太平灣電站水情自動測報系統改造

王思超

（國家電網東北分部太平灣發電廠，遼寧丹東118000）

太平灣電站水情自動測報系統改造

王思超

（國家電網東北分部太平灣發電廠，遼寧丹東118000）

太平灣電站位于鴨綠江下游，本文主要對太平灣電站水情自動測報系統的改造進行分析研究，總結出有效的改造措施，從而減輕洪水災害，提高水庫的運行效益。

太平灣電站；自動測報系統；水位計選擇

1 流域概況

太平灣電站位于鴨綠江下游，上游有水豐、渭源與云峰電站，其中太平灣與云峰由中國管理與運行，其余由朝鮮管理與運行。太平灣電站控制流域面積為53576平方公里，距上游水豐電站29.6千米，區間流域面積為664平方公里，兩個壩址之間洪水傳播時間不足1小時。由于朝鮮管理的水豐電站水情測報手段落后，加之國際河流水情信息傳輸不暢，洪水傳播時間又短，使下游太平灣電站的洪水調度十分被動，并因此造成過很大損失，因此，在太平灣電站防汛與洪水調度過程中，不僅要掌握水豐與太平灣區間來水情況，更重要的是要掌握水豐水庫的來水，以延長洪水預報期，為防汛與洪水調度贏得時間，掌握更大的主動權。

2 太平灣系統概況

2.1 系統的組成

太平灣電站自1985年建成投入運行以來，為電網輸送了巨額電力，為國民經濟發展作出了巨大的貢獻，但由于自身及上游水豐電站的水情測報水平比較落后，在1995年鴨綠江流域的特大洪水中，不僅沖毀了下游大面積的田園、耕地，也沖垮了太平灣電站下游的防護堤，使太平灣電站遭受了一定的損失。為了減小洪水所造成的損失，建立先進的水情自動測報系統已是勢在必行。

太平灣電站水情自動測報系統于1997年開始建設，1998年建成并投入運行，其洪水預報區間為干流渭源電站壩址以下、渾江沙尖子（渾江出口控制水文站）以下流域，面積7161平方公里。由于受國際河流影響，不能在朝鮮一側設置遙測站，因此，所有遙測站只能布置在中國一側，控制面積為2780平方千米，約占區間總面積的1/3。系統設中心站一個（太平灣），中繼站5個（大西山、渡口、古馬嶺、娘娘頂、坦蘇嶺），遙測站11個，其中雨量站4個：大路、川溝、紅石砬子和河口，水位站2個：太平灣壩上、水豐壩上，水位兼雨量站5個：渭源壩下、水豐壩下、太平灣壩下、沙尖子、荒溝。系統接收軟件及洪水預報軟件各一套。

2.2 系統存在的缺陷

2.2.1通信方式的局限性超短波通信方式（VHF）雖然具有功耗低、投資少等優點。但超短波通信屬地面視距傳播，有一定的繞射能力，由于受對流層大氣、地形、地物和傳輸距離等因素的制約，當遙測站距中心站較遠，且地形復雜，又多高山阻擋時，就必須增加中繼站的數目，這樣就增加了數據傳輸的中轉次數。太平灣電站水情測報系統距中心站較遠的遙測站（如渭源）的數據只能通過中繼站逐級轉發，向中心站傳送，形成一個最多達四級中繼的通信網絡系統，這樣只要某一級中繼出現故障，其所負責中轉的各遙測站信號將被中斷，降低了系統的可用度和暢通率，給整個系統數據的傳輸和維護帶來困難。

2.2.2受自然因素影響大自然因素包括氣象條件、野外設備老化因素等。至2002年系統已經運行5年的時間，多數設備由于長期處于風吹雨淋的露天環境，元器件出現了不同程度的老化和損壞，個別中繼站遭雷擊使蓄電池、電臺損壞。

2.2.3部分設備運行可靠性差系統使用的壓力式水位計存在零漂問題，影響數據采集精度等。系統設備的老化及損壞，使數據接收率逐步下降，系統故障率不斷提高，這樣也加大了管理人員的維護量。

3 系統的技術改造和完善

3.1 通信組網的選擇

通信網的合理設計是保證水情數據可靠傳遞的重要環節。通信網設計應滿足迅速、準確、可靠地傳輸數據，通信方式的選擇應切合實際、技術先進、經濟合理。隨著通信技術的迅速發展，公用網覆蓋范圍越來越廣，有更多的通信手段和組網方式可供選擇。其中GSM移動通信（短信息服務）方式和衛星通信方式被越來越多的用戶所采用。

3.1.1 GSM通信GSM網也是目前國內覆蓋范圍最好的無線通信網，依托于該通信網無需專門架設費用昂貴的通信平臺。缺點是信號存在盲區，尚未覆蓋所有地區。

GSM短消息（SMS）是GSM數據業務的一種，工作在點對點通信狀態的異步通信方式下，不需建立端到端通道。每條短信息可傳160或140個字節，GSM短信收費標準是0.1元/條，收費低廉。因此，可以利用GSM短消息接口進行水情數據傳輸和定時采集，可以避免建設昂貴的無線通訊網絡。

