飞来峡水利枢纽泄水闸计算机监控系统

1、飞来峡水利枢纽泄水闸计算机监控系统摘要：飞来峡水利枢纽是以防洪为主、兼有航运、发电等综合效益的工程。其泄水闸计算机监控系统按照“无人值班、少人值守”的要求设计，利用计算机进行自动化监测和控制，实现了闸门的远方自动控制。介绍监控系统的配置、应用、功能和特点。 关键词：水电站自动化 自动化系统 计算机控制 监测系统 泄水闸 应用 概况 飞来峡水利枢纽位于广东省清远市境内的北江干流上，是以防洪为主、兼有航运、发电等综合效益的工程。飞来峡水利枢纽泄水闸设有孔（）弧形工作闸门用于泄洪，另有一孔排漂闸门。泄水闸廊道内设有功能独立的套渗漏排水系统。 在现代的大型水利枢纽，计算机监控技术得到广泛的应用，飞来峡

2、水利枢纽泄水闸计算机监控系统按照“无人值班、少人值守”的要求设计，利用计算机进行自动化监测和控制，实现了闸门的远方自动控制。 监控系统配置情况 飞来峡水利枢纽泄水闸计算机监控系统采用分层分布式结构，由集中控制单元和现地控制单元两部分组成。集中控制单元有个工作站，分别位于电站中央控制室、泄水闸集控室、水情办公室，其中电站中央控制室与泄水闸集控室工作站采用冗余配置双机互为热备用的方式，水情办公室工作站为监视工作站，集中控制层主要负责现场设备的检测显示、控制、报警、运行管理和报表打印等（详见监控系统网络图）。现地控制层包括台独立的控制系统。其中台（号号）分别控制孔闸门的运行；台用于公用设备的控制；另

3、一台用于排漂孔的运行。每个闸门配置一块现地操作屏，用于现地控制及设备实时工况监视。闸门的控制方式有：常规控制、闸门屏操作面板控制、计算机监控系统集中控制种控制方式。 在计算机监控系统网络正常情况下，运行监控通过计算机监控系统集中控制来实现。在网络中断的情况下，运行监控可通过现地操作操作面板实现。在出现故障情况下，可通过切换泄水闸门屏上的计算机常规切换开关，改由常规屏控制。常规控制级别最高。现地操作面板和集中控制的控制权限由泄水闸门屏上的现地远程切换开关决定。监控系统主要功能 集中控制层的功能 ）数据采集，定时采集所要求的现地监控单元点的实时信息以及各种计算、综合和统计信息，并存入数据库。 ）数

4、据处理，生成多种数据表，供显示、打印和查询用；分站事件顺序记录处理，记录每一个事件发生的时间、性质、站名，并对故障事件给出音响报警。 ）远方控制和操作，控制的项目有：扇泄水闸门的监控；扇排漂闸门的监控；号墩、号墩共台渗漏排水泵的监控；泄水闸变电站、电压等级断路器的监控。 ）人机接口 ）报表 现地控制层的功能 ）接受集中控制层指令并向集中控制层传送数据。）现地单元内部自成一个独立的系统，通过现地的操作面板，可以完成相关设备的监控。 应用软件的功能和高级应用 应用软件中闸门控制是核心部分。包括单孔、多孔、自动种模式。单孔控制可对单个闸门进行任意开度的启闭；多孔控制可对多个闸门进行控制，用户可自己选

5、择要启闭的一组闸门。自动控制则是根据要泄的水流量及当时的库水位，可自动计算出要启闭的总开度并根据闸门调度规程选择一组可远程启闭的闸门进行自动控制。 自动控制模式是本系统应用软件的高级应用功能，一般的闸门运行模式为：）水情调度中心根据水库水情情况确定下泄总流量）人工查飞来峡溢流坝闸门泄流能力查算表确定泄水闸开孔数和开度（飞来峡溢流坝闸门泄流能力查算表是根据北江的水文资料确定的关于上下游水位、下泄流量和闸门开度之间的关系表）发调度命令给电厂）电厂根据调度规程按照调度命令开闸泄水。而在自动控制模式下，在应用软件中建立了水情数据模型和水情数据库，根据水位和下泄总流量直接由系统确定泄水闸开孔数和开度，在

6、操作中只要输入下泄的总流量到系统中，系统可自动计算开启闸门数和开度而不需要人工过多的干预，具有成组控制的功能。 监控系统的配置 ）泄水闸集控室工作站采用公司计算机，网络操作系统为，运行组态软件，与现地层通信，完成集控层的监视和控制功能。 ）电站中央控制室工作站采用公司计算机，网络操作系统为，运行组态软件，与水情分中心通信，完成集控层的监视和控制功能。 ）水情办公室工作站采用公司计算机，网络操作系统为，运行组态软件，与泄水闸集控室工作站和电站中央控制室工作站通信，完成监视功能，无控制功能。 ）集控层所有工作站独立建立历史数据库和报表系统，数据库选用微软公司的关系型数据库。 ）电站中央控制室、泄水

7、闸集控室工作站互为热备用，电站中央控制室为主用机，泄水闸集控室工作站为备用机，在公用机柜上设置个工作站控制权限的控制切换开关，实现权限的硬件切换。水情办公室工作站为监视工作站，只具有监视功能，不具有控制功能。 ）电站中央控制室、泄水闸集控室、水情办公室工作站组成快速以太网。 ）每一孔泄水闸的现地控制柜位于各个闸门启闭机室，各采用台集成完成现地层监视和控制功能。现地层人机操作界面采用操作面板，该操作面板具有行个字符的显示界面，操作面板与之间通过通讯，实现泄水闸现地层的开度设定和实际开度显示的人机操作界面。 ）公用控制柜位于泄水闸中控室，采用台集成完成现地层监视和控制功能。人机操作界面采用操作面板

