清江流域梯級電站壩群綜合安全監測系統應用與實現

周錫瑯，吳 駿，向 南

(1.國網電力科學研究院，江蘇南京210003; 2.南瑞集團公司，江蘇南京210003)

清江流域梯級電站壩群綜合安全監測系統應用與實現

周錫瑯1，2，吳 駿1，2，向 南1，2

(1.國網電力科學研究院，江蘇南京210003; 2.南瑞集團公司，江蘇南京210003)

清江流域壩群綜合安全監測與評估預警系統是一個以多個水電站大壩安全監測系統作為支點組成的綜合性系統。系統實現了集中控制管理、數據集中管理、遠程數據采集、綜合安全評估、資料整編分析等功能，并創新實現了總線插拔式的多工程集成；實現了一站式多壩綜合監控；開發了“通用遠程采集協議”；采用“任務”管理機制，實現了自動化、智能化管理；實現了分布式系統信息同步；實現了系統完全可定制；實現了分布式系統信息同步；實現了系統完全可定制；實現了主備數據庫系統自動切換功能；實現了系統自動智能升級。

梯級電站；安全監測系統；清江流域

1 流域梯級水電站大壩概況

清江是長江在湖北境內的第二大支流，發源于湖北利川，干流全長423 km，總落差1 430 m，流域面積約17 039 km2。清江公司花了21年的時間滾動建成了壩后式、河床式、地下式的隔河巖(1 212 MW)、高壩洲(270 MW)和水布埡(1 840 MW)3座水電站，總裝機容量3 322 MW，設計平均年發電量79.22億kW·h。

2 信息系統總體結構

2.1 總體結構

清江流域壩群綜合安全監測與評估預警系統(簡稱“清江系統”)是一個以多個水電站大壩安全監測系統作為支點組成的綜合性系統，主要包括大壩安全監測、大壩安全運行評估、事故應急處理預案與決策支持系統。為了實施全面的信息管理，并在此基礎上進行全局性的高級分析決策，有必要將各水電站的安全監測信息有機地集成，形成綜合性數據中心[1]。

整個系統在縱向上按管理層次結構劃分為兩級：①第一級為中心級，即大壩安全管理信息中心；②第二級為工作站，水布埡、隔河巖、高壩洲各設一個工作站，水布埡數據管理服務由水布埡電站的服務器承擔，隔河巖、高壩洲的數據管理服務由信息中心服務器直接承擔。系統總體結構示意見圖1。

圖1 系統總體結構示意

圖2 系統工作流程

2.2 網絡結構

大壩安全管理信息系統通過公司現有MIS光纖網互聯，位于《發電廠二次系統安全防護指南》中的安全III區，使大壩安全管理信息中心可以通過網絡獲取各工作站的數據[2]。

2.3 工作流程

信息中心可對流域內任一電站進行自動化監測控制與監測數據的采集(含人工數據的錄入)、計算、管理、分析等工作，隔河巖、高壩洲的所有測量數據直接錄入信息中心對應的數據庫中，水布埡的所有測量數據優先錄入水布埡服務器，若水布埡服務器發生故障則自動切換到信息中心服務器。另外，在網絡暢通的情況下，在移動工作站上經過授權也可一樣工作，實現多壩的綜合信息管理操作。系統工作流程如圖2所示。

為確保信息的同步一致，系統信息的同步由數據同步軟件定時或手動完成：

(1)信息中心的數據庫管理信息發生改變后，如測點、模塊、計算參數等系統信息，由數據同步軟件定時自動執行實現中心站與水布埡分中心的架構同步，同步不是立即執行的；水布埡服務器與信息中心的數據庫管理信息的變化可雙向同步，由管理人員手工執行數據同步軟件，并可定制同步任務。

(2)測量數據同步。主要是采用數據同步軟件定時將水布埡的最新數據自動導入中心站同步數據庫，且導入的數據不會再被導入。如果此時局域網絡出現問題，未導入的數據將在每個定時周期嘗試再次導入；當局域網絡暢通后，之前積累的未成功導入的數據將被自動導入。

