41.37kmDN2400PCCP管，營盤—營口接管點31.06kmDN1800RPMP管，營盤—盤錦接管點45.3kmDN1400RPMP管）、7座配水加壓站（撫順站、撫順西站、沈陽1站、沈陽2站、配水站、鞍山加壓泵站、營盤站）、8座穩壓塔（1＃—6＃穩壓塔為雙向穩壓塔；其中1＃穩壓塔為高位水池，在撫順站內；2＃－6＃穩壓塔為倒U型管，2＃穩壓塔在撫順西站內，3＃穩壓塔在沈陽1站內，4＃和5＃穩壓塔在沈陽2站和遼陽站之間，6＃穩壓塔在鞍山加壓泵站內；7＃和8＃穩壓塔為單向穩壓塔，型式為方形，分別在營盤站內T18和 T19調流閥后）、20個調流閥（1＃—6＃在撫順站，其中 1＃—4＃為干線調流閥，5＃和 6＃為支線調流閥；7＃和 8＃為沈陽 1支線調流閥；9＃—14＃在沈陽 2站，其中 9＃—12＃為干線調流閥，13＃和 14＃為支線調流閥；15＃為遼陽支線調流閥；16＃和17＃分別為鞍山加壓泵站干線和支線調流閥；18＃和19＃分別為營盤站營口支線和盤錦支線調流閥；20＃為撫順西站支線調流閥）等。鞍山以上采用重力流輸水方式，以下采用串聯加壓輸水方式［2－3］。

2014－05－05

劉利軍（1985－），男，山西忻州人，助理工程師，研究方向為從事管道輸水工程。