最新大广坝水情测报系统升级改造技术方案汇总

2014大广坝水情测报系统升级改造技术方

案

国电海南大广坝发电有限公司

大广坝水情测报系统升级改造

技术协议

合同编号：

甲方：国电海南大广坝发电有限公司

乙方：中南勘测设计研究院有限公司

国电海南大广坝发电有限公司（以下简称甲方）、中南勘测设计研究院有限公司（以下简称乙方）的代表，就国电海南大广坝发电有限公司大广坝水情测报系统升级改造的有关技术问题进行了协商和讨论，达成如下技术协议。本协议生效后，即作为大广坝水情测报系统升级改造验收的技术依据，是商务合同的附件，与商务合同具有同等法律效力。

1 建设任务及供货范围

1.1 建设任务

建立起一个稳定可靠、功能完善、性能优化的水库调度自动化系统是大广坝水情自动测报系统升级改造的主要目的和任务，结合目前大广坝水情自动测报系统存在的问题，具体建设任务主要包括以下几个方面。

为提高遥测站的可靠性，具体从以下几方面入手：

a) 在原有硬件设备的基础上，增加一套GSM通信系统，建立起有主备通信信道的遥测站；

b) 系统支持主备数据库服务器冗余处理；

c) 增加一口坝前水位井，并加装自动水位计一套；

d) 增加卫星系统和超短波系统备品备件的配置，更换所有站点蓄电池；

f) 开发水库调度自动化系统软件，完善中、短期洪水预报和洪水调度决策支持的功能，完善水能利用和发电计划安排合理性分析的功能，为水库调度提供科学合理的决策方案；

1.2 供货范围及工作进度

1.2.1供货范围

a) 所需提供的硬件设备

1) 增加一套GSM通信系统，站点包括1个中心站，4个水位（雨量）站和13个雨量站的配套设备。

2) 水位井及自动水位计的配套设备。

3) 配置卫星系统和超短波系统备品备件。

中南院将对上述所有设备的设计、制造以及出厂前的试验、包装、发运、交货和现场开箱交接、质量监督检查等工作负责，以及GSM系统的现场安装、现场试验、调试运行、交接验收、培训等工作的如期开展，并在工程结束后向业主提交相关技术文件。

b) 自动化系统软件的开发

自动化系统软件的开发主要指中、短期洪水预报和洪水调度决策支持功能的完善，以及水能利用和发电计划安排合理性分析功能的完善等。

1.2.2 工作进度

本项目总体工作进度计划为：系统硬件设备于5月30日到货，设备安装期限为1个月，7月10日工程全部竣工。

设备交货进度详见表1.2-1。

表1.2-1 交货进度表

注：表格内的设备交货时间为设备运到施工现场的最迟时间。

2 技术要求

2.1 遥测系统设备集成要求

2.1.1 设计原则

中南院在遥测系统设备集成中主要遵循以下原则：

●设备技术性能完全满足系统实施方案的技术指标要求，确保设备的运行稳定和安全可靠；

●主要设备在中南院承担的类似工程中得到成功应用；

●遥测设备选用技术成熟、定型的设备，具有低功耗、高可靠性、技术先进、维护方便、经济合理，并符合国家标准以及适合本系统工作特性的优质产品；

●遥测设备的接口符合国际或国家标准，并预留扩展接口。

2.1.2 遥测站集成要求

2.1.2.1 遥测站功能

a)水位、雨量自动采集：能按水文资料整编规范要求，采集水位、雨量数据，能自动采集到1.0cm的水位变化值和0.5mm的降雨量；采样间隔可编程，并具有数字滤波功能。

b)定时自报：按预先设置的定时间隔，能通过VHF、GSM、北斗卫星通信信道向中心站发送当前的水位、雨量数据，还包括测站站号、时间、电池电压、报文类型等参数。

c)事件自报：在规定的时段内水位或降雨量变化量超过设定值（时段、变化量可编程），且设定的定时自报时间未到时，能自动向中心站报送数据。

d)应答查询：应能响应中心站的查询，并按接收到的指令报送实时数据或批量数据。

e)主备信道自动切换：当主信道发送失败时，可自动切换到备用信道发送。

f)现场固态存储：采集的水位、雨量现场带时标按水文资料整编规范要求存储，存储间隔（雨量存储间隔为5分钟及5分钟的整倍数，最小间隔为5分钟；水位存贮间隔为5分钟及5分钟的整倍数，最小间隔为5分钟）可编程。可提供现场或远程查询、下载。

