水利樞紐綜合運(yùn)行管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)研究

周斌山

（ 西藏自治區(qū)旁多水利樞紐管理局，西藏 拉薩850000）

水利工程是國家重點(diǎn)建設(shè)的工程項(xiàng)目之一,經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展也就推動(dòng)了水利工程的發(fā)展, 為了實(shí)現(xiàn)在2020 年前建設(shè)成172項(xiàng)重大水利工程的目標(biāo), 必須要做到對水利樞紐做到綜合性的管理。 基于這個(gè)出發(fā)點(diǎn),我們要充分利用現(xiàn)代化的科學(xué)水平,對水利樞紐工程當(dāng)中的問題進(jìn)行分析研討和動(dòng)態(tài)跟蹤,通過數(shù)據(jù)的透明化展示,來實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)之間的資源共享。 同時(shí),為了水利樞紐工程的順利展開, 應(yīng)該細(xì)致研究并熟練掌控水利樞紐工程當(dāng)中的相關(guān)技術(shù),只有對整個(gè)工程的管理和技術(shù)做充分的了解,才能夠從內(nèi)部推動(dòng)水利樞紐工程的順利展開。

1 水利樞紐的現(xiàn)行狀況

1.1 水利樞紐及其作用。 我國的幅員面積遼闊,但是存在水資源缺乏的問題,為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo),必須將節(jié)約用水,節(jié)約資源貫徹到社會生產(chǎn)生活當(dāng)中的各個(gè)方面。 而水利樞紐就是為了實(shí)現(xiàn)水利資源的充分利用而建構(gòu)的一個(gè)工程。 水利樞紐的范圍是非常廣泛的,發(fā)電廠、攔河壩等,都屬于水利樞紐工程。

水利樞紐具有極其重要的作用。 水利樞紐能夠?qū)崿F(xiàn)防洪、灌溉、發(fā)電、供水以及航運(yùn)的目的。 所以,水利樞紐工程的建設(shè)產(chǎn)生的綜合效益,必然能夠帶動(dòng)起多個(gè)行業(yè)的發(fā)展,推動(dòng)中國整體經(jīng)濟(jì)水平的提高。

1.2 水利樞紐的狀況。 水利樞紐建成的情況,標(biāo)示著中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的狀況,中國有很多大型的水利樞紐,其中最大的是葛洲壩工程,作為現(xiàn)階段我國水利樞紐的最大工程,提供了很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 水利樞紐的綜合性比以發(fā)電為主業(yè)的水電站包含范圍要廣的多,所以在綜合性水利樞紐的系統(tǒng)建設(shè)過程當(dāng)中,會出現(xiàn)很多困難。 比如各個(gè)系統(tǒng)相互獨(dú)立,系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性比較差,這就導(dǎo)致了水利樞紐信息整合困難,從而造成了資源利用率較低,相應(yīng)的建設(shè)投入和維護(hù)投入的成本增高。

2 綜合運(yùn)行管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方向

基于上文所提到的水利樞紐的現(xiàn)行狀況,水利樞紐綜合運(yùn)行管理系統(tǒng)的運(yùn)行就成為了必然。 只有對現(xiàn)階段的水利樞紐狀況進(jìn)行改動(dòng),才能讓水利樞紐為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展增磚添瓦提供可能性。

2.1 子系統(tǒng)統(tǒng)一運(yùn)行。 由于水利樞紐的綜合性較強(qiáng),各個(gè)系統(tǒng)之間相對獨(dú)立的狀況,所以必須要對水利樞紐進(jìn)行綜合運(yùn)行管理,進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃,這就需要在運(yùn)行管理過程當(dāng)中,要結(jié)合數(shù)據(jù)庫、云服務(wù)等技術(shù)來協(xié)助運(yùn)行。 要想使得水利樞紐的各個(gè)子系統(tǒng)遵照統(tǒng)一運(yùn)行原則,必須要建立統(tǒng)一的總體設(shè)計(jì)方案。 實(shí)現(xiàn)平臺可視化,數(shù)據(jù)共享化,架構(gòu)系統(tǒng)化。 首先,要完善調(diào)度中心功能。 必須要將各個(gè)子系統(tǒng)分控中心所上傳的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集和分析,動(dòng)態(tài)化的調(diào)整下一步的措施。其次,要完善各個(gè)子系統(tǒng)的功能。子系統(tǒng)功能當(dāng)中的圖形功能,實(shí)時(shí)報(bào)警功能,控制與調(diào)節(jié)功能和數(shù)據(jù)采集分析功能必須要做到高度的完善,這就要求相應(yīng)的技術(shù)人員和工作人員做好對應(yīng)工作, 只有子系統(tǒng)的各項(xiàng)功能都達(dá)到完備統(tǒng)一,才能夠?qū)崿F(xiàn)水利樞紐工程的綜合運(yùn)行管理。

