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1、閘站監控系統預警功能在南水北調中線閘站監控系統預警功能在南水北調中線輸水調度中的應用輸水調度中的應用目錄目錄一一三三二二南水北調中線概況南水北調中線概況自動化調度系統建設自動化調度系統建設閘站監控系統預警功能開發及應用閘站監控系統預警功能開發及應用一、南水北調中線概況一、南水北調中線概況丹江口大壩丹江口大壩陶岔渠首陶岔渠首穿黃工程穿黃工程穿漳工程穿漳工程西黑山進水閘西黑山進水閘頤和園團城湖頤和園團城湖天津外環河天津外環河陶岔至黃河南陶岔至黃河南493公里公里黃河北至漳河南黃河北至漳河南238公里公里北京段北京段80公里公里采用采用PCCP管和暗涵管和暗涵相相結合的輸水形式結合的輸水形式中線工程2、總干渠線路總長中線工程總干渠線路總長1432公里公里漳河北至北拒馬河漳河北至北拒馬河466公里公里天津干線天津干線155公里公里采用采用箱涵箱涵輸水輸水 一一 中線工程概況中線工程概況丹江口水庫丹江口水庫北北 京京河河 南南河河北北北京北京天津天津生活用水生活用水工業用工業用水水生態和農業用水生態和農業用水 一一 中線工程概況中線工程概況中線工程總干渠設計規模中線工程總干渠設計規模設設計計流流量量加加大大流流量量350立方米立方米/秒秒420立方米立方米/秒秒總干渠渠首總干渠渠首 一一 中線工程概況中線工程概況年調水量年調水量95億立方米億立方米130億立方米億立方米一一期期工工程程二二期期工3、工程程一一期期工工程程95億立方米億立方米黃河水量黃河水量=16分水口門：分水口門：85.4億立方米億立方米陶岔渠首：陶岔渠首：95.0億立方米億立方米 二二 中線工程概況中線工程概況中線工程建設進程中線工程建設進程2003中線工程開工中線工程開工12月月31日日，中，中線線工程正式開工，進工程正式開工，進入全面建設階段入全面建設階段2008京石段通水京石段通水9月，月，京石段應京石段應急急供水工程建成通水供水工程建成通水2013中線主體工程完工中線主體工程完工12月，中線干線主月，中線干線主體工程完工體工程完工2015中線通水一周年中線通水一周年輸水輸水22億億m3惠及惠及3800萬人口萬人4、口2005中線中線丹江口水利樞紐加丹江口水利樞紐加高工程開工建設。高工程開工建設。9月月27日，中線穿日，中線穿黃工程開工建設黃工程開工建設2010大壩加高大壩加高3月，月，丹丹江江口口大大壩壩54個壩段全部加高個壩段全部加高到頂到頂2014中線工程通水中線工程通水12月月12日日14:32中線干線主體工程全中線干線主體工程全線通水線通水中線工程通水中線工程通水12月月12日日14:32中線干線工程全線通中線干線工程全線通水水2019截至截至11月月1日日供水量連續五個年度攀升供水量連續五個年度攀升累計輸水累計輸水253億億m3惠及惠及5800多萬人口多萬人口 一一 中線工程概況中線工程概況輸5、水建筑物中線工程主要建筑物中線工程主要建筑物 （二）（二）中線工程概況中線工程概況建筑物類型建筑物類型數量數量輸水建筑物輸水建筑物（渡槽、倒虹吸、暗渠、隧洞、泵站）（渡槽、倒虹吸、暗渠、隧洞、泵站）159穿總干渠河渠交叉建筑物穿總干渠河渠交叉建筑物31左排建筑物左排建筑物476渠渠交叉建筑物渠渠交叉建筑物128控制建筑物控制建筑物303公路交叉建筑物公路交叉建筑物1237鐵路交叉建筑物鐵路交叉建筑物51如此龐大、復雜、偉大的工程，在中國如此龐大、復雜、偉大的工程，在中國乃是世界是前所未有的，要想管好，運乃是世界是前所未有的，要想管好，運行好，必須實施行好，必須實施信息化信息化管理，保障工管理，6、保障工程安全平穩運行程安全平穩運行水下診斷、修復技術問題水下診斷、修復技術問題膨脹土渠段邊坡穩定問題膨脹土渠段邊坡穩定問題藻類、貝類等水生物治理問題藻類、貝類等水生物治理問題突發事件應急處置問題突發事件應急處置問題挑挑戰戰性性無調蓄調節能力，智能調度技術問題無調蓄調節能力，智能調度技術問題無成熟的經驗可借鑒無成熟的經驗可借鑒自動化自動化 信息化信息化數字化數字化 智能化智能化 二二 中線工程概況中線工程概況滹沱河退水閘滹沱河退水閘二、自動化調度系統建設二、自動化調度系統建設調度的重要手段調度的重要手段6大大自動化調度與決策支持系統自動化調度與決策支持系統統一數據統一數據統一門戶統一門戶 統一賬7、號統一賬號安安 全全監監 測測水水 質質監監 測測安安 防防監監 控控調度調度管理管理水水 量量調調 度度閘閘 站站監監 控控目前，中線工程已完全實現目前，中線工程已完全實現1432公里干渠的遠程自動化控制公里干渠的遠程自動化控制 二二 自動化調度系統建設自動化調度系統建設 二二 自動化調度系統建設自動化調度系統建設 系統系統名名稱稱系系統統功功能能水量調度系統可實時分析現地水情數據，自動生成閘門操作指令；閘站監控系統實現了全線節制閘、分水口、退水閘等304座閘站的遠程控制，并具備水位、開度、流量等預警功能；調度管理系統可整合全線輸水調度信息，實現調度生產無紙化；安全監測系統中線干線工程全線共8、設計有安全監測測點87000多個，其中38000多個實現了變形、滲壓、應變等監測數據的自動化采集、整編、分析、預警等功能；水質監測系統13個自動監測站實現了水質信息的自動采集、整理匯編、分析評價、警情預報、信息查詢、信息發布等功能；安防監控系統全線1432公里實現了視頻全覆蓋，渠道兩側的物理圍欄上加設了電子圍欄，對非法翻越等行為及時報警。此次主要閘站監控系統此次主要閘站監控系統預警功能進行匯報。預警功能進行匯報。南水北調中線干線工程自動化系統、被自動化系統控制的機電南水北調中線干線工程自動化系統、被自動化系統控制的機電設備以及設備以及35kV系統，均設有自動預警功能。系統，均設有自動預警功能。9、序序號號預預警警系系統統預預警警內內容容1閘站監控調度類預警；設備類預警。2安全監測測點預警、部位預警及建筑物預警；在線綜合評價預警、離線綜合評價預警。3水質監測儀器設備故障預警；異常值預警；參數超標（上、下限）預警。4安防系統電子圍欄入侵預警；視頻監視系統預警。535kV系統能實時監測電流、電壓、有功、無功、相序等數據，出現如過流、短路、跳閘等故障情況下能自動預警。6網絡系統光纜中斷預警；網絡設備、程控交換設備、通信電源、電池預警。三、閘站監控系統預警功能三、閘站監控系統預警功能 開發及應用開發及應用 (一一)閘站監控系統預警設計閘站監控系統預警設計輸水調度風險及預警響應信息輸水調度風險及預10、警響應信息序序號號風險類型風險類型風險描述風險描述警情反映警情反映預警預警響應響應1調調度度類類水位超限水位超限水位過高，造成漫堤風險水位過高，造成漫堤風險水位達到高限報警值水位達到高限報警值水位預警水位預警水位過低，將難以滿足分水需要，或造成地下水位過低，將難以滿足分水需要，或造成地下水位頂托破壞襯砌板等水位頂托破壞襯砌板等水位達到低限報警值水位達到低限報警值水位降幅過大，導致襯砌板破壞等水位降幅過大，導致襯砌板破壞等水位變幅達到報警值水位變幅達到報警值2閘門異動閘門異動無調度指令情況下閘門下滑，影響供水安無調度指令情況下閘門下滑，影響供水安全全閘門開度發生變化，隨后水位升高、流閘門開度發生11、變化，隨后水位升高、流量變小量變小開度預警開度預警水位預警水位預警無調度指令情況下閘門上升，影響供水安無調度指令情況下閘門上升，影響供水安全全閘門開度發生變化，隨后水位降低、閘門開度發生變化，隨后水位降低、流流流量預警流量預警量變大量變大工程事故工程事故工程發生滑坡堰塞，可能導致供水中斷工程發生滑坡堰塞，可能導致供水中斷上游水位驟升，下游水位驟降，附近流上游水位驟升，下游水位驟降，附近流量驟減量驟減水位預警水位預警流量報警流量報警3工程發生決口跑水，可能導致供水中斷工程發生決口跑水，可能導致供水中斷上、下游的水位驟減，下游流量驟減。上、下游的水位驟減，下游流量驟減。4指令錯指令錯誤誤入入利用閘12、站監控系統遠程操作閘門時，閘門開度輸利用閘站監控系統遠程操作閘門時，閘門開度輸錯誤。錯誤。當前開度與調整開度之和，與目標開度不當前開度與調整開度之和，與目標開度不相符。相符。指令預警指令預警5設備故障設備故障突發事件，電源突發事件、油泵突發事件、突發事件，電源突發事件、油泵突發事件、開度儀傳感器失效、自動化設備突發事件。開度儀傳感器失效、自動化設備突發事件。閘門遠程不可控制，對輸水調度產生較閘門遠程不可控制，對輸水調度產生較大影響。大影響。設備預警設備預警設備故障，液壓系統故障、電源故障、油泵設備故障，液壓系統故障、電源故障、油泵故障、自動化設備故障。故障、自動化設備故障。個別閘門無法遠程控制13、或不影響閘門遠個別閘門無法遠程控制或不影響閘門遠程控制或設備故障，對正常的輸水調度程控制或設備故障，對正常的輸水調度不會產生大的影響。不會產生大的影響。（二）（二）設計思路設計思路 在各節制閘最高安全運行水位和最低安全運行水位之間，考慮一定安全富余度，設置水位高限預警和低限預警。根據中線工程允許水位的最大變幅速度，設置水位緩變預警和水位驟變預警，控制水位每天變幅量和每小時變幅量。通過實時監測各節制閘的流量變化，合理設定閾值，設置流量預警。通過實時監測各節制閘閘門開度變化，合理設定閾值，設置開度預警。在調度指令執行遠程操作前，復核開度調整量與目標開度關系，避免指令錯誤，并在執行開度大幅度調整前進14、行二次提醒和確認。（三）（三）模型設計及預警值設定模型設計及預警值設定 警情設置包括水位預警、流量預警、開度預警和調度指令提示。根據警情對調度的影響和實際工作需要，對各類預警進行分級，2，其中將設定為級預警，流量預警和開度預警設定為級預警，調度指令提示僅為提示作用，不參與預警分級。（1）水位預警警情警情類類別別預預警警值設值設置置高限初級達到或超過設計水位和加大水位的中點高限中級達到或超過加大水位高限高級渠道超高1.5m，為加大水位以上 30cm；渠道超高1.5m，為加大水位以上 15cm水位低限達到或低于渠段最低運行水位以上 5cm 