1、闸站监控系统预警功能在南水北调中线闸站监控系统预警功能在南水北调中线输水调度中的应用输水调度中的应用目录目录一一三三二二南水北调中线概况南水北调中线概况自动化调度系统建设自动化调度系统建设闸站监控系统预警功能开发及应用闸站监控系统预警功能开发及应用一、南水北调中线概况一、南水北调中线概况丹江口大坝丹江口大坝陶岔渠首陶岔渠首穿黄工程穿黄工程穿漳工程穿漳工程西黑山进水闸西黑山进水闸颐和园团城湖颐和园团城湖天津外环河天津外环河陶岔至黄河南陶岔至黄河南493公里公里黄河北至漳河南黄河北至漳河南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结合的输水形式结合的输水形式中线工程2、总干渠线路总长中线工程总干渠线路总长1432公里公里漳河北至北拒马河漳河北至北拒马河466公里公里天津干线天津干线155公里公里采用采用箱涵箱涵输水输水 一一 中线工程概况中线工程概况丹江口水库丹江口水库北北 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业用工业用水水生态和农业用水生态和农业用水 一一 中线工程概况中线工程概况中线工程总干渠设计规模中线工程总干渠设计规模设设计计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/秒秒总干渠渠首总干渠渠首 一一 中线工程概况中线工程概况年调水量年调水量95亿立方米亿立方米130亿立方米亿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95亿立方米亿立方米黄河水量黄河水量=16分水口门：分水口门：85.4亿立方米亿立方米陶岔渠首：陶岔渠首：95.0亿立方米亿立方米 二二 中线工程概况中线工程概况中线工程建设进程中线工程建设进程2003中线工程开工中线工程开工12月月31日日，中，中线线工程正式开工，进工程正式开工，进入全面建设阶段入全面建设阶段2008京石段通水京石段通水9月，月，京石段应京石段应急急供水工程建成通水供水工程建成通水2013中线主体工程完工中线主体工程完工12月，中线干线主月，中线干线主体工程完工体工程完工2015中线通水一周年中线通水一周年输水输水22亿亿m3惠及惠及3800万人口万人4、口2005中线中线丹江口水利枢纽加丹江口水利枢纽加高工程开工建设。高工程开工建设。9月月27日，中线穿日，中线穿黄工程开工建设黄工程开工建设2010大坝加高大坝加高3月，月，丹丹江江口口大大坝坝54个坝段全部加高个坝段全部加高到顶到顶2014中线工程通水中线工程通水12月月12日日14:32中线干线主体工程全中线干线主体工程全线通水线通水中线工程通水中线工程通水12月月12日日14:32中线干线工程全线通中线干线工程全线通水水2019截至截至11月月1日日供水量连续五个年度攀升供水量连续五个年度攀升累计输水累计输水253亿亿m3惠及惠及5800多万人口多万人口 一一 中线工程概况中线工程概况输5、水建筑物中线工程主要建筑物中线工程主要建筑物 （二）（二）中线工程概况中线工程概况建筑物类型建筑物类型数量数量输水建筑物输水建筑物（渡槽、倒虹吸、暗渠、隧洞、泵站）（渡槽、倒虹吸、暗渠、隧洞、泵站）159穿总干渠河渠交叉建筑物穿总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铁路交叉建筑物铁路交叉建筑物51如此庞大、复杂、伟大的工程，在中国如此庞大、复杂、伟大的工程，在中国乃是世界是前所未有的，要想管好，运乃是世界是前所未有的，要想管好，运行好，必须实施行好，必须实施信息化信息化管理，保障工管理，6、保障工程安全平稳运行程安全平稳运行水下诊断、修复技术问题水下诊断、修复技术问题膨胀土渠段边坡稳定问题膨胀土渠段边坡稳定问题藻类、贝类等水生物治理问题藻类、贝类等水生物治理问题突发事件应急处置问题突发事件应急处置问题挑挑战战性性无调蓄调节能力，智能调度技术问题无调蓄调节能力，智能调度技术问题无成熟的经验可借鉴无成熟的经验可借鉴自动化自动化 信息化信息化数字化数字化 智能化智能化 二二 中线工程概况中线工程概况滹沱河退水闸滹沱河退水闸二、自动化调度系统建设二、自动化调度系统建设调度的重要手段调度的重要手段6大大自动化调度与决策支持系统自动化调度与决策支持系统统一数据统一数据统一门户统一门户 