3.1.2衛星通信衛星通信是利用人造地球衛星作為中繼站轉發無線電波實現異地通信的。具有通信距離遠，覆蓋面大，以廣播方式工作，便于實現多址聯接；通信頻帶寬，傳輸容量大，適用于多種業務；不受地理條件限制，組網靈活；信道穩定，暢通率、可靠性高等優點。缺點是通信費用較高。

3.2 水位計選擇

為了解決壓力式水位計運行穩定性差的問題，以便及時、準確地掌握水位變化情況，需對水豐上游遙測站的水位計進行改造。通過多方了解、調研與咨詢，決定用WL-03T型精密氣泡式水位計，更換穩定性差的壓力式水位計，數據傳輸方式采用GSM通信方式。

3.2.1 WL-03T型精密氣泡式水位計的特點WL-03T型精密氣泡式水位計是一種新型的專門為大水位變幅水域制造的精密水位監測系統，其測量精度高、性能穩定可靠，與目前應用的各種水位計相比，有如下的突出特點：

一是精確度高，采用了獨特濾波技術，可消除水面波浪及大涌引起的測量誤差。傳感器精度為±0.03%，測量誤差保證全量程為±2毫米以內。

二是系統不需建豎井，可節省大量的土建費用。只需在水中固定一個倒置的測量杯，并用輸氣管將其與測量系統連接即可實現水位的自動測量。

三是采用氮氣瓶作為氣源，連續不間斷地供氣，因此不會產生水倒流進入管內而造成冬季結冰或泥沙等阻塞的情況，同時由于所供氮氣中不含氧氣，因此在水下的測量杯口處不會滋生水生物而影響氣泡逸出。

四是系統不受季節和地區的影響，在北方冬季結冰期仍可正常工作。

3.2.2 WL-03T型精密氣泡式水位計工作原理水位計的主體工作部分安裝在岸上的小房里，倒置測量杯放在水中，杯與儀器主體用厚壁聚乙烯管連接，以通氮氣。

由氮氣瓶通過測量系統向倒置杯中定量（5毫升/分鐘）并連續不斷地注入氮氣，杯口處氮氣的壓強與該處水的壓強相等，氮氣以小氣泡的形式不間斷的逸出，整個氣路形成一種動態平衡。儀器內部裝有一個獨特的機械濾波器，用以有效地消除水面波浪和大涌的影響，從而得出準確的水位。溫度、泥沙、重力加速度等引起的各種誤差都事先給予補償修正，從而減小測量誤差。

3.3 系統改造的內容

2002年～2004年期間，經過現場測試、設備更新、安裝調試，在保持原有系統功能的前提下，改造系統各測站的通信設備和穩定性差的水位計，主要進行如下改造：一是對8個遙測站，沙尖子、大路、紅石砬子、水豐上游、水豐下游、太平灣上游、太平灣下游、河口等的遙測站進行GSM通信方式的改造。二是對川溝、渭源遙測站改造成衛星通信方式。三是根據洪水預報的需要增添太平哨雨量遙測站，屬于GSM通信方式。四是改造水豐上游測站，主要是水位計的改造，要求量程在50米（水位在80.00至130.00）范圍內，運行環境溫度在零下30度。五是對中心站的接收軟件進行改造，要求具有同時能接收并處理GSM與衛星通信方式遙測站數據的功能，同時將數據傳送到水庫調度數據庫。六是拆除5個中繼站，即娘娘頂、古馬嶺、大西山、渡口和坦蘇嶺。

4 改造后系統的技術特點

結合系統實際情況，較多地利用了原有設備，避免了浪費，降低改造成本；采用GSM通信—衛星通信混合系統，運行穩定、維護方便、故障率低；將新型水位計納入測報系統。首次將新型的精密氣泡式水位計納入到水情自動測報系統，解決了系統與設備兼容問題，不僅提高了設備運行的穩定性，而且提高了水位測量精度。

改造后設備運行正常，能夠準確采集水雨情信息，并及時傳遞，數據傳輸可靠，中心站能夠及時準確地接收和處理各遙測站所發送的水文數據，提高了系統的可用度和暢通率。

5 結語

水情自動測報系統的改造與完善，解決了原系統水情數據傳遞時間長、運行穩定性差、維護量大的缺點。改造后系統運行穩定，能夠準確采集水雨情信息，并及時傳遞，保證了洪水預報的準確性和及時性，為保證大壩和下游人民生命財產的安全，減輕洪水災害的損失，為水庫的運行效益提供了保證。

TV736

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10.14025/j.cnki.jlny.2017.20.022

王思超，本科學歷，中級工程師，研究方向：水庫調度。