g)人工置数：能将流量数据和人工观测水位值通过人工置数的方式，向中心站报送。

h)显示功能：在遥测站现场能实时显示水位、雨量、电压等水情数据。

i)现场或远地编程（参数设置）：能在现场或远地对遥测终端设备进行各项参数设置或读取等编程操作。

j)设置功能：可进行站号、增量随机自报限值、定时报段次、测站时钟、水位和雨量基值等设置。

k)当运行参数发生变化时能自动发送到中心站。

l)具有“加报”功能：在设定的定时间隔内，当水位变化或雨量变化超过设定值时主动启动通信链路发送。

m)响应召测功能：根据中心站发送的召测指令，将测站采集的当前值，或过去的记录值，或所有已存贮的数据通过指定的信道或指定的路径发送。

n)具有工况报告、低电压报警、掉电保护以及自动复位等功能。

o)工作环境：能在雷电、暴雨、停电的恶劣条件下正常工作。

2.1.2.2 遥测站组成结构

为保证系统可靠、有效地运行，遥测站的建设采用测、报、控一体化的结构设计。以遥测终端为核心，实现水情信息的采集、预处理、存储、传输以及查询应答、可编程等测控功能。测报控一体化遥测站主要由传感器、遥测终端、通信机以及供电等部分组成。

2.1.2.3 遥测站设备清单

大广坝水情自动测报系统升级改造的遥测站设备主要有：一套包括1个中心站、4个水位（雨量）站和13个雨量站的GSM（GSM/GPRS）信号通信方式的水情测报系统；新建的坝前水位站配套设施；以及为卫星系统和超短波系统提

供的备品备件。具体清单见表2.1-1。遥测水位（雨量）站设备配置见图2.1-1。

图2.1-1 遥测水位（雨量）站设备配置图仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢11

2.1.2.4 主要设备设施选型及性能

a) 遥测终端(RTU)

根据遥测站的工作方式及通信方式，为实现测站测控报一体化的功能，测站遥测终端（RTU）应集数据采集、传输和监控于

一体，具有功能强、可靠性高等特点，是实现测站测、报、控一体化功能的核心设备，能完成水文数据采集、处理、固态存储、远程传输控制等功能。选用中南院研制生产的ZNY.YDJ-1（LINGQU-I）多功能遥测终端。该产品最大的特点是多信道、多传感器接入、多工作体制、支持TCP/IP协议和固态存储能力，运行稳定可靠。该产品彻底改变了以往遥测设备功能较为单一或外挂件较多的问题，集成了遥测、固态存储、人工置数、现场/远程取数等多种功能。中南院承建的所有系统均选用该产品，效果良好，其性能指标完全满足系统升级改造的相关要求。

成果鉴定：2004年7月通过了省级鉴定，认为该产品具有国际先进水平（中国工程院何继善院士为专家组长）。

成果获奖情况：2005年度湖南省科技进步三等奖、2005年度中国水电顾问集团公司科技进步三等奖。

该产品主要功能如下：

a) 设置功能：可进行站号、增量随机自报限值、定时报段次、测站时钟、水位和雨量基值等设置。

b) 数据采集功能：具有多种（开关量、数字量、模拟量）传感器接口，能自动采集到1.0cm的水位变化值和0.5mm的降雨量；水位采样间隔可编程设置，并具有数字滤波功能。

c) 具有定时自报、超限加报、定时或随机查询应答等工作方式，工作方式可编程设置。

1) 定时自报：按预先设置的定时时间间隔，向水情分中心发送当前的水位、雨量数据，同时包括测站站号、时间、电池电压、报文类型等参数。

2) 自动加报：在规定的时间内水位变幅以及降雨强度超过设定值，即超限值，且在设定的发报时间未到时，自动加密报送次数。如预先设定水位连续变化＞±10cm，连续降雨＞5mm时，自动加报，以实时获取数据特征值。（超限值可根据测站实际设置）。