统一账7、号统一账号安安 全全监监 测测水水 质质监监 测测安安 防防监监 控控调度调度管理管理水水 量量调调 度度闸闸 站站监监 控控目前，中线工程已完全实现目前，中线工程已完全实现1432公里干渠的远程自动化控制公里干渠的远程自动化控制 二二 自动化调度系统建设自动化调度系统建设 二二 自动化调度系统建设自动化调度系统建设 系统系统名名称称系系统统功功能能水量调度系统可实时分析现地水情数据，自动生成闸门操作指令；闸站监控系统实现了全线节制闸、分水口、退水闸等304座闸站的远程控制，并具备水位、开度、流量等预警功能；调度管理系统可整合全线输水调度信息，实现调度生产无纸化；安全监测系统中线干线工程全线共8、设计有安全监测测点87000多个，其中38000多个实现了变形、渗压、应变等监测数据的自动化采集、整编、分析、预警等功能；水质监测系统13个自动监测站实现了水质信息的自动采集、整理汇编、分析评价、警情预报、信息查询、信息发布等功能；安防监控系统全线1432公里实现了视频全覆盖，渠道两侧的物理围栏上加设了电子围栏，对非法翻越等行为及时报警。此次主要闸站监控系统此次主要闸站监控系统预警功能进行汇报。预警功能进行汇报。南水北调中线干线工程自动化系统、被自动化系统控制的机电南水北调中线干线工程自动化系统、被自动化系统控制的机电设备以及设备以及35kV系统，均设有自动预警功能。系统，均设有自动预警功能。9、序序号号预预警警系系统统预预警警内内容容1闸站监控调度类预警；设备类预警。2安全监测测点预警、部位预警及建筑物预警；在线综合评价预警、离线综合评价预警。3水质监测仪器设备故障预警；异常值预警；参数超标（上、下限）预警。4安防系统电子围栏入侵预警；视频监视系统预警。535kV系统能实时监测电流、电压、有功、无功、相序等数据，出现如过流、短路、跳闸等故障情况下能自动预警。6网络系统光缆中断预警；网络设备、程控交换设备、通信电源、电池预警。三、闸站监控系统预警功能三、闸站监控系统预警功能 开发及应用开发及应用 (一一)闸站监控系统预警设计闸站监控系统预警设计输水调度风险及预警响应信息输水调度风险及预10、警响应信息序序号号风险类型风险类型风险描述风险描述警情反映警情反映预警预警响应响应1调调度度类类水位超限水位超限水位过高，造成漫堤风险水位过高，造成漫堤风险水位达到高限报警值水位达到高限报警值水位预警水位预警水位过低，将难以满足分水需要，或造成地下水位过低，将难以满足分水需要，或造成地下水位顶托破坏衬砌板等水位顶托破坏衬砌板等水位达到低限报警值水位达到低限报警值水位降幅过大，导致衬砌板破坏等水位降幅过大，导致衬砌板破坏等水位变幅达到报警值水位变幅达到报警值2闸门异动闸门异动无调度指令情况下闸门下滑，影响供水安无调度指令情况下闸门下滑，影响供水安全全闸门开度发生变化，随后水位升高、流闸门开度发生11、变化，随后水位升高、流量变小量变小开度预警开度预警水位预警水位预警无调度指令情况下闸门上升，影响供水安无调度指令情况下闸门上升，影响供水安全全闸门开度发生变化，随后水位降低、闸门开度发生变化，随后水位降低、流流流量预警流量预警量变大量变大工程事故工程事故工程发生滑坡堰塞，可能导致供水中断工程发生滑坡堰塞，可能导致供水中断上游水位骤升，下游水位骤降，附近流上游水位骤升，下游水位骤降，附近流量骤减量骤减水位预警水位预警流量报警流量报警3工程发生决口跑水，可能导致供水中断工程发生决口跑水，可能导致供水中断上、下游的水位骤减，下游流量骤减。上、下游的水位骤减，下游流量骤减。4指令错指令错误误入入利用闸12、站监控系统远程操作闸门时，闸门开度输利用闸站监控系统远程操作闸门时，闸门开度输错误。错误。当前开度与调整开度之和，与目标开度不当前开度与调整开度之和，与目标开度不相符。相符。指令预警指令预警5设备故障设备故障突发事件，电源突发事件、油泵突发事件、突发事件，电源突发事件、油泵突发事件、开度仪传感器失效、自动化设备突发事件。开度仪传感器失效、自动化设备突发事件。闸门远程不可控制，对输水调度产生较闸门远程不可控制，对输水调度产生较大影响。大影响。设备预警设备预警设备故障，液压系统故障、电源故障、油泵设备故障，液压系统故障、电源故障、油泵故障、自动化设备故障。故障、自动化设备故障。