中心站配置兩臺數據庫服務器，當一臺數據庫服務器出現問題時，自動切換使用另一臺數據庫服務器，保障中心站數據庫的安全。

2.4 軟件部署

軟件部署見圖3。整個系統中有一個中心站和3個采集工作站組成，水布埡、隔河巖、高壩洲各設一個工作站，水布埡數據管理服務由水布埡電站的服務器承擔，隔河巖、高壩洲的數據管理服務由信息中心服務器直接承擔。水布埡現場數據管理服務器安裝南瑞信息手動架構同步和數據自動同步程序；中心站與采集工作站通過MIS光纖網互聯，通過對軟件的部署要實現中心站對3個采集工作站的數據管理。中心站配置兩臺數據庫服務器，當1臺數據庫服務器出現問題時，自動切換使用另1臺數據庫服務器，保障中心站數據庫的安全。

圖3 軟件部署

3 軟件系統結構

3.1 軟件系統

清江流域梯級電站壩群綜合安全監測系統由采集、報表、圖形、數據表格、測點管理、數據管理、任務管理7個部分組成，具體見圖4。

圖4 清江系統設計示意

3.2 分層設計

將系統所關注的問題分在不同的層中，通常分為用戶界面層、業務邏輯層和數據訪問層。不同的應用可以用不同的用戶界面層，業務邏輯層和數據訪問層各應用復用。

用戶界面層實現了設置和輸出的界面，在大壩客戶端軟件和WEB應用中分別實現不同的用戶界面層；業務邏輯層則用接口方式實現所有大壩資源操作的邏輯，按接口方式實現是為了將來聚合在服務中；數據訪問層專門處理對數據庫的操作，將這層從業務邏輯層分離出來，這樣可以提高數據庫的可移植性。

3.3 組件設計

系統采用組件設計。組件是一組對象的集合，通過面向對象的分析和設計，按重用原則劃分大壩應用對象的顆粒，組件之間也是分層的，高層組件中的對象可以引用本組件或低層組件中的對象。

4 系統主要功能

清江系統由系統管理、數據遠程采集、巡視檢查、實時監控、資料整編與分析、綜合評估與報警、文檔管理等功能模塊組成。

(1)集中控制管理。監測中心站作為公司大壩安全管理的控制中心，實現對各分站大壩安全數據采集、數據管理、資料整編分析、信息報送發布的統一管理，各電站監測分中心平時無人值班。

(2)數據集中管理。實現中心站對各電站大壩安全監測數據的集中管理，可進行存儲、檢索、調用。

(3)遠程數據采集。采用分布式采集服務，實現中心站集中控制、遠程采集功能，同時提供一套XML標準采集協議，規范接口標準，對不同廠家的自動化監測系統進行系統集成，既保證不同廠家自動化系統的獨立性，又實現了集中控制。

(4)綜合安全評估。系統對關鍵部位、關鍵測點進行實時監控，對測量數據進行在線綜合評判，并直觀顯示測點狀態和自動報警。中心站系統網絡結構采用星形組網方式。

(5)資料整編分析。提供豐富的資料整編分析工具，包括各類圖形繪制工具、報表生成工具、數理統計工具、數學統計模型等。

5 系統主要創新成果

(1)實現總線插拔式的多工程集成。采用面向服務的思想與總線式體系結構，使得系統具有很強的集成能力和可伸縮性，同構或異構的大壩安全監測系統均可接入本系統的統一管理平臺，創造性地解決了多工程集成的難題，對提高流域電站的大壩安全管理能力具有非常重要的意義。

(2)實現一站式多壩綜合監控。在中心站，通過定制統一的管理視圖，即可及時獲得流域電站的安全監測信息，如分站的報警信息、重點測點信息、模塊通訊狀態、流域多工程導航地圖等，確保了測點異常的及時發現和統一處理，為實現大壩安全監測高效管理提供了可靠的一站式多壩綜合監控平臺。

(3)開發了“通用遠程采集協議”[3]。國內各廠家自動化系統尚無統一的遠程采集標準協議，流域電站內的監測系統集成并未真正實現，我們開發第一套“通用遠程采集協議”，通過這種開放式的協議可無縫集成第三方廠家的大壩數據采集系統。協議中的數據采用xml編解碼技術，解決了多年來各家的采集控制信息難以統一描述的困擾，為多家采集系統異構控制提供了兼容的、低實現成本的解決方案，為流域電站大壩安全監測綜合遠程控制系統開發提供了一個可以借鑒的先例，具有廣泛的推廣應用價值。

