關于大壩集群統一安全管理的 研究與應用

徐金英，胡明庭，潘利坦

（1.華電電力科學研究院有限公司，杭州市 310030；2.中國電建集團華東 勘測設計研究院有限公司，杭州市 311122）

1 研究背景

水電站大壩安全直接關系到社會公共安全與人民生命財產安全，得到了政府和水電站業主的高度重視［1］，隨著西部大開發和“西電東送”工程的大力開展，突破現行規范適用的高壩大庫越來越多，這些工程一旦發生破壞，后果難以估計，因此，對大壩及壩基進行安全監控研究具有重大的意義［2］。基于此，為了有效提高大壩安全管理水平，原國家電力監管委員會于2006年發布了《水電站大壩運行安全信息報送辦法》和《水電站大壩運行安全信息化建設規劃》［3］。自上述兩文件發布以來，各發電企業積極推動大壩安全監控工作的研究與應用，已開始或正在考慮對水電站實行集中（控制）管理［4］。

目前已實現了流域水電站大壩安全管理的有雅礱江流域［5］、大渡河梯級［6］、清江流域梯級［7］等，常用的大壩安全管理系統為C/S（Client/Service）軟件和B/S（Browser/Service）系統相結合的架構，C/S軟件主要為大壩運維管理人員使用，服務于大壩現場日常工作的技術工具；B/S系統主要為大壩主管單位人員使用，服務于大壩管理工作的考核管理工具。國內外學者、專家在此基礎上對此進行了大量的實踐研究，所取得成績不菲，但仍然存在一些不足：一方面，C/S軟件偏重于數據記錄，輕視了數據質量治理，即大壩現場的C/S軟件只注重數據的記錄和存儲，對于數據質量情況的判斷缺乏；另一方面，現有B/S系統的構建僅服務于一個流域或一個電廠，尚沒有對整個集團統一管理的大壩集群系統，況且現有B/S系統的功能不夠完善，管理覆蓋不夠全面等。

為了解決上述問題，本文以中國華電集團有限公司（以下簡稱“華電集團”）構建的基于集團統一管理模式下的大壩集群安全管理系統為例，就如何開展大壩安全監控管理進行研究，構建C/S軟件和B/S系統構建模式，其中C/S管理軟件能夠匯集水情、地震、水質、大壩監測、人工EXCEL表格等各類大壩相關數據文件，且具備數據查詢、傳輸、存儲、預警報警、質量治理、資料整編（文本、圖、表等格式）、應用統計等功能；B/S監控系統涵蓋大壩安全監測、巡視檢查、技術監督、定檢注冊、統計評價、運行日報等各項大壩相關管理工作。通過構建服務于電廠側的C/S管理軟件和服務于管理側（集團公司、區域公司）的B/S管理系統，實現了全集團大壩安全監控數據共享和管理全覆蓋，提升了全集團的大壩安全管理水平和工作效率，為集團下一步建設數字水電大壩建設提供數據支撐和技術支撐。

2 研究背景及需求分析

目前，華電集團水電裝機已超過2500萬kW，所屬電站大壩113座，涵括混凝土壩、土石壩眾多壩型，壩高從幾米到233m不等，其中50m以上的高壩有46座，100m以上的高壩有25座。如何對集團所有大壩集群進行統一管理，整體把控大壩集群運行狀況和整體提升全集團大壩管理水平，是華電集團一直以來研究和探討的關鍵問題。

早在2010年左右，華電集團就建立了集團大壩安全管理信息系統，開啟了集團所屬大壩集群統一管理的探索，該信息系統經過一段時間的運行和維護，雖經歷多次升級改造，但依然存在如下問題：較多電廠缺少變形量、環境量、內觀量、滲流量等重要監測項目，缺少對監測數據的分析評判和監控預警，且系統運行不穩定、主備數據庫不同步導致數據缺失現象嚴重等，對提升集團整體大壩安全管理水平意義不足。

3 系統結構

2016年初，華電集團委托華電電科院、南自和華東院著手構建新的服務于集團三級（集團級、區域級、電廠級）管理體系的大壩安全管理系統，2017年11月，系統開發完畢并進入上線試運行。根據系統功能要求，系統架構主要分為數據采集的數據層、數據管理的應用層以及面向用戶的展示層，具體分層情況見圖1，系統技術架構及網絡拓撲見圖2。