水位高限低級預警水位高限低級預警水位高限中級預警（加大水位15、）水位高限中級預警（加大水位）水位高限高級預警水位高限高級預警閘前水位閘前水位水位低限預警水位低限預警上游上游下游下游閘后水位閘后水位節制閘前水位超限預警示意圖節制閘前水位超限預警示意圖（1）水位預警斷斷面面名名稱稱水水位位驟驟變變水位緩水位緩變變一般節制閘變幅達到或超過10cm/h變幅達到或超過20cm/d穿黃節制閘變幅達到或超過20cm/h變幅達到或超過50cm/d穿黃進口閘變幅達到或超過3cm/h-西黑山引水閘變幅達到或超過5cm/h變幅達到或超過20cm/d閘前先前水位閘前先前水位閘前當前水位閘前當前水位閘前先前水位閘前先前水位上游上游下游下游閘后水位閘后水位節制閘前水位驟變預警示意圖16、節制閘前水位驟變預警示意圖水位降幅達到或超過10cm/h水位漲幅達到或超過10cm/h閘前先前水位閘前先前水位閘前當前水位閘前當前水位閘前先前水位閘前先前水位上游上游下游下游閘后水位閘后水位節制閘前水位緩變預警示意圖節制閘前水位緩變預警示意圖水位降幅達到或超過20cm/d水位漲幅達到或超過20cm/d（2）流量預警 流量預警主要通過對節制閘過閘流量的實時監測，發現閘門未調度時的異常變化，以便及時發現閘門異動等危險情況。預警值設置為未進行調度調整時，10 分鐘內節制閘過閘流量變幅超過當前流量的20%時，發生“流量驟變”報警。（3）開度預警 通過對閘門開度的實時監測，及時發現閘門下滑等異常情況并觸17、發預警，將危險止于初始階段。在無指令情況下，10 分鐘內節制閘閘門開度變幅達到或超過12cm時，發生“開度驟變”報警。開度預警值的設定主要是考慮閘門控制系統在監控閘門開度無指令情況下變化 12cm 會自動開啟復位功能，為防止自動復位功能失效，設置開度預警。（4）指令提示可防止指令輸入錯誤，并在大幅度調整閘門時進行相應提示。具體設計為：下達指令時須輸入目標開度和調整開度,調整的幅度增大為正值，減小為負值。若閘門調整前實際開度與調整開度之和，與目標開度不符合時，發生“指令錯誤”提示；當閘門一次調整開度達到或超過 50cm 時，系統進行“閘門大幅度操作”提示。（四）（四）警情觸發邏輯警情觸發邏輯1.18、調度預警以站點為單位，當閘站在設定時間范圍內的各類調度預警按一條預警匯總展示。2.當閘站處于遠程控制模式下，同時監控水位預警、開度預警和流量預警觸發條件。3.當閘站處于現地操作模式時，僅監控水位預警觸發條件。4.對已發生預警的某閘站，未消警前，若又達到流量預警條件，不觸發預警，但達到上述水位、開度預警條件時，按新警報出。5.水位變幅超限預警，以閘站最近一次遠程操控閘門時的閘前水位為基準進行統計計算，當閘前水位變幅達到觸發條件時，引發水位變幅超限預警。（五）（五）預警數據濾波處理預警數據濾波處理 預警系統的數據來源為閘站監控系統對節制閘的水位、流量、開度等調度數據采集，采集頻次為每秒 1 次。因19、現場風浪、水流紊動，以及水位計、流量計的跳變等，會出現個別異常偏大或偏小的數據，影響預警觸發邏輯計算的準確性。同時，當對閘門開度進行調整時，閘前局部范圍內的水位波動會在短時間內出現較大變化，影響水位計的正常讀數，然而對實際渠道水位卻無影響，此時若不對預警觸發邏輯進行適當調整，也將觸發無效預警。數據波動示意圖 平均值算法平均值算法 將每分鐘的數據系列存入數組中，對數組的各個元素逐一進行比較，每次找出最大值和最小值，記錄下其位置。按照此方式循環N次，N為擬剔除最大值、最小值個數，每次循環針對保留下來的數據進行操作，計算最終保留下來數據的平均值。根據預警系統實際運行經驗，目前 N 取 3，即剔除每分20、鐘 60組數據中 3 個最大值和 3 個最小值，將剩余的數據算術平均后與各類預警值進行對比，確定是否需要觸發預警。