(4)采用“任務”管理機制，實現自動化、智能化管理。系統中采用“任務”管理機制，將一些運行、維護工作封裝成可運行的“任務”，這些“任務”可以通過手動、定時、事件觸發等方式啟動，實現日常事務處理的自動化和智能化，極大提高了系統運行與管理的效率。

(5)實現分布式系統信息同步。實現了中心站與各電廠分站的監測系統完整信息同步，同步的內容包括支持系統運行的所有配置信息和測量數據。保證了中心站和分站數據信息的一致性與完整性，實現了中心站和分站系統互為備份，極大地提高了系統的可靠性。

(6)系統完全可定制。系統可以按照用戶的需求去定制運行行為、各種整編計算輸出和工程的安全評判等功能，能滿足不同工程用戶的各種需求；其中較為復雜的分布圖、等值線、分布式測量拓撲結構、自動化任務的定制功能在大壩監測行業內屬于首次實現。

(7)實現了主備數據庫系統自動切換功能，為分站系統在廣域網絡傳輸異常時提供備用方案。當電廠分站與中心站廣域網絡異常時，電廠分站自動切換到本地備用數據庫，而故障恢復后自動切換回中心站主數據庫，提高系統可靠性[4]。

(8)實現了系統自動智能升級。當各個分布式的客戶端初始連接至中間層時，將自動掃描并判斷出兩端軟件及數據庫的版本并完成相應的升級操作，實現了客戶端的自動維護，保證了分布式系統的一致性和可擴充性。

6 結 語

清江流域壩群綜合安全監測與評估預警系統已經正式投入運行，目前接入了水布埡、隔河巖、高壩洲3個工程，隨著后續在建工程竣工投產，將陸續接入監測中心，由于清江系統采用了分布式系統結構，可以建成一個接入一個，比較好地適應了工程建設發展的需要，解決了多個工程集中控制的難題；清江系統具有遠程采集和遠程數據同步功能，較好地實現了測量數據向中心數據庫同步傳輸；系統具備多級報警和分析診斷的功能，能夠監控整個流域的水電站工程安全運行；此外，還有功能強大的Web網站用于展示流域工程安全信息，是理想的水電站群大壩遠程安全監控系統平臺。

[1]向南， 高磊. 分布式大壩安全信息系統集成[J]. 水電自動化與大壩監測， 2010， 34(3)： 42-45．

[2]DL/T 5211—2005 大壩安全監測自動化技術規范[S].

[3]王衛列， 向南， 花勝強， 等. 基于可擴展置標語言的大壩通用遠程數據采集服務[J]. 水電自動化與大壩監測， 2010， 34(5)： 46-51．

[4]DL/T 5178—2003 混凝土壩安全監測技術規范[S]．

(責任編輯 焦雪梅)

Application and Implementation of Dam Group Integrated Safety Monitoring System in Qingjiang River Basin

ZHOU XiLang1, 2, WU Jun1, 2, XIANG Nan1, 2

(1.State Grid Electric Power Research Institute, Nanjing 210003, Jiangsu, China;2.NARI Group Corporation, Nanjing 210003, Jiangsu, China)

The integrated safety monitoring system of dam group in Qingjiang River Basin is an integrated system composed of dam safety monitoring system of several hydropower stations. The system achieves centralized control and data management, remote data acquisition, comprehensive safety evaluation and data compilation and analysis. The innovations of system include：service bus type integrated management, integrated monitoring of multi dams from any station, universal remote acquisition protocol development, task management mechanism to achieve automatic and intelligent management, information synchronization of distributed system, complete customizing of system, automatic switching of main standby database system and automatic upgrade of system．

cascade hydropower station; safety monitoring system; Qingjiang River Basin

2016-01-05

周錫瑯(1976—)，男，江蘇無錫人，工程師，主要從事大壩安全監測系統軟件開發、模型分析與高級應用等工作．

TV698.1

A

0559-9342(2016)11-0095-04