圖1 系統分層示意圖 Figure 1 Schematic diagram of system stratified

4 系統功能及應用情況說明

4.1 系統功能

系統功能根據其特點主要分為基礎功能、一般應用功能及高級應用功能三個層面。

圖2 系統技術架構及網絡拓撲圖Figure 2 Technology framework and network topology of system

4.1.1 基礎功能

主要體現在系統運行維護管理、安全防護、數據庫管理、系統升級、數據的一般查詢及展示等系統基礎、通用功能。

4.1.2 一般應用功能

包括監測測點定義和配置、信息錄入、數據計算審核、數據專業展示等實現大壩運行及管理等簡單的應用功能。

基本設置：主要包括大壩初始化、設置各類默認值、定義測點屬性、增加測點和布置圖、定義導航方式、設置計算公式、設置監控指標、設置巡視檢查路線等功能。

信息錄入：主要包括人工監測數據錄入、EXCEL文件的配置和數據導入、特殊文件格式的數據導入、相關自動化系統的數據自動轉入、巡視檢查內容錄入等功能。

數據計算：主要包括各類公式的編輯、聯動觸發計算、定時重新計算和變形測量計算等功能。

數據審核：主要是對各類監測數據監控、對錄入數據的準確性校核、對數據異常的確認和處理、按公司規定格式的數據和圖表進行審核等功能。

信息查詢與統計：主要包括數據、圖表、信息的各類查詢功能，由于涉及不同的用戶、不同的方式、不同的需求，查詢的功能是最常用的功能。

信息傳輸：主要包括郵件、FTP、WEB service等技術完成異網中的傳輸和接收服務，完成取數、加密、傳送、接收、解密、入庫等傳輸的全過程。

4.1.3 高級應用功能

包括安全監控、資料整編、計算模型及考核評價等技術要求高、難度大的高級功能。

安全監控：通過創建單、多測點的大壩安全監測數學模型，通過實測數據速度和加速度變化趨勢、模型時效分量速度和加速度變化趨勢，評價監測數據的異常，結合大壩現場的觀測資料和歷史運行情況，調用相關算法模型進行分析和評判，完成安全監控，給出大壩運行狀態的預警、報警結論。

資料整編：主要包括資料整編規范中規定的格式以及用戶自定義格式的各類數據報表、過程線、分布圖、相關圖、浸潤線圖、等值線圖、測斜數據圖等圖表的生成、組合、文件輸出、打印等功能，以完成規范規定的年度監測資料整編工作，并向各主管部門提交各類規定的報表。

計算模型：主要包括以環境量為因子的各類統計模型的計算和分析功能，將計算得到的統計模型用于監控監測數據的功能。

考核評價：為評價各電站監測數據采集、審核、自動化系統運行以及巡檢工作情況，設定一系列使用指標，并開展相關的管理與應用數據統計。通過定期通報、橫向對比，提升各電站的運行管理水平。

4.2 應用情況說明

本部分基于華電集團統一管理下的大壩安全管控管理模式，截至2019年3月底，集團大壩安全管理系統共接入7個區域公司共計52個水電站大壩，完成大型工程大壩管理100%，統一管理率65%。在此基礎上，詳細介紹電廠側大壩安全管理C/S軟件和集團側大壩安全管理B/S系統的部分應用情況。

4.2.1 C/S軟件實施情況

電廠側C/S軟件主要提供數據查詢、數據錄入、數據檢查、資料整編、系統設置等功能， 其中，數據查詢提供大壩監測自動化和人工監測數據；數據檢查包括設備檢查、MCU采集異常處理、測值人工審核等；資料整編包括文檔數據報表模板、監測圖表模板、整編成果匯集等；系統設置包括儀器庫創建、測點評判指標設置、測點管理、大壩監測布置圖管理、測點計算公式編輯、巡視檢查路線設置等。

4.2.2 B/S系統實施情況

大壩管理系統包括大壩概況、安全監測、巡視檢查、監督管理、統計評價、注冊定檢、標準管理及技術交流等模塊。其中，大壩安全監測模塊是系統的重點內容，模塊分為集團、區域及電站三級展示，各級界面對大壩安全監測數據的完整率、消缺率及超標預警、報警率進行統計展示。進入電站級界面可以對測點進行展示和分析，可以查看時間過程曲線，也可以對測點間的過程線及與環境量過程線進行對比分析和相關性分析。大壩統計評價模塊分別對大壩安全監測及運行管理等工作進行統計和對比分析。大壩注冊定檢模塊分別對大壩注冊及定檢管理工作進行統計和信息展示。系統首頁見圖3，安全監測模塊見圖4。

圖3 系統首頁 Figure 3 Homepage of the system

圖4 安全監測模塊 Figure 4 Dam safety monitoring module

5 結論及展望

基于統一管理模式而開發的B/S大壩安全監控管理系統和C/S軟件已在華電集團得到應用，系統和軟件運行穩定，反響良好。軟件接口具有良好的擴展性，有力地將水情、地震、水質、大壩監測自動化系統、人工監測信息表格等各類大壩相關數據源匯集一體。系統功能全面，涵蓋大壩安全監測、巡視檢查、技術監督、定檢注冊、統計評價等內容。豐富和擴展了常規大壩安全管理軟件和系統的應用功能和應用范圍，實現了集團大壩集群統一監控的管理模式。大壩系統和軟件的同時使用，起到了對全集團大壩安全管理工作技術和管理的雙向提升，為電廠工作人員和大壩主管人員帶來了極大的工作便利，大大降低了現場人員的工作量和工作難度，有效提升了工作效率，為實現全集團大壩安全統一管理提供了良好的技術支撐和管理手段。

本文提出了集團統一監管大壩群安全運行的管理模式，并構建了基于集團統一管理下的大壩安全管理系統，給出了初步的研究經驗和結論，但是如何開發出更加完備的、應用功能更廣的用于統一管理大壩群的安全管理系統，仍需要進一步的研究和探索。