泉河李墳節制閘除險加固工程自動化設計

□王卓然 □張大鵬 □張亞輝 □張浩東

（河南省水利勘測設計研究有限公司）

0 引言

隨著當今社會的發展,為充分發揮水利水電工程的經濟效益，對各應用系統運行工況進行集中統一管理的需求逐步增加，需要建立開放、標準、通用、滿足電力二次系統安全防護要求的自動化調度與運行系統,此系統具有可擴充性,采用面向對象的處理模式和通用的規則引擎,定義了標準接口規范以支持靈活接入多個應用系統，該系統充當了自動化系統安全運行檢測、監視、監控等角色,提升了自動化信息質量和運行指標,縮短了故障處理時間,減輕了運行值班壓力和勞動強度。

1 泉河李墳節制閘項目概況

李墳節制閘位于李墳截灣段上，其下游距安徽省界13.00km，是泉河上一座大型節制工程。李墳節制閘于1974年冬動工，1975年7月竣工并投入運行，電氣設備均為20世紀70年代產品，功能已經不完善，現已超期服役，由于管理控制閘門數量較多且運行方式較為復雜，為了方便運行管理，提高工程運行管理水平，充分發揮工程效益，確保工程長期安全、穩定和經濟運行，減少事故發生，需要設備更新和增設一套完整的集計算機監控系統、安全監測自動化系統、視頻監測系統一體的自動化調度與運行系統。

2 計算機監控系統

2.1 系統概述

計算機監控系統是自動化調度與運行管理的關鍵系統之一，利用計算機、通信和網絡技術全面及時地采集所需數據，對閘門及其它監控信息進行實時監控，以提高信息的傳輸效率與管理決策水平。在設計中結合工程條件、機構設置和管理要求，制定出完善的控制策略和存儲機制，運用先進的分層架構，構造高效、快捷的監控服務體系，對閘門整個啟閉過程進行實時監測，并具有現地手動控制、自動控制和遠程控制功能，實現技術先進、安全可靠、經濟實用，達到“無人值班，少人值守”的目標。

2.2 系統組成

計算機監控系統的監控對象主要包含以下內容：閘門的開度、荷重；閘門啟閉機電機運行狀態及其轉速、電流、電壓、功率、功率因數等參數；主電源狀態及其電流、電壓、功率、功率因數、頻率等參數。上、下游水位及其它需監測的量。

采用分層分布開放式快速以太網結構，并具有冗余功能。設置主控層和現地站層。根據各監控對象重要性的不同，計算機監控系統主干通信信道采用具有冗余功能的單光纖環形快速以太網，啟閉機房各LCU 接入主干環網上的交換機，閘門啟閉機電機各狀態參數經LCU 上傳至主控級，配電柜內各進、出回路的電氣參數由具通信功能的智能表計直接接入環形網絡，柴油發電機組各參數經傳感器和具通信接口的智能表計直接接入環形網絡。主控級各工作站直接接入環網上的交換機。

2.3 系統功能應用

實時監控系統可以定期采集和處理閘門開度、荷重、閘門電動機運行參數等模擬量和控制閘門的接觸器狀態、行程開關狀態、電動機保護裝置狀態等開關量，出現異常情況時同時啟動現地和中控室內的音響報警裝置，并明示出故障設備和故障類型；具有限制非法操作者的軟、硬件多重閉鎖功能；可在現地LCU柜上實現閘門自動控制和手動控制的切換，并及時將前述的各項數據上傳至主控級，并接受主控級發出的指令作出相應的動作（現地LCU 優先與主控級），實現自診斷和自恢復。

3 視頻監視系統

3.1 視頻監視系統概述

視頻監視系統為采集閘門、閘室、上、下游水面、柴油發電機房、組合箱式變電站等設備的運行狀況、現場環境等圖像信息，實現全天候實時監視閘門設備運行情況，便于對閘門監控系統運行維護、突發事件取證、圖像保存管理等應用提供視頻監控手段。

3.2 視頻監視系統設備組成

視頻監視系統主要包括視頻同軸電纜、控制（信號）電纜、電源線、視頻光端機、光纖、接口設備等，負責將視頻和控制信號傳輸到所需的地點。同時系統的控制數據和視頻信號也可經過壓縮處理，通過多種網絡傳輸方式傳輸到所需要的地點，控制、錄像及顯示設備主要包括硬盤錄像機、視頻網絡交換機、網絡視頻服務器等。

攝像前端設備主要包括一體化球型攝像機、定焦攝像機、通訊接口、云臺、支架、防盜傳感器等。視頻監視系統監視對象主要有：7 孔閘門、閘室、上、下游水面、柴油發電機房、組合箱式變電站等主要觀測點。