个别闸门无法远程控制13、或不影响闸门远个别闸门无法远程控制或不影响闸门远程控制或设备故障，对正常的输水调度程控制或设备故障，对正常的输水调度不会产生大的影响。不会产生大的影响。（二）（二）设计思路设计思路 在各节制闸最高安全运行水位和最低安全运行水位之间，考虑一定安全富余度，设置水位高限预警和低限预警。根据中线工程允许水位的最大变幅速度，设置水位缓变预警和水位骤变预警，控制水位每天变幅量和每小时变幅量。通过实时监测各节制闸的流量变化，合理设定阈值，设置流量预警。通过实时监测各节制闸闸门开度变化，合理设定阈值，设置开度预警。在调度指令执行远程操作前，复核开度调整量与目标开度关系，避免指令错误，并在执行开度大幅度调整前进14、行二次提醒和确认。（三）（三）模型设计及预警值设定模型设计及预警值设定 警情设置包括水位预警、流量预警、开度预警和调度指令提示。根据警情对调度的影响和实际工作需要，对各类预警进行分级，2，其中将设定为级预警，流量预警和开度预警设定为级预警，调度指令提示仅为提示作用，不参与预警分级。（1）水位预警警情警情类类别别预预警警值设值设置置高限初级达到或超过设计水位和加大水位的中点高限中级达到或超过加大水位高限高级渠道超高1.5m，为加大水位以上 30cm；渠道超高1.5m，为加大水位以上 15cm水位低限达到或低于渠段最低运行水位以上 5cm 水位高限低级预警水位高限低级预警水位高限中级预警（加大水位15、）水位高限中级预警（加大水位）水位高限高级预警水位高限高级预警闸前水位闸前水位水位低限预警水位低限预警上游上游下游下游闸后水位闸后水位节制闸前水位超限预警示意图节制闸前水位超限预警示意图（1）水位预警断断面面名名称称水水位位骤骤变变水位缓水位缓变变一般节制闸变幅达到或超过10cm/h变幅达到或超过20cm/d穿黄节制闸变幅达到或超过20cm/h变幅达到或超过50cm/d穿黄进口闸变幅达到或超过3cm/h-西黑山引水闸变幅达到或超过5cm/h变幅达到或超过20cm/d闸前先前水位闸前先前水位闸前当前水位闸前当前水位闸前先前水位闸前先前水位上游上游下游下游闸后水位闸后水位节制闸前水位骤变预警示意图16、节制闸前水位骤变预警示意图水位降幅达到或超过10cm/h水位涨幅达到或超过10cm/h闸前先前水位闸前先前水位闸前当前水位闸前当前水位闸前先前水位闸前先前水位上游上游下游下游闸后水位闸后水位节制闸前水位缓变预警示意图节制闸前水位缓变预警示意图水位降幅达到或超过20cm/d水位涨幅达到或超过20cm/d（2）流量预警 流量预警主要通过对节制闸过闸流量的实时监测，发现闸门未调度时的异常变化，以便及时发现闸门异动等危险情况。预警值设置为未进行调度调整时，10 分钟内节制闸过闸流量变幅超过当前流量的20%时，发生“流量骤变”报警。（3）开度预警 通过对闸门开度的实时监测，及时发现闸门下滑等异常情况并触17、发预警，将危险止于初始阶段。在无指令情况下，10 分钟内节制闸闸门开度变幅达到或超过12cm时，发生“开度骤变”报警。开度预警值的设定主要是考虑闸门控制系统在监控闸门开度无指令情况下变化 12cm 会自动开启复位功能，为防止自动复位功能失效，设置开度预警。（4）指令提示可防止指令输入错误，并在大幅度调整闸门时进行相应提示。具体设计为：下达指令时须输入目标开度和调整开度,调整的幅度增大为正值，减小为负值。若闸门调整前实际开度与调整开度之和，与目标开度不符合时，发生“指令错误”提示；当闸门一次调整开度达到或超过 50cm 时，系统进行“闸门大幅度操作”提示。（四）（四）警情触发逻辑警情触发逻辑1.18、调度预警以站点为单位，当闸站在设定时间范围内的各类调度预警按一条预警汇总展示。2.当闸站处于远程控制模式下，同时监控水位预警、开度预警和流量预警触发条件。3.当闸站处于现地操作模式时，仅监控水位预警触发条件。4.对已发生预警的某闸站，未消警前，若又达到流量预警条件，不触发预警，但达到上述水位、开度预警条件时，按新警报出。5.水位变幅超限预警，以闸站最近一次远程操控闸门时的闸前水位为基准进行统计计算，当闸前水位变幅达到触发条件时，引发水位变幅超限预警。（五）（五）预警数据滤波处理预警数据滤波处理 预警系统的数据来源为闸站监控系统对节制闸的水位、流量、开度等调度数据采集，采集频次为每秒 1 次。