浅谈甘肃中部生态移民工程弱电信息自动化系统方案设计.pdf

本文以甘肃中部生态移民扶贫开发供水工程，大型灌区弱电信息自动化系统方案设计为例，对弱电信息自动化系统总体设计方案比选、系统建立、组成模块设置的功能目的和作用等内容进行全面介绍。关键词：方案；弱电信息自动化系统；弱电信息采集甘肃中部生态移民扶贫开发工程供水范围为白银市靖远县和平川区，灌溉总面积30340ha，工程等级规模为等大（2）型。灌区总干渠及总干支渠9座泵站，东干渠、东干支渠及东干干渠9座泵站，南干渠及南干支渠8座泵站，北干渠泵站1座，共计27座泵站；供水管线沿线分水阀和流量调节阀等设备等107个设备；1处调度中心和6处水管所。兴电灌区工程始建于1976年，1994年11月竣工验收，工程累计建成9座泵站75台套机组，建成1座110kV 变电所和3座35kV 变电所。建成总长229.34km 的供水渠道，41座总长28845m 的输水隧洞，34座总长5598.8m 的输水渡槽，9座长1300.6m的倒虹吸输水管涵，总计衬砌长650km 的斗渠和农渠，浇灌面积10773.3ha，设计年提水量8000万 m3。本文以甘肃中部生态移民扶贫开发供水工程弱电信息自动化系统方案的设计，将老灌区兴电灌区弱电信息化管理方案一并进行提升改造为例，介绍灌区弱电信息自动化系统的结构和功能，将对全国灌区的管理模式的探索提供一定的管理经验，为以后类似工程的设计提供一定的借鉴作用。1 工程概况及弱电信息自动化系统设计总体思路由于工程修建于20世纪7090年代，主要采用人工统计方法对灌区进行粗犷式管理，灌区管理主要存在以下问题：管理人员编制多，人事管理复杂，管理费用高；弱电信息统计分析滞后，统一调度困难，灌区供需水要求无法及时实现，水资源利用不充分，对灌区的有效经营造成严重影响；水费收缴不及时，缺乏维护资金，对灌区的安全运行造成很多隐患；缺少水情预报系统，无法对灌区防洪防汛安全进行预警；各泵站间缺乏自动联调，容易出现系统运行事故；灌区物资缺乏整体调配，备用物资积压浪费，利用不充分；缺少现场和远程监控系统，无法系统的对灌区安全进行实时管理。结合全国大中型灌区续建配套节水改造实施方案的相关要求，为了解决以上问题，本次结合灌区的改建和扩建，对新老灌区全部实施弱电信息化管理是非常必要的。弱电信息化系统主要对灌区的水情、雨情、流量、水位等监测设备的弱电信号进行采集分析，对泵站、重要闸阀、变电站等区域进行视频监控，同时对泵站、闸门、阀体等进行远程控制，实现了弱电信息的测量、统计、分析、控制、调度等功能。为灌区进行科学地管理决策提供依据，大大提高灌区管理水平，实现农业灌区的现代化。针对老灌区存在的管理缺陷，结合新灌区的建设，需要研究出一套适合本灌区的自动化管理系统，切实对本灌区进行综合管理，解决灌区管理存在的各种问题，真正实现灌区现代化管理。2 方案比选设计2.1 方案设计2.1.1方案一2023.7 下 EPEM 159电力工程Electric Engineering在调度中心直接建立灌区采集系统，进行集中分析处理，不设置弱电信息采集分中心。本方案将灌区所有部位的原始弱电信息直接进行采集，在调度中心建立弱电信息分析中心进行集中处理，并直接对每个泵站可直接下发指令进行管理。本方案优点：将分析成果直接向灌区各管理点发送，不通过中间环节的传递，减少了弱电信息传递偏差现象，确保传达的可靠度。本方案缺点：弱电信息采集量大，弱电信息出错后纠错工作难度大；弱电信息分析量大，中心设置服务器数量达28台，设配配置高，电源需求量大，人员配置数量多，工程造价高；弱电信息采集线路长，对一些采集弱电信号需要增设中间放大器，工程投资高；弱电信息分析结果慢，不能适时得到弱电信息分析结果，影响灌区安全运行；难以形成系统性联调联动运行经验，对大型灌区的管理不太适应。