3) 应答查询：测站能响应监测中心的查询，按接收到的指令报送实时数据

和批量数据。

d) 固态存储功能：按照测站不同观测时段的要求，实时存储测站水雨情数据。数据存储格式满足《水文资料整编规范》的要求。

1) 现场固态存储：测站采集的水位、雨量现场带时标存储，可存储1年以上水位、雨量的数据，存储间隔可编程（雨量存储间隔为5min及5min的整倍数，最小间隔为5min；水位存贮间隔为5min及5min的整倍数，最小间隔为5min）。

2) 现场和远程查询、下载功能：可通过一键式“U”盘取数和便携式计算机现场取数，也可通过召测/预召测进行远程取数，而且保持数据格式一致，数据下载文件格式满足测验整编要求。其中，一键式“U”盘取数只需插入“U”盘，按下取数按钮即可自动完成现场取数；召测/预召测可在中心站实现远程取数，中心站发出召测指令，只要遥测站上电（每天至少一次），即可完成远程取数。其中召测模式为遥测站常上电情况下的实时应答，预召测模式为遥测站休眠唤醒工作方式下被唤醒后的事后应答（≤24h）。

e) 具有多种通信接口：可选用卫星通信、GSM、GPRS、超短波及PSTN中的任意两种组成主备式数据通信传输网，当主信道发送失败时，可自动切换到备用信道发送。再者，RTU可实现GPRS与GSM通信方式的互转，即当GPRS通信失败时可自动转换至GSM通信状态，当GPRS通信正常时，可即刻自动转换为GPRS通信状态。

f) 具有人工置数功能：可在测站通过人工置数方法将流量、人工观测的水位和其它水文参数置入并发送至中心站。

g) 可实现事件或定时自报，查询、应答等多种工作体制。

h) 现场和远地编程：可在现场和远地对遥测设备进行各项参数设置和读取的编程操作。

i) 响应召测功能：根据中心站发送的召测指令，将测站采集的当前值，或过去的记录值，或所有已存贮的数据通过指定的信道或指定的路径发送。

j) 支持休眠唤醒工作方式，以降低测站功耗；

k) 能通过接受中心站的统一校时指令，自动校时；

l) 自维护功能：具有定时工况报告、低电压报警、掉电数据保护以及自动复位等多项自维护功能。

m) 具有死机自动复位硬件“看门狗”功能（Watch-dog）；

n) 显示功能：能实时显示水位、雨量、时间等值。

o) 工作环境：外部接口具有光电隔离能力，以防止雷电的破坏及外部电磁信号的影响。测站能在雷电、潮湿、高温等恶劣条件下正常工作。

p) 安全措施：充分考虑了设备设施在防风、防盗等方面的安全问题。

该产品主要技术指标如下：

a)支持的工作制式：自报式

b)支持的通信信道： GSM、北斗卫星、GPRS等

c)键盘输入：7个按键

d)显示器：LCD中文显示器

e)功耗：守候电流＜0.5mA（含硬件看门狗），工作电流＜70mA，峰值电流＜1A，电压：10V～15V DC（太阳能浮充蓄电池直流供电），具有防反功能

f)输入输出口：具有同时连接翻斗式雨量计、浮子式水位计、雷达式水位计、两种信道通信设备及计算机的接口(4个标准RS-232端口、1个RS485接口、2个开关量接口，2个并行口)，所有输入接口采用光电隔离。