2.2 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)化。 水利樞紐的綜合運(yùn)行管理必須要達(dá)到自動(dòng)化,才能夠節(jié)省人力,節(jié)約成本。 這就需要將自動(dòng)化的系統(tǒng)進(jìn)行精密的設(shè)計(jì)、規(guī)劃。其中最需要關(guān)注的四項(xiàng)自動(dòng)化系統(tǒng),分別是,水情測報(bào)系統(tǒng),工程安全監(jiān)測系統(tǒng),泵站計(jì)算監(jiān)控系統(tǒng)和閘門遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。 對水利工程系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì),是綜合運(yùn)行管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)主要方向。 工程設(shè)計(jì)師必須要以實(shí)地水利樞紐的情況為依托,借鑒以往水利樞紐工程的設(shè)計(jì)方法, 對設(shè)計(jì)方案實(shí)行動(dòng)態(tài)化的改動(dòng),來達(dá)到因地制宜的目的。

2.3 完善通訊系統(tǒng)。采用現(xiàn)代化的通信系統(tǒng),利用光纖自愈環(huán)網(wǎng),對水利樞紐的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)接統(tǒng)一,實(shí)現(xiàn)工程的智能化,信息的快速化。

3 綜合運(yùn)行管理系統(tǒng)的各個(gè)功能

3.1 自動(dòng)化功能。 綜合運(yùn)行管理系統(tǒng)的一大重要功能就是自動(dòng)化。 自動(dòng)化為水利樞紐工程的發(fā)展提供了可能,同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理,也是時(shí)代發(fā)展的必然。需要電站計(jì)算機(jī)對整個(gè)系統(tǒng)實(shí)行監(jiān)控。電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),不僅能夠?qū)φ麄€(gè)電站的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制,而且還具有采集處理數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié)的作用,這種對水利樞紐機(jī)械設(shè)備運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)診斷的功能,有力的保障了水利樞紐工程的安全性。 這種監(jiān)控系統(tǒng)能夠第一時(shí)間呈現(xiàn)給人員相應(yīng)的問題,如果發(fā)生突發(fā)情況,能夠大大減少故障所帶來的嚴(yán)重?fù)p失。 需要大壩閘門監(jiān)控系統(tǒng)。 大壩閘門監(jiān)控系統(tǒng),可以對閘門工作的數(shù)據(jù)狀況自動(dòng)采集,并且根據(jù)要求制定具體的泄洪方案,最根本的是對閘門進(jìn)行集中的監(jiān)視和控制。 大壩閘門監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行,有效的保證了水利樞紐工程的安全性。需要穩(wěn)定系統(tǒng)電源。水利樞紐工程作為一個(gè)大型的工程項(xiàng)目,必須要保證電源的可靠性,這樣才能夠給相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備提供充足的電源,一個(gè)可靠的店員,也為突發(fā)事情的產(chǎn)生做足了保障。需要視頻監(jiān)控系統(tǒng)。本著安全為主的原則,根據(jù)水利樞紐防洪、補(bǔ)水的需要,必須要建立一套完備的視頻監(jiān)視系統(tǒng)。視頻監(jiān)視系統(tǒng)可以對水利樞紐工程所有重要部位和重要場所進(jìn)行全方位、無死角的監(jiān)視,同時(shí)起到一定的警示作用,能夠確保在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)做出相應(yīng)的對策。

3.2 信息智能管理功能。 綜合信息智能管理的實(shí)現(xiàn),必須要依據(jù)光纖線路和無線的方式。 對收集到的信息實(shí)行智能化的管理,可以有效的對水利樞紐的現(xiàn)場情況進(jìn)行匯報(bào)分析,讓相應(yīng)的人員作出及時(shí)的調(diào)節(jié)。 要想實(shí)現(xiàn)綜合信息的智能化管理,必須將各個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯總到綜合信息管理平臺上,只有對所擁有的現(xiàn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘,才能夠?yàn)椴煌瑢哟?不同子系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。 通過對所收集信息的整合, 來實(shí)現(xiàn)信息總平臺和各個(gè)子系統(tǒng)之間的信息傳遞,打到紫系統(tǒng)之間的溝通與聯(lián)系。

