GPRS、卫星水情自动测报系统在池潭电厂水库调度中的运用

GPRS、卫星水情自动测报系统在池潭电厂水库调度中的运用

李雨晨

福建省池潭水力发电厂福建泰宁354400

摘要：“池潭水电厂GPRS、卫星水情自动测报系统”是全国水电厂水库调度中科技含量较高的水情自动测报系统，现运行情况良好。该测报系统由北京金水信息技术发展有限公司开发，对此系统的运用情况作了介绍。

关键词：GPRS、卫星卫星水情自动测报系统；运用情况；介绍

随着国家水利开发步伐的加快，越来越多的水力发电厂，通过设备改造和科技进步，在水库控制运用和流域水情报汛方面，采用了新型监测技术手段和水文遥测设备，以及与之配套的洪水预报方案，使得水库调度水平和水情测报及时性大幅度提高，实现了流域水情测报实时化和自动化。现就池潭水力发电厂近期投入使用的“以GPRS为主、北斗卫星为辅的水情自动测报系统”作一介绍

1电厂及流域概况

池潭水力发电厂隶属于中国华电集团公司，为福建华电直属电厂。电站于1976年开始施工准备，1977年2月导流工程开工，1980年3月底导流底孔封孔，水库开始蓄水。1980年5月第一台机组发电；同年10月第二台机组发电。1981年5月溢洪道闸门下闸，水库进入正常运行。电站枢纽由拦河大坝、坝后溢流式厂房、埋设于坝内的输水系统、泄水底孔及过木筏道等组成。电站装机二台，总容量100MW。工程以发电为主，兼顾防洪、航运和养鱼等效益。

池潭水力发电厂位于泰宁县池潭村上游3km的峡谷中，系福建省金溪干流第一级电站。池潭坝址控制流域面积4766km2，占金溪流域的66%。水库正常高水位275.0m，汛后回蓄水位276.0m，总库容8.70亿m3，其中防洪库容为2.0亿m3（校核洪水位至汛期限制水位），为一不完全年调节水库。金溪流域属亚热带气候，流域内雨量充沛，坝址以上多年平均降水量1793mm，一年中3-6月为雨季，约占全年降水量的62%。由于冷暖气团经常在本流域遭遇，日雨量可达100mm以上，加上流域形状接近椭圆，洪水易于汇集，经常酿成洪患。

2GPRS、北斗卫星水情自动测报系统介绍

池潭水电厂水情自动测报系统始建于1994年底，系统初期规划设计1个中心、1个中继站、15个遥测雨量水位站。1998年底，池潭水调自动化系统和洪水预报系统相继投入运行，软件平台及应用软件得到了相应升级更新，成功实现了与省公司水调自动化系统联网，达到了信息资源共享。2000年对水情自动测报系统进行站点扩容改造。2006年底，完成系统超短波/GSM双信道改造。

由于金溪流域地形的限制和自身的特点，池潭水电厂水情自动测报系统目前采用的传统超短波通信组网方式存在种种问题，如超短波通信传输距离近，易受地形限制，中继站在雨季是易受雷击，维护工作量大，且大大降低了系统的可靠性。2011年10月由北京金水信息技术发展有限公司通过对系统通信组网的改造（采用GPRS为主、北斗卫星为辅的双信道方式）。GPRS/SMS终端的接收功耗较低，可以采用自报/应答兼容式；而BEIDOU终端功耗较高，一般采用自报/定时应答兼容式。以提高系统运行的可靠性和畅通率，满足水文精确预报的需要，确保水库防汛度汛安全及发挥水库综合效益。

3系统网站布设

池潭水电厂水情测报系统通信方式改造是在原超短波/GSM双信道组网的系统功能基础上进行的通信组网升级，所以不改变原站点规模，仅取消了中继站，改造后系统由中心站和遥测站两部分组成。其系统网络结构图如图1所示。

图1系统网络结构

新水情测报系统包括中心站1个，为池潭中心站；遥测站21个，包含以下三种类型的遥测站点：（1）遥测雨量站；（2）遥测水位站；（3）遥测雨量水位站。

3.1遥测站

自动雨水情遥测站设备主要包括：多信道遥测数据采集终端(RTU)、传感器(根据测量参数需要可能包括雨量、水位计等传感器等)、通信设备(GPRS模块、北斗卫星终端)、供电系统(太阳能电池-蓄电池、太阳能充电保护控制器)。