3.3 視頻監視系統功能特征

在操作對應閘門時可自動切換到該閘門的畫面，以滿足監控和管理的需求。同時系統的控制數據和視頻信號也可經過壓縮處理，通過多種網絡傳輸方式傳輸到所需要的地點。

圖像監控系統通過視頻信號接入設備、視頻信號傳輸設備、視頻服務器將視頻圖像傳輸至視頻工作站上，并預留上傳接口，以供管理決策者監視、決策。視頻數據采用MPEG-4 圖像壓縮編碼傳輸。

4 安全監測自動化系統

4.1 安全監測自動化系統的重要性

安全監測自動化系統無論在施工期還是在投產期都發揮著重要的作用，李墳節制閘在施工期和運行期的安全與否，將直接關系到工程安全和人民生命財產安全。特別是在施工期間對變形、滲流情況以及后期的結構安全等，都是設計、施工和管理部門十分關心的問題，只有通過各種監測設施來獲取工程的實測性態值，并對其進行分析，才能監視工程的運行安全或安全運行程度，并進行預報，一旦發現異常跡象，及時采取補救措施，防止事故發生，減少安全隱患。

4.2 安全監測自動化系統結構組成

監測主機選用工業控制計算機。主機通過傳輸接口與各監測數據采集單元（MCU）通訊，監測主機的功能主要是對MCU采集的數據和由人工觀測后所輸入的資料進行統一管理，并對所取得的資料進行整理分析，按期編寫各建筑物工程監測情況簡報。

數據采集單元MCU 的基本功能是激勵和測讀現場傳感器、數據的現場處理、工程單位的轉換、以及所需的控制功能等。所有采集到的數據均存于MCU 的大容量存儲器內直至該數據成功傳輸到工程監測站，所有MCU 數據的傳輸均應經過誤碼檢測及監測站的確認后才會清除。同時，MCU 采用“多任務”方式運行，可以在MCU 進行數據激勵、采集的同時進行數據的通訊、中繼等。

4.3 安全監測自動化系統功能概述

MCU 一旦編程后，立即執行相應的有關任務，不再需要操作人員的干涉。所有測量、計算、控制、通訊等功能可以依據MCU 本身的精確真實時鐘根據編程設定的時間、間隔或特定的觸發控制條件進行測量。MCU 的時鐘需要定期與遠程監測站的監控主機時鐘自動對時以確保時間的精確和一致性。MCU 的編程應包括傳感器測量、工程單位轉換、各種工程數學公式計算、邏輯判斷及處理、發布警報及實施控制功能。所有擬傳輸到遠程監測站或其他MCU 的數據應存放在存儲器里直至數據傳輸成功并獲得目的址的確認。此外，MCU 還應根據現場情況，觸發各種預設警報并智能控制網絡調整運行狀態，當某個MCU 的重要測值出現異常，經自動復測確認這種異常后，可以由MCU 主動發布命令通知網絡中其他的單元立即工作而不一定需要遠程監測站的干涉。

MCU 要求根據所連接傳感器的重要程度或傳感器數據的變化趨勢、變化速率及是否接近警報值的程度，設定其數據傳輸的優先級別，一般的數據可以立刻傳輸或定時批量傳輸，在系統中，具有優先級別的重要數據是優先傳輸的，而警報信號的傳輸總是在發生時立刻傳輸到監測站。

5 系統軟件數據庫處理與接口協議

電力調度自動化系統是指直接為電網運行服務的數據采集與監控系統，包括在此系統中需要運行的應用軟件，與相關兼容軟件。其中工程監測系統軟件內容包括：在線監控、離線分析、安全管理、數據庫管理、網絡評估管理、遠程監測及遠程輔助服務系統；數據庫管理主要有在線監控數據庫、原始測值數據庫、應用數據庫和文件庫的生成、增補和維護，以及異種數據庫文件的共享和轉換等。

鑒于SQLServer2005 數據庫結構、數據格式、與WindowsXP系統鏈接接入協議較簡便，軟件選擇SQLServer2005 數據庫，操作界面選用WindowsXP 系統。

6 結語

自動化調度和運行管理工作的好壞，將直接影響李墳節制閘的安全穩定可靠運行，隨著社會經濟的不斷發展，人民生活水平的不斷提高，對電能安全性、穩定性的需求也在不斷提高。目前泉河李墳節制閘除險加固工程已經開工建設且已經投入運行，集計算機監控、安全監測、視頻監視一體化的自動化調度和運行管理系統隨著時間的推移將會發揮更加重要的社會、經濟效益。

[1]劉學軍.繼電保護原理[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]谷水清主編.電力系統繼電保護[M].北京：中國電力出版社，2005.

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