2.1.2方案二在各管理所建立弱电信息采集分析分中心，在调度中心设置弱电信息分析总中心，根据弱电信息分析级别在不同中心进行处理和向下级下发指令，适时实现对灌区的安全运行控制。本方案分中心负责对基础弱电信息进行分析处理，并形成相应的结论性结果，上传至总中心，最终由总中心根据各分中心的分析结果进一步综合分析后向各分中心下达运行指令，各分中心根据总中心下达的运行管理指令向下游各泵站下达相应的运行指令，最终完成对灌区的运行管理。本方案的优点：弱电信息采集量适中，人员配置量小，弱电信息采集方便，纠错能力较强；弱电信息采集线路适中，可不增设中间放大器；对相应管理灌区的弱电信息能够熟练掌握，并能够形成一定的管理经验，方便工程安全运行管理；人员配置适中，灌区整体运行总体协调能力强，减少工程运行人员费用，降低工程投资，增加工程效益；针对出现的问题，能够做出快速反应，能够及时处理问题，确保工程运行安全；弱电信息分析量适中，可适时得到分析结果。本方案的缺点：对各级泵站的指令传达，需通过上级调度中心下达后继续下传，可能存在弱电信息失真现象发生。2.1.3方案三在每个泵站建立弱电信息采集分中心，将分析结果上传至管理所和调度中心。本方案在每个泵站设置弱电信息采集分析中心，将分析结果归类，按照上传等级不同分别上传至管理所和调度中心。本方案的优点：将弱电信息分析范围缩小至点状收集，原始弱电信息采集正确的高，纠错能力强；弱电信息分析量小，分析结果快，能够及时得到分析结果。本方案的缺点：弱电信息分析中心设置点多，需要大量的服务器和分析人员，运行费用高；对弱电信息分析结果分类上报类型的工作量大，容易造成出错现象；由于为单点分析，缺乏泵站之间的联调联动的灵活性，必须由上一级根据分析结果下发指令方可执行，缺乏工程运行的时效性，对工程安全运行不利；难以形成系统性联调联动运行经验，对大型灌区的管理不太适应。经过对以上三个方案从工程运行安全可靠性、运行维护经济合理性、运行过程的可操作性，以及投资等方面综合比较，采用方案二作为本工程的设计方案。2.2 推荐方案设计2.2.1管理分中心管理分中心主要任务是将泵站采集中心的弱电信息汇总分析，形成正确合理性成果后进入分中心弱电信息库，并对灌区安全运行安全进行风险评估和评估等级划分，汇总以上分析结果上报管理中心进行决策，并根据管理中心下达的指令完成相应的任务。本灌区结合泵站和管理区的相互分布和就近接入原则，将27套站点级弱电信息采集中心分别接入灌区内6个管理所分中心，实现片区化弱电信息管理。管理所分中心范围分布如下。总干六泵站管理所分中心：管辖总干一泵站总干七泵站七个泵站涉及灌溉范围内的所有弱电信息采集和分析工作；总干支渠泵站管理所分中心：管辖总干一支渠泵站、总干二支三支渠泵站、北干渠泵站三个泵站涉及灌溉范围内的所有弱电信息采集和分析工作；东干泵站管理所分中心：管辖东干一支渠一泵站、东干一支渠二泵站、东干一分干渠一泵站、东干一分干渠二支渠二泵站、东干一分干渠二支渠二泵站、东干一分干渠五支渠一泵站、东干一分干渠五支渠二泵站、东干二分干渠一泵站、东干二分干渠五支渠一泵站七个泵站涉及灌溉范围内的所有弱电信息采集和分析工作。南干第一水管所分中心：管辖南干渠一泵站、南干渠二泵站两个泵站涉及灌溉范围内的所有弱电信息采集和分析工作；南干第二水管所分中心：管辖南干渠三泵站、南干渠四泵站、南干渠五泵站、160 EPEM 2023.7 下电力工程Electric Engineering南干一分干泵站四个泵站涉及灌溉范围内的所有弱电信息采集和分析工作；南干一分干水管所分中心：管辖南干渠六泵站、南干渠七泵站两个泵站涉及灌溉范围内的所有弱电信息采集和分析工作。