8、，该操作面板具有宽度的显示器，操作面板与之间通过通讯，提供公用设备的监视和控制的操作界面。 ）各个现地控制通过通信模块组成总线网络。 ）现地控制柜面板上设置控制权限开关，当开关处于现地位置时，集控层的操作无效，开关处于远程位置时，现地层释放权限，由集控层进行系统控制。六、水资源供需平衡 受水区水资源供需平衡见表25。由表可见，2010水平年，p=50%的缺水量为128亿m3，与现状比，缺水量年增长率为3.1%，黄河以北缺水量占全区的74%。2030水平年，p=50%的缺水量为163亿m3，与2010水平年比，缺水量年增长率为1.2%，黄河以北缺水量占总缺水量的74%。 表25 受水区不同水平年

9、供需平衡表单位：亿m3省市水平年需水量可供水量缺水量p=50%p=75%p=50%p=75%p=50%p=75%河南现状148.63167.16112.85106.0435.7861.122010182.26198.44137.11131.6445.1566.82030214.08231.99158.45151.0555.6380.95河北现状141.65169.6391.682.4250.0587.212010185.55206.46115.39104.7770.16101.682030204.82222.99121.36111.7583.46111.25北京现状39.1940.1942.0

10、938.3501.84201049.1849.2548.844.940.384.31203054.5955.6546.5241.668.0713.99天津现状31.8634.8831.710.15201043.1344.3830.6927.3812.4417203047.0148.0231.5528.1215.4619.9合计现状361.32411.85278.25234.9483.072010460.12498.52331.99308.73128.13189.792030520.50558.66357.88332.58162.62226.08 七、缺水量分析 本次规划修订，各省市在进一步加强

11、节水、治污和生态环境保护的基础上，制订了详尽的节水规划、治污及污水处理回用规划，采用的各部门用水定额一般为节水定额，同时还考虑了生活用水的部分回归利用。 另外，中线工程受水区水资源总量(不含入境水量)251.3亿m3，2010水平年总人口1.2亿人，人均水资源量209 m3；加上入境水量153.5亿m3后，人均水资源量为337m3，远远低于2010年全国人均供水450m3的标准。总体上反映了受水区缺水的严重程度。 第 四 节 受水区城市需调水量 中线工程以城市生活、工业供水为主要目标，兼顾生态和农业用水，受水区需调水量根据中线工程供水范围内城市水资源规划成果确定。中线工程沿线的河南、河北、北京

12、、天津按照“三先三后”的原则，分别编制完成了城市水资源规划报告，并已通过了由国家计委、水利部会同建设部、国家环保总局、中国国际工程咨询公司成立的专家组的审查。本报告以此为依据，分析计算中线工程的需调水量。 一、受水城市 北京全市；天津的中心城区、滨海区、新四区、武清区及蓟县、宝坻县、宁河县、静海县四县城及建制镇；河北省的邯郸、邢台、石家庄、保定、衡水、廊坊6个省辖市及其范围内的18个县级市和70个县城；河南省的南阳、平顶山、漯河、周口、许昌、郑州、焦作、新乡、鹤壁、安阳、濮阳11个大中城市及30个县级市和县城。 二、中线工程城市水资源供需平衡 中线工程受水区城市现状人均生活用水量比全国同类城市

13、约少12.8%29.4%，工业用水重复利用率比全国平均水平高16%。 城市水资源规划是在城市节水规划、治污及污水处理回用规划、地下水控制开采规划的基础上，通过进一步增加节水措施，到2010年，可节水24亿m3，单方节水投资为4.311.4元/m3，污水处理率达到77%；2030水平年城市节水达到50.4亿m3，单方节水投资为11.015.3元/m3，污水处理率上升到84%。在考虑节水、污水处理回用等条件下，通过供需分析，提出各规划水平年的缺水量。 经预测，中线工程受水区城市2010水平年总需水量为148.8亿m3，其中生活49.04亿m3，工业56.06亿m3，环境22.37亿m3，其它21.

14、33亿m3；2030水平年总需水量202.33亿m3，其中生活79.39亿m3，工业73.06亿m3，环境27.87亿m3，其它22.01亿m3。 2010水平年可供水(p=95%)约71亿m3，2030水平年可供水(p=95%)约74亿m3。 受水区城市水资源供需平衡见表26。由于中线工程受水区南北长1000多公里跨四大流域，具有水文情势丰枯互补的客观条件，出现同为保证率95%枯水年的机遇较少，按照p=95%同频率相加，考虑调水规模可偏于安全。据此测算：2010水平年，p=95%缺水78亿m3，缺水率为52%；2030水平年p=95%缺水128亿m3，缺水率为63%。 表26 各水平年城市水

15、资源供需平衡表(p=95%) 单位：亿m3省市水平年需水量可供水净缺水量河南201041.2311.4929.73203064.9715.2549.72河北201035.186.5128.67203052.139.0943.04北京201049.2542.137.12203055.6538.6517.00天津201023.1410.6812.46203029.5811.2118.37合计2010148.8070.8177.982030202.3374.20128.12 三、中线工程城市水量配置 根据上述城市净缺水量并经有关部门考虑南水北调各线路间协调，中线工程受水区各省市水量配置(算至陶岔毛水量)见表27。