遥测站系统设备构成示意图如下图所示：

自动雨水情遥测站RTU主要工作方式开关有：自报开关、无条件定时自报开关、应答开关、批量数据打包上报开关、批量数据定时自报开关、测试模式开关等，大部分开关直接设在传感器参数设置部分，即遥测站的每个传感器都可以以其特有的工作方式来向中心站上报数据

3.2中心站

目前池潭水情中心站调度自动化系统采用的是南瑞WDS9002水调自动化系统平台，水情自动测报系统采用南瑞ACSCOMM数据采集平台。本次水情自动测报系统中心站改造后软件应集成多种通信信道和多种RTU协议，具备数据采集和处理独立运行功能，同时也包含兼容南瑞水情的WDS9002水调自动化系统平台接口，可将实时接收的数据直接写入WDS9002的平台数据库。

（1）中心站北斗卫星数据采集接收实现

在池潭中心站安装北斗卫星数据接收通信终端1套；安装串口服务终端1台(通过网络方式扩展4个串口，以满足北斗卫星信道串口的扩充，以及其他需要通过串口接收的信息)。

（2）中心站GPRS数据采集接收实现

中心站采用移动APN专网专线接入方式。即电厂向移动运营商申请APN专网业务。移动为电厂水情测报系统分配专用的APN。得到APN后，给所有遥测站及中心站分配移动专网内部固定IP。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该专用APN，且只有该专网的SIM卡才能进入专网APN，防止其他非法用户的进入。由于中心站服务器与公网Internet隔离,可以有效避免非法入侵，安全性增强；本身具有移动内网固定IP，减少中间环节，稳定性增强。

传输中继：

从池谭中心机房就近基站拉出一条光缆至机房通过光传输连接至移动公司SDH网，通过移动公司SDH传输连接至三明核心机房的GPRS网关，通过GPRS网关连接至各个测量站的采集设备。形成一个有线和无线结合的局域网，网内可配置IP地址。

GPRS终端：

水情系统数据服务器通过2M传输中继电路(专线方式)连到移动公司路由器，再通过防火墙与移动的GPRS网络相连。各遥测站采集终端通过GSM/GPRS模块建立GPRS专网，连接至三明专用APN接入点实现与水情数据服务器的连接，实现采集终端与数据中心之间的数据交换；与此同时，采集终端也可通过GSM/GPRS模块将终端机的出现的异常情况通过短信方式及时发送到维护人员的手机上。在水情系统数据服务器和GPRS骨干网间两端都须配置防火墙，通过策略对用户端和骨干网进行隔离，尽量避免可能对网络造成的攻击，同时在GPRS核心网与水情系统数据中心之间建立点对点的GRETUNNEL，增强网络安全性。

（3）软件应兼容南瑞水情的WDS9002水调自动化系统平台接口，并将实时接收的数据直接写入WDS9002的平台数据库，同时应保证水情系统数据列表或顺序与原有数据库系统的对应性，满足福建电网水调、福建公司生产实时系统和华电集团公司生产营销系统等相关数据的对应接入，不应有数据传输偏差和错误。