因19、现场风浪、水流紊动，以及水位计、流量计的跳变等，会出现个别异常偏大或偏小的数据，影响预警触发逻辑计算的准确性。同时，当对闸门开度进行调整时，闸前局部范围内的水位波动会在短时间内出现较大变化，影响水位计的正常读数，然而对实际渠道水位却无影响，此时若不对预警触发逻辑进行适当调整，也将触发无效预警。数据波动示意图 平均值算法平均值算法 将每分钟的数据系列存入数组中，对数组的各个元素逐一进行比较，每次找出最大值和最小值，记录下其位置。按照此方式循环N次，N为拟剔除最大值、最小值个数，每次循环针对保留下来的数据进行操作，计算最终保留下来数据的平均值。根据预警系统实际运行经验，目前 N 取 3，即剔除每分20、钟 60组数据中 3 个最大值和 3 个最小值，将剩余的数据算术平均后与各类预警值进行对比，确定是否需要触发预警。延迟计算法延迟计算法 闸门若有调整动作，完成动作后2分钟内不进行警情数据计算，2分钟后开始收集数据，并采用上述平均值算法开展警情数据计算，分析确定是否需要触发预警。（六）（六）调度预警响应调度预警响应警情发生时，警情发生时，闸站监控系统通闸站监控系统通过界面闪烁或声过界面闪烁或声音提醒进行报警，音提醒进行报警，各级调度机构按各级调度机构按照响应职责分别照响应职责分别进行接警。进行接警。（六）（六）调度预警响应调度预警响应 各级调度管理机构需为接警电脑配备音箱，并加强管理，确保发生预21、警时，能够及时提醒值班人员接警。发生级调度类预警时，总调中心应于 2 分钟内接警；发生级调度类预警时，相应分调中心应于3分钟内接警。1 各级输水调度值班人员在交班前需完成之前所有具备消警条件警情的消警工作，并向接班人员交代不具备消警条件警情的有关情况，提醒接班人员关注；中控室值班人员在交班前还需完成之前所有警情分析的填写提交工作。分调中心值班人员在交班前 1 小时，查看辖区内所有调度类预警的处理情况，做好提醒和督促工作：将具备消警条件的警情告知总调中心，提醒及时消警；将警情分析未完成或填写不规范、不准确的警情通知相应中控室，督促及时完成。（六）（六）调度预警响应调度预警响应2（七）（七）调度响22、应措施调度响应措施预警预警类类别别调度调度响响应应措措施施级级预预警警高限初级非应急调度工况下，停止闸门下调，根据上下游水情增加过闸流量或减少上游流量高限中级非应急调度工况下，停止闸门下调，增加过闸流量同时减少上游闸门流量；应急调度工况下，上游渠段不具备退水条件，停止闸门下调高限高级进入应急调度工况，开启上游渠段退水闸，并根据上下游水情增加过闸流量或减少上游闸门流量，控制水位不再上涨水位低限停止闸门上调，根据上下游水情减少过闸流量或增加上游流量或同时进行以上操作水位缓变若为下降，则控制本渠段出渠流量小于入渠流量，避免水位再次下降若为上涨，则根据水位与高限预警值关系，减缓或停止水位上涨水位骤变若23、为下降，闸门下调，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为上涨，闸门停止下调，并根据水位与高限预警值关系，减缓或停止水位上涨级级预预警警开度预警若水位变幅 15cm 以内，闸门恢复原开度或维持原过闸流量；若水位变幅超过 15cm，控制水位变幅，逐步调节恢复原流量和水位流量预警若为闸门异动，处理同开度预警；若为工程事故，则按土建工程事故开展应急调度2015年年5-8月月论论 证证 确确 定定闸闸 站站 监监 控控系系 统统 报报 警警方案方案2015年年11月月完完 成成 调调 度度指指 令令 发发 送送报警功能，报警功能，正正 式式 投投 入入使用使用2016年年1月月完完 成成24、 报报警警 统统 计计和和 历历 史史查查 询询 功功能开发能开发修修 改改 完完善善 后后 调调度度 预预 警警功功 能能 上上线试用线试用2015年年8-11月月核核对对全全线线所所有有设设备备的的故故障障状状态态点点，实实现现设设备备类类报报警警功功能能开开发发并并进进行行测测试。试。2015年年8月月-2016年年1月月完完成成调调度度报报警警中中水水位、流量、位、流量、开开度度报报警警功功能能开开发发并并进进行行了了测试。测试。2016年年2月月2017年年5月月组织开组织开展展部分闸部分闸站站测试工作，测试工作，根据测根据测试试结果对结果对软软件进行件进行了了修改完善。修改完善。谢谢！请大家批评指正请大家批评指正