4 水利樞紐的關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1 攔河壩工程機(jī)電關(guān)鍵技術(shù)。 可以利用架橋機(jī)快速吊裝弧形閘門來應(yīng)對大壩面積空間狹窄,但吊機(jī)占地面積大的問題,這種方法技術(shù),不管是從經(jīng)濟(jì)角度還是從操作角度來看,都比傳統(tǒng)的吊裝方法要優(yōu)越很多。 為了讓閘門啟合開閉同步,可以利用雙比例閥控技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。為了應(yīng)對突發(fā)狀況,系統(tǒng)要配備手搖泵,當(dāng)發(fā)生PLC 故障,或者雙比例閥失控時(shí),能夠通過人為的手控操作來實(shí)現(xiàn)閥門的開啟和閉合。 相比于傳統(tǒng)的點(diǎn)式溫度計(jì),雖然光纖測溫技術(shù)的精準(zhǔn)度較低,但是可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際測量信息量的擴(kuò)大,全面反應(yīng)整個(gè)壩體內(nèi)部溫度的變化。 在水利樞紐工程項(xiàng)目當(dāng)中,大壩的體內(nèi)溫度變化對施工的下一步能否實(shí)行起到至關(guān)重要的作用。 應(yīng)用光纖測溫技術(shù)能夠減輕人工的強(qiáng)度,提升工作的效率,為實(shí)際施工提供了科學(xué)可靠的數(shù)據(jù)。

4.2 電站機(jī)電關(guān)鍵技術(shù)。 為了響應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的要求,必須要在水利工程開展之前,在預(yù)算內(nèi)挑選最優(yōu)性價(jià)比的水輪發(fā)電機(jī)組。 對水輪發(fā)電機(jī)組的嚴(yán)格選定,對后期設(shè)備的運(yùn)行工作的展開起到重要作用。在引水式電站中,可以應(yīng)用筒形閥。要想提高筒形閥位移同步控制的精準(zhǔn)度,必須將筒形閥控制系統(tǒng)中的精準(zhǔn)度進(jìn)行細(xì)致調(diào)整,這樣不僅能減少水輪機(jī)坑內(nèi)的管路,還方便了設(shè)備的調(diào)試與維護(hù)。

4.3 多維數(shù)據(jù)分析技術(shù)。 數(shù)據(jù)的分析整合是所有現(xiàn)代化建設(shè)當(dāng)中的重要一環(huán)。 水利樞紐工程當(dāng)中應(yīng)用多維數(shù)據(jù)分析技術(shù)來建立數(shù)據(jù)立方體,能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為輔助決策的一部分,相關(guān)工作人員通過這項(xiàng)技術(shù),可以繪制成各類的專題圖,并根據(jù)圖上的內(nèi)容,提供可行性的分析和可行性的建議。 多維數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以讓不同維度的數(shù)據(jù)進(jìn)行組合,人員可以從不同的角度對數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的觀察和分析,這就可以及時(shí)了解機(jī)組的健康狀況,及時(shí)的安排檢查和維修的相關(guān)工作。

4.4 邊坡GPS 變形監(jiān)測。 在精密工程變形監(jiān)測當(dāng)中得到廣泛應(yīng)用的GPS,具有效益高,精度高,全天候等優(yōu)點(diǎn),這實(shí)現(xiàn)了人工觀測難以達(dá)到的高水平。 通過利用這項(xiàng)技術(shù),把多個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的計(jì)算坐標(biāo)進(jìn)行對比,進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的采集分析,以供水利樞紐工程的建設(shè)使用。GPS 變形監(jiān)測有一定的偏差,但都在允許范圍內(nèi)。

結(jié)束語

水利樞紐綜合運(yùn)行管理系統(tǒng)是基于一定的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)而推行的,本系統(tǒng)把水利樞紐在運(yùn)行管理階段當(dāng)中,涉及到的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行了和分析, 而且對總系統(tǒng)當(dāng)中提出的要求和業(yè)務(wù)進(jìn)行了重新的規(guī)劃,利用了一定的手段,比如數(shù)據(jù)共享,自動(dòng)化管理等,滿足了水利樞紐工程的順利實(shí)施的要求。 這種綜合運(yùn)行管理系統(tǒng)的應(yīng)用,加強(qiáng)了水利樞紐工程當(dāng)中各個(gè)子系統(tǒng)之間的聯(lián)系, 實(shí)現(xiàn)了工程的穩(wěn)定運(yùn)行,取得了良好的效果。 由于綜合運(yùn)行管理系統(tǒng)涉及到了許多專業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)知識, 所以必須要對涉及到的專業(yè)知識進(jìn)行分析細(xì)化,深入研討,才能更好的將相關(guān)知識應(yīng)用于水利樞紐工程當(dāng)中,才能促進(jìn)系統(tǒng)的不斷完善。 只有綜合運(yùn)行管理系統(tǒng)不斷完善與發(fā)展,才會促進(jìn)我國水利建設(shè)的穩(wěn)步、持續(xù)進(jìn)行。