国内水情自动测报技术的新进展

我国水电厂水情自动测报系统（以下简称测报系统）从20世纪80年代初起步建设，发展到当前的先进技术水平与科学的管理方式，历经近30年的发展历程。目前，我国电力系统的大、中型水电厂都建立了水情测报系统，并成为电力生产过程中的重要环节，在安全、经济方面发挥着巨大的作用。伴随着整个社会的科技发展水平的进步和管理思维开放，现在测报系统的设计思想，通信组网的方式和管理理念正不断更新与前进着。

水情自动测报系统的建设与应用，对于水电厂来说，基本上可以分三个时期或阶段来描述。第一阶段属于摸索期，时间段为20世纪80年代初到80年代的中后期；第二阶段为实践总结期，时间段为20世纪90年代初到90年代中后期；第三阶段为成熟、创新和实用化阶段，时间段为20世纪90年代末到现在。

在第一阶段，20世纪80年代初期，我国的水电厂根本没有测报系统，水情信息的传递基本靠水文部门人工报汛方式（邮电部门的有线电报业务）解决。由于当时国家基础电信设施非常落后，水情信息的传递（1h左右）很难满足水电厂水调业务。鉴于此种状况，为了能及时获取对水电厂水调业务最为关键站点的水情信息，比较大型的水电站都组织起报务班组，在汛期纷纷派遣报务人员，带上发报设备（短波电台），驻守到相关的水位站每天定点定时向厂内传递信息，基本上能够保证在30min内把水文信息发送回去。这种方式一直持续到20世纪80年代末期，我国的电信状况大为改善后才结束。

在同一时期，国内测报系统的建设工作走了开发与引进并举的两条路，而以美国为代表的发达国家实施测报系统主要在20世纪70年代。我们国家电力工业部在1981年才决定在国内重点水电站建立测报系统，并指定国内知名研究机构实施。当时，国内有不少研究机构也在开展该项工作，在研究了发达国家测报系统的基础上，结合我国的需要也着手研制相应的技术，并说服水利部门和水电厂采用，因此从1980年以后国内少部分大型水电厂开始开展水情自动测报系统的试验或建设，这里面主要的代表如葛洲坝水电厂、黄龙滩水电厂等。而走引进道路的代表则是东北丰满、白山两座水电站，当时引进的是美国SM公司的设备。这个时期，水电厂对于测报系统的认识基本处于只是一个概念状态，没有任何的资料可查阅，更谈不上经验。对于测报系统的建设主要是与研究机构合作进行。研究机构也基本是理论上的支撑，实际经验不足。由于信道组网条件的客观限制，水情信息的传递被分为靠近大坝10km范围内的近距离，及远离大坝100km外库区远距离两种情况。对于近距离信道采用VHF方式是首选，这是国内外的共识，直到当今仍然为大多数水电厂所采用。对于100km外的远距离信息传递，在20世纪80年代整个10年里可供选择并适合使用的方法为数不多，主要是短波通信与卫星通信。VHF虽然通过中继接力也能够实现远距离传输，但对于处于边缘山区的水电厂来说是很不可取的方式，所以几乎被否定。当然在20世纪90年代后也还是有极少的水电厂采用该方式来进行信息传递，但中继一般也控制在3级以内，传输的直线距离不超过300km。现在并不主张采用该种方式，因为它的弊端太多。短波通信用来作为水情信息的传递如果采用人工拍报方式还是可行的，但是用来作为测报系统的数字传输极困难。国内曾有两家大型水电厂做过相应的测试，都以失败而告终。其主要问题出在该信道的通信原理上，由于它是建立在电磁波通过地球电离层反射来实现通信，而电离层的不稳定性，造成短波信号具有时间、频率和空间三种选择性衰落这一客观存在，使得数字通信如果不花费高昂的代价是无法满足信息传递的需求，作为民用，这一问题使其变成无法使用的手段。卫星通信直到了80年代中期后，才由我们国家卫星研究部门提出应用到水情信息的传输上，国内个别水电厂做过相应的实验，但也以失败结束。

这个时期的基本情况，近距离的测报系统投入运行的有11个，除南瑞公司承建的东北丰满、白山两水电站引进的美国SM公司设备系统投入使用外，其他测报系统基本都无法投入到生产应用中。原因主要有几点：①所有的人均没有经验，大家均处在摸索阶段；②由于我国当时电子制造技术的落后，设备的质量很差，根本无法投入生产运行；③国内测报系统工作体制的争论贯穿整个阶段，由于没达成共识，造成了相当大的困惑与失误；④没有相关的规范和制度，也没有与应用相衔接的要求。