g)可靠性指标：MTBF≥25000h

h) CPU芯片：32位

i)存储方式：在板FLASH和64M的MMC卡（双存储）

j)存储容量：2MB以上可存储1年以上的水位、雨量数据

k)取数功能：现场取数：一键式“U”盘和便携式计算机

l)远程取数：召测/预召测

m)采样间隔：可编程

n)存储间隔：可编程

o)传输间隔：可编程

p)时钟误差：＜10-9s

q)看门狗和休眠控制电路：有

r)工作环境：温度为 -10℃～+45℃，相对湿度为 95%（+40℃），具有严密的防雷措施，能在雷电、暴雨、停电的恶劣条件下正常工作。

b) GSM/GPRS通信模块

本系统选用国际知名品牌法国WAVECOM公司生产的M1206B

型GSM/ GPRS Modem ,该产品性能指标完全满足系统升级改造的相关要求。主要技术指标如下：

产品性能：双频GSM调制解调器（EGSM900/1800MHz或EGSM900/1900MHz）

适用于数据，传真，短信息及话音应用

已通过所有认证

其设计及开发符合ETSI、GSM、Phase2+标准（一般话机）输出功率：2W-类别4，for GSM 900

1W-类别5，for GSM 1800

输入电压：5V～32V

输入电流：空闲<10mA，话音传输200mA for GSM 900 @ 12V

空闲<4.8mA，话音传输100mA for GSM 1800 @ 12V

温度范围：-20℃～+55℃工作状态

-25℃～+70℃保存状态

支持EGSM900/GSM1800双频

GSM11.10协议标准

接口 RS232C或者RS485接口

标准GSM AT指令

c) 雨量计

本系统选用水利部南京水利水文自动化研究所防汛设备厂生产的JDZ05-1型翻斗式雨量计。该仪器按照国标GB11832-2002

《翻斗式雨量计》技术条件生产，并符合水利水电行业标准SL21-

2006《降水量观测规范》。该产品性能指标完全满足系统升级改造

的相关要求。其主要技术指标如下：

承雨口径：φ200mm±0.6mm

分辨力：0.5mm

最大降雨强度：4mm/min

允许误差：当自身排水量≤12.5mm时，允许误差≤±0.5mm；自身排水量＞12.5mm时，允许误差≤±3%

输出方式：开关通断信号

工作温度：-10℃～50℃

工作湿度：≤98%RH（40℃）

MTBF：≥40000h

具有防堵塞、防雷电抗干扰措施

d）浮子式水位计

本系统原有水位（雨量）站水位传感器选型同系统正在使用的水位传感器，即徐州电子信息研究所生产的SSC-3系列JB-4095浮子式

水位传感器。该传感器采用全量机械编码，具有测验精度高、可靠性

好、运行寿命长，安装使用简单方便的特点被广泛应用。该产品被广

泛应用于国内水情自动测报领域，中南院承建的系统大多采用该型号

水位传感器，用户反应良好。其主要技术指标如下：

浮子直径：20cm

分辨率：1cm

测量范围：0～40m

基本误差：±1cm

重复性误差：≤±1cm

回差：±2cm之内

适应水位变率： 80cm/min

水位轮启动力矩：250gf.cm

工作环境条件：-25～55℃（测井水体不结冰）

相对湿度：≤95％RH（20℃）

码盘寿命：106转

e) 供电系统

本系统遥测站均采用太阳能浮充供电方式，主要包括太阳能板、蓄电池和太阳能充电控制器。

为保证测站设备能在雷电、暴雨、停电的恶劣条件下可靠、正常的工作，遥测站终端及通信设备采用太阳能板浮充蓄电池直流供电方式。为防止蓄电池电压过电或欠

压现象，应配置相应的充电控制器进行钳位控制。太阳能板的功率、蓄电池的容量以及充电控制器，根据以下因素选配：

设备功耗，包括守候功耗、工作功耗以及通信设备发送数据的功耗。

保证在45天连续阴雨天气情况下，能维持蓄电池正常工作。

在连续45天阴雨天气后，能在10～20天时间内，将蓄电池充足。

当地的日照指数。

充电控制器的钳位电压阈值应保证电池充足且不因过充而损坏。

1）太阳能板

GSM(GSM/GPRS)系统选用西宁月光太阳能科技有限公司生产的PMS20W、PMS40W PMS系列太阳能电池组件(单晶硅)，该厂拥有一流的

生产技术和封装工艺，采用国际领先技术的单晶硅和多晶硅电池片，功率密度大，高峰时段电池的电量更多，转换效率更高。美观、稳定、拆卸简便的阳极电度的铝框架，并且具有抗风、抗雪的功能。电池板表面经过减反射工艺处理，增大了光吸收率。由高透光率的低铁钢化玻璃、抗老化的EVA（聚乙烯-醋酸乙烯酯）、高性能的晶体硅太阳电池、耐候性优良的TPT（复合氟塑料膜）层压而成，具有良好的耐候性和抗紫外线、冰雹、防水能力。接线盒内置旁路二极管，能防止暗斑效应对电池片的局部损坏。该产品性能指标完全满足系统升级改造的相关要求。主要技术指标如下：