2.2.2管理总中心管理总中心为本智慧灌区弱电信息化的终极弱电信息分析中心，设置在总调度中心，主要任务是将管理所分中心的分析结果进行汇总，形成整个灌区的综合分析弱电信息，将正确合理的分析结果进入管理中心弱电信息库；并结合最终的分析结果形成最终的决策方案，向管理所分中心下发实施，并向上级部门上报，供上级部门进行重大方案的决策，并完成对内外的弱电信息的发布工作。3 灌区弱电信息自动化系统主要监测子系统设计智慧灌区监测系统以中部生态移民扶贫工程整个灌区的 GIS 地图为蓝本，将基本农业位置图、行政区地图、基本农田资源使用状况地图、基本农田保护区示意图等多源弱电信息加以综合应用，并叠加农业灌区的配水调节系统、防洪抗旱预警系统、阀门远程控制系统、水泵远程控制系统、视频监控系统等，形成了统一的“线下测、线上控、平台管”的灌区综合监管“一张图”。其主要组成系统如下。弱电信息采集监测系统。包括灌区气象监测、水雨情监控、闸门运行监控、抽水泵站运行情况等系统，并对监测弱电信息结果进行调用展示，以便于灌区的管理者管理；闸门远程监控系统。对闸门现场手动和远程启闭的监控管理，结合闸门状态及开度、过闸流量和视频等，实现对闸门远控管理；水泵远程监控系统。水泵通过远程监测实现了水泵现场自动启停、远程启停的监控管理，并结合了泵工作状态弱电信息、操作命令和图像视频显示，进行阀门的远程监控管理工作。量测水管理系统。量测水系统通过收集的水情弱电信息，进行水位流量相关关系、渠系水利用系数、水情整编等计算作业，并利用拟合曲线方法导出适应性较强的水位流量关系曲线，为灌区水资源调配、水资源管理、基础建设和综合利用等提供依据，作为灌区科学管理提供弱电信息支持。配水调度系统。依据灌区供水单元需水状况和灌区的实际供水情况，能够智能辅助灌区运行管理人员编制灌区内各供水单元的用、配水方案，并向系统内各泵站下发出配水指令，并依据远程监控终端报告的各供水计量站测报的信息，对配水方案及实施状况进行及时的统计分析和评估，有效地提高了灌区用水、配水管理效率，并确保了统计弱电信息的真实性和时效性。综合弱电信息管理。对整个灌区的量测水位弱电信息、预警报警弱电信息、水雨情灾情弱电信息等，经过大弱电信息分析，形成合理的分析结果，形成历史报表进行管理；工程管理系统。以灌区竣工矢量图为基准，通过对灌区的各项工程建设分布情况和特征信息，以及工程安全监测巡检路径及有关主要事件记载等进行归类汇总，形成工程信息二维码，实现了工程建设管理系统的全面弱电信息化，以最大化地充分发挥工程建设经济性，合理保护水资源。防汛抗旱预警系统。灌区防汛抗旱预警系统以降水流域面积内的水雨情的监测弱电信息为基础，根据灌区排洪道的布设现状和排洪能力，结合历年水文资料综合分析，采用水文模型对灌区洪水进行推演预测，推演出总体洪水量及各排洪道的洪水量，为灌区的防洪提供有力的支撑，确保灌区防洪安全。4 结语本智慧灌区弱电信息化系统建立后，将会达到以下预期效果：能够实现多级泵站联调运行，防止工程运行事故发生；优化灌区运行管理结构人员，降低运行成本，合理进行员工培训，提高灌区管理质量；根据灌区工程建筑物运行情况，实时进行维护维修工作，确保灌区安全运行；结合水费征收情况，进行精细化供水，提高水费计收力度，降低工程管理难度，结合推行的水价改革，逐步完善灌区效益化管理。优化种植结构类型，确定更加合理的灌溉制度；统筹调配灌区物资，防止盲目采购，造成浪费；根据运行调度指令，实现灌区远程控制运行；综合监测弱电信息和分析结果，实现灌区可视化实施管理；结合水情预警分析，实现灌区防洪抗旱安全调度运行；总结灌区运行经验，合理分配水资源，实现灌区水资源最大效益化。目前，甘肃中部生态移民扶贫开发供水工程大型灌区工程弱电信息化施工正在紧张施工中，工程弱电信息化建成并投入运行，将对全国灌区的管理模式的探索提供一定的管理经验，为以后类似工程的设计提供一定的借鉴作用。