第二阶段，20世纪90年代初期，国家的政策更加的开放，国外的先进技术也开始不断涌入。微计算机技术的发展为水情自动测报系统的发展奠定了坚实的技术与物质基础。当时的能源部对水电厂测报系统建设也开始大力推动，并牵头召开了“水电厂水情测报系统经验交流会”，开展该项工作比较早的水电厂取得了不少经验，各水电厂充分总结了第一阶段的经验与教训。由于上述有利因素，水电厂测报系统的建设开始步入高速发展的时代，据统计到1996年国内水电厂就建成测报系统42个。这个阶段的特点是建设不再盲目，水电厂积极参与系统的规划、设计和建设。系统建设成功率较第一阶段大为提高，基本上都能投入生产运行。例如葛洲坝、新安江和五强溪等水电站的测报系统。但是这些系统的组网方式依旧以VHF为主，远距离的传输只能靠中继站，所以系统的建设与维护都十分艰难。

1996年电力工业部颁布并实施了《水电厂水情自动测报系统管理办法》和《水利水电工程水情自动测报系统设计规定》，使得后续测报系统在建设技术上更加规范，管理水平显著提高。到了20世纪90年代末期，卫星通信技术在该领域的应用，公众电话网在偏远山区的覆盖，使得水情信息的远距离传输变得可行、可靠。因此，在该时期以后的测报系统，不管是新建还是技术改造，远距离的组网基本上不再考虑VHF方式。(www.xing528.com)

除了上述所说通信组网的变化，在系统中的其他软、硬件环节都在随着社会科技进步的步伐在翻新变化。例如水位传感器的发展，除了传统的浮子式、压阻式水位传感器外，还出现了气泡式、超声波式、雷达、激光等新式水位传感器。由于计算机技术的发展，遥测站的功能变得越来越强大。测报系统的体制之争到了此时已经开始变得不再重要，重要的是如何满足水电站水库调度的需要与测报系统管理的便捷。

第三阶段测报系统已进入到成熟、创新和实用化阶段。进入21世纪以后，国内所有大、中型水电站全部都建设有测报系统，并且测报系统建设完成后均能投入运行使用。随着电力生产企业的整合，流域性水电站的梯级调度机构也相继成立，因此对于测报系统也提出了新的要求。整合、改造和新建测报系统工作纷纷在各流域调度机构进行。目前，测报系统的特点是系统规模越来越大、功能越来越完善、自动化程度及设备的可靠性越来越高和管理理念越来越科学。目前，建成的该类系统如三峡水情测报系统、二滩水情测报系统和乌江水情测报系统等。

以三峡水情遥测系统为例简要描述本阶段测报系统的特点。一是测报系统规模庞大，三峡测报系统根据流域梯级调度的需要，目前各类站布设总数量为610个左右，覆盖流域面积约57万km2。其中在屏山-宜昌区域布设测报站点436个，控制流域面积43万km2，主要为三峡、葛洲坝两级梯级提供水雨情信息。屏山以上布设站点180个左右，覆盖流域面积24万km2，主要为金沙江下游向家坝等4个梯级水电站提供水情信息。二是系统功能已做得十分完备，除了早期就有的最主要参数水位、雨量信息外，现在的测报系统还能有完成流量实时测量、电站拦污栅压差测量、水库水层温度以及气象要素等许多参数的测量。另外，为了提高测报系统的及时性、可靠性，信道组网采用主、备信道方式，中心站采用主、备两套数据接收设备，确保数据传输、接收的绝对可靠和及时，目前该系统可在10min内收集所有遥测站点的水雨情信息。三是自动化程度的越来越高是与早期测报系统比较而言的，主要体现在设备运行状态的监视、出现故障后的报警、自动修复和远程诊断维护等早期系统根本无法实现的手段。设备可靠性的提高，不仅主要仰仗于大规模集成电路、元器件制造的科技进步，还得益于电子产品加工水平、稳定的公用通信网和系统集成工艺等相关产业整体水平的大幅提高。四是为了保证三峡水情遥测系统稳定可靠地运行，三峡梯级调度中心提出了“共建共管、资源共享、优势互补、和谐发展”的科学管理理念，将遥测站的运行、维护和管理工作，采用委托管理的模式，分地域委托各当地相关水文部门负责。充分利用水文部门具有地域的优势和现场观测人员的优势。为此，目前共建立17个维修分中心。为各维修分中心一次性配备专用的设备、交通工具、维修工具，以保证维修分中心对野外遥测站的及时维护；从各维修分中心建立与三峡中心站的通信专线，实现水文资料的实时监视与共享。维修分中心设在相关水文部门，以方便系统的运行维护和管理。

我国水电厂水情自动测报系统经历了近30年的发展，目前已经完全成熟，特别是与水调自动化系统融合一体后，实现了水情信息的自动采集、处理、监视、分析和应用，为水电厂的经济效益、安全度汛提供了准确、及时和可靠的水情信息，也使得流域梯级整体调度成为了现实。展望未来，这也将为整个流域，乃至电网、全国水库综合调度奠定了基石并成为可能。

中国水利水电科学研究院20世纪80年代末研制开发了8位单片机数据采集系统，在20多年的水情自动测报系统建设中，数千台装置应用于160多个系统，取得了显著的经济效益和社会效益，发挥了巨大作用。其中黄龙滩水电厂水情自动测报系统荣获本行业唯一的国家科技进步奖。