材料：进口单晶硅太阳能电池组件

容量：16.5V/20W（雨量站）、16.5V/40W（水位站、水位雨量站）

电池板效率：70%

迎风压强：≥2400Pa

工作温度：-40～90℃

2）蓄电池

本系统选用广东志成冠军集团有限公司生产的NP38-12、

NP65-12免维护蓄电池。该产品性能指标完全满足系统升级改

造的相关要求。其主要技术指标如下：

免维护无须补液；

内阻小，大电流放电性能好；

适应温度广（-35℃～+45℃）；

自放电小；

使用寿命长（8～10年）；

使用方便；

安全防爆；

独特配方，深放电恢复性能好；

无游离电解液，侧倒90°仍能使用。

3）太阳能充电控制器

本系统选用中南院自主研发生产的、与中南院各系列

遥测产品相配套的MS8710充电控制器。该充电控制器通过

对蓄电池电压的实时监测，由控制电路对蓄电池的充电过程

进行实时控制。当蓄电池处于安全充电范围时，由控制电路控制太阳能光板对蓄电池进行满充；当蓄电池接近或达到充满状态时，由控制电路控制进行涓流充电，保证蓄电池始终处于安全充电状态，能有效延长蓄电池使用寿命。

智能电源管理如电源状态检测、低电压挂起和自动恢复等功能由ZNY.YDJ-1 （LINGQU-I）系列多功能遥测终端负责完成。

额定电压：13.84V

最大充电电流：3A

最终充电电压：13.8V

最大自消耗电流：1mA（太阳能光板工作时）,0mA（太阳能光板不工作时）

输入电压：12.7～30V

输出电压：12～14.4V

环境温度：-25℃～＋50℃

f) 主要备品备件

本项目提供的所有备品备件完全满足询价书要求。

1) VHF电台

VHF电台选用深圳市天立通信息技术有限公司生产的TH230无线数传电台，其主要技术指标如下：

频率范围；220MHz～240MHz

信令：MSK

信道数：16

信道间隔：25KHz/12.5KHz

频率稳定度：±5PPM

输入电压：12 VDC～13.8VDC

电流消耗：守候100Ma，接收150mA，发射<5.5A(25W,13.8V)

天线阻抗：50Ω

使用环境温度：-20℃～80℃

尺寸：13.5cm×6cm×9cm

接收机指标：

可用灵敏度：0.25μV（12dBSINAD）

邻道选择性：≥65dB

杂波及镜象抗扰性：≥70dB

剩余电平输出：<-40dB

互调抑制比：≥60dB

接收音频失真：≤3%

发射机指标：

射频功率输出：>20W

杂波和谐波输出：≤-70dB

剩余输出：-40dB (MAX)

调制方式：MSK

音频失真：3% (MAX)

2) YCZ-1A

同2.1节。

3) 水位计

精品资料

同2.1节。

4) 雨量计

同2.1节。

5) 北斗卫星终端

选用成都国星通信股份有限公司生产的YDD-3-01北斗一号普通型用户机，网络运营商为北京神州天鸿科技有限公司。主要技

术指标如下：

天线波束宽度：俯仰方向 25°～90°，水平方向 0°～360°；

频率：接收S波段，发射L波段

接收灵敏度：C≤-157.6dBW

接收信号误码率：≤1×10-6

首次捕获时间：≤4s（从开机通道接收并解调出信息所需时间）

失锁再捕获时间：1s

发射EIRP值：≥13 dBW

MTBF（平均故障间隔时间）：25000h

功耗：平均功耗≤6W，发射最大功耗≤120W

环境条件：湿度 5％～98％（45℃）

工作环境温度 -20～+55℃

储存环境温度 -40～+80℃

电源： 9～32V DC

接口标准：RS232

通信速率：9.6 kbps(默认)，2.4 kbps、4.8 kbps、9.6 kbps、19.2 kbps可设置

6) 电源系统

太阳能光板选用西宁月光太阳能科技有限公司生产的PMS18W PMS系列太阳能电池组件(单晶硅)，主要技术指标如下：

材料：进口单晶硅太阳能电池组件

容量：16.5V/18W

电池板效率：70%

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