4系统功能

4.1遥测信息采集

（1）遥测站以自报方式将水、雨情信息发送至中心站；

（2）遥测站每日8点整定时将水雨情信息以及工况信息发送至中心站；

（3）汛期水位信息每3小时发送1次，在此期间若水位变化超过规定阈值（例如5cm），则自动向分中心站加报；

（4）非汛期水位信息每6小时发送1次，在此期间若水位变化超过规定阈值（例如5cm），则自动向分中心站加报；

（5）雨量信息每增加1mm发送一次；

（6）采用BEIDOU信道的遥测站以定时间隔（如每6小时）打开通信终端等待中心站命令，开机等待时间为2分钟；采用GPRS信道的遥测站始终处于接收状态；

（7）中心站在遥测站打开通信终端期间自动发送修改遥测站运行参数命令或招测其工况信息。

4.2遥测站主要功能

（1）实时自报：被测参数变化超过规定阈值（如1mm雨量或1cm水位变化，阈值应可本地或远程设置）时，自动向中心站报告；

（2）定时自报：按预定的定时时间间隔，定时向中心站发送当前数据；时间间隔可本地或远程设置；

（3）卫星信道作为备用通道时，每日定时（如时间间隔6小时）平安报；

（4）蓄电池电压采集功能：当蓄电池欠压时，报告蓄电池电压状态；

（5）参数设置：现场设置本站站号、雨量初值参数；

（6）具有数据存贮功能；

（7）具有硬件自动开关通信终端功能；

（8）采用双信道的遥测站具备自动切换信道功能。

4.3技术指标

（1）水情自动测报系统畅通率≥95%。

（2）水情自动测报系统数据准确度≥98%。

（3）数据传输误码率：

BEIDOU北斗卫星数据传输速率误码率：<10-6；

GPRS/SMS传输误码率：<10-5；

系统的可靠性：数据收集月平均畅通率和完数据处理作业的完成率均

（4）应超过95%，设备平均无故障工作时间：中心站设备的MTBF>16000小时；

遥测站设备的MTBF>40000小时；

（5）系统完成一次全部遥测站数据收集所需时间应控制在5分钟内；数据

处理时间应在20分钟内完成；

（6）遥测站连续无日照工作时间：40天。

5系统运行及维护情况

5.1通讯畅通率

“池潭GPRS、卫星水情自动测报系统”2011年11月开始改造，2012年1月开始试运行，3月验收并正式投入使用。在此运行期间，改进了系统初期设计上的不足和缺陷。全系统具备电池自保护及欠压报警，水位(雨量)越限报警、测站故障报警、测站参数修正等多项自动化功能，且通讯信号雨衰小，能够满足电厂水库调度自动化的要求。系统(整点)通讯畅通率各月均保持在95.0%以上的高水平。

5.2系统故障及维护情况

从使用情况看，引起测站及系统故障的原因主要有以下几个方面：

1、设备本身原因。测站部件或原器件因质量问题造成系统工作异常，此类故障多出现在调试阶段，系统正式投用后基本消除。如：（1）北斗终端有故障，无法接收数据，经厂家检测是发送功放模块连接缆松动的问题，厂家已更换松动的电缆并重新用胶固定电缆接头；（2）一台备用机的电源模块设备供电口2电源不能正常关闭，经厂家检测是现场小筒进水后导致供电口2的CMOS功率开关管击穿，从而不能正常关闭，厂家已更换相应的元器件，并重新测试该板的所有功能，所有功能均正常。（3）四台备用机的通信模块厂家已升级程序到现场使用的版本；（4）两根北斗通讯线缆经厂家检测是电缆接头的问题，厂家已更换新做的经检测通过的通讯线缆；

2、运行环境原因：某些测站距离公路较近，或水位井空间狭小，或安装在农民家屋顶，农民家经常烧柴火，使空气灰尘较大易引起雨量计堵塞，造成雨量、水位偏差；有时GPRS网络不通时，所有数据会保存在RTU内，将RTU内存占满，并将数据补传到中心站，使RTU死机，无法正常工作。解决方法是将补传数据功能退出。

3、人为原因。测站遭人为破坏，中心站操作或参数设置有误，都会引起测站和系统工作异常。此类故障偶有出现，可通过加强管理、培训予以有效防止。为保证“GPRS、北斗卫星水情自动测报系统”正常运转，电厂配备专门人员对系统进行维护和管理，做好设备故障记录、监视，及时消除严重缺陷和隐患。年内一般在汛前和汛后各进行一次全面系统巡检，以确保测报站网工作状态良好。

6结束语

综上所述，“池潭水电厂GPRS、北斗卫星水情自动测报系统”在近期投入使用以来，其总体使用情况良好，系统运行稳定，维护使用简便，达到了各项设计要求，具备较高的现代科技水平。因此相信，此类“GPRS、北斗卫星水情自动测报系统”的使用前景将十分广阔，并必定能够适应未来水电厂水库调度工作的更高要求，最大限度地发挥电站的经营效益和社会效益。

参考文献

[1]SL250-2000《水文情报预报规范》.

[2]SL61-2003《水文自动测报系统技术规范》.

[3]DL/T5051《水利水电工程水情自动测报系统设计规定》.

[4]GB17621-1998《大中型水电站水库调度规范》.

[5]《水电厂水情自动测报系统实用化要求及验收细则(试行)》.