延遲計算法延遲計算法 閘門若有調整動作，完成動作后2分鐘內不進行警情數據計算，2分鐘后開始收集數據，并采用上述平均值算法開展警情數據計算，分析確定是否需要觸發預警。（六）（六）調度預警響應調度預警響應警情發生時，警情發生時，閘站監控系統通閘站監控系統通過界面閃爍或聲過界面閃爍或聲音提醒進行報警，音提醒進行報警，各級調度機構按各級調度機構按照響應職責分別照響應職責分別進行接警。進行接警。（六）（六）調度預警響應調度預警響應 各級調度管理機構需為接警電腦配備音箱，并加強管理，確保發生預21、警時，能夠及時提醒值班人員接警。發生級調度類預警時，總調中心應于 2 分鐘內接警；發生級調度類預警時，相應分調中心應于3分鐘內接警。1 各級輸水調度值班人員在交班前需完成之前所有具備消警條件警情的消警工作，并向接班人員交代不具備消警條件警情的有關情況，提醒接班人員關注；中控室值班人員在交班前還需完成之前所有警情分析的填寫提交工作。分調中心值班人員在交班前 1 小時，查看轄區內所有調度類預警的處理情況，做好提醒和督促工作：將具備消警條件的警情告知總調中心，提醒及時消警；將警情分析未完成或填寫不規范、不準確的警情通知相應中控室，督促及時完成。（六）（六）調度預警響應調度預警響應2（七）（七）調度響22、應措施調度響應措施預警預警類類別別調度調度響響應應措措施施級級預預警警高限初級非應急調度工況下，停止閘門下調，根據上下游水情增加過閘流量或減少上游流量高限中級非應急調度工況下，停止閘門下調，增加過閘流量同時減少上游閘門流量；應急調度工況下，上游渠段不具備退水條件，停止閘門下調高限高級進入應急調度工況，開啟上游渠段退水閘，并根據上下游水情增加過閘流量或減少上游閘門流量，控制水位不再上漲水位低限停止閘門上調，根據上下游水情減少過閘流量或增加上游流量或同時進行以上操作水位緩變若為下降，則控制本渠段出渠流量小于入渠流量，避免水位再次下降若為上漲，則根據水位與高限預警值關系，減緩或停止水位上漲水位驟變若23、為下降，閘門下調，并控制本渠段出渠流量小于入渠流量，避免水位再次下降若為上漲，閘門停止下調，并根據水位與高限預警值關系，減緩或停止水位上漲級級預預警警開度預警若水位變幅 15cm 以內，閘門恢復原開度或維持原過閘流量；若水位變幅超過 15cm，控制水位變幅，逐步調節恢復原流量和水位流量預警若為閘門異動，處理同開度預警；若為工程事故，則按土建工程事故開展應急調度2015年年5-8月月論論 證證 確確 定定閘閘 站站 監監 控控系系 統統 報報 警警方案方案2015年年11月月完完 成成 調調 度度指指 令令 發發 送送報警功能，報警功能，正正 式式 投投 入入使用使用2016年年1月月完完 成成24、 報報警警 統統 計計和和 歷歷 史史查查 詢詢 功功能開發能開發修修 改改 完完善善 后后 調調度度 預預 警警功功 能能 上上線試用線試用2015年年8-11月月核核對對全全線線所所有有設設備備的的故故障障狀狀態態點點，實實現現設設備備類類報報警警功功能能開開發發并并進進行行測測試。試。2015年年8月月-2016年年1月月完完成成調調度度報報警警中中水水位、流量、位、流量、開開度度報報警警功功能能開開發發并并進進行行了了測試。測試。2016年年2月月2017年年5月月組織開組織開展展部分閘部分閘站站測試工作，測試工作，根據測根據測試試結果對結果對軟軟件進行件進行了了修改完善。修改完善。謝謝！請大家批評指正請大家批評指正