巴基斯坦卡洛特水情遙測站網通暢率提升方法探索

(長江水利委員會水文局荊江水文水資源勘測局，湖北 荊州 434000)

為滿足水電開發(fā)施工期流域水雨情、工程防汛調度、運營期流域水雨情及水庫調度等信息收集需求[1]，有必要建設一定規(guī)模的水情遙測站網以收集水文氣象資料。我國的水文遙測設備發(fā)展十分迅速，但國外電站規(guī)劃所在地一般都處于經濟欠發(fā)達地區(qū)，多為山地或丘陵地帶[2]，如何在國外運用遙測站收集水文氣象資料面臨挑戰(zhàn)。本文以巴基斯坦卡洛特(Karot)水電站水情遙測站網為例，著重分析水情遙測站網維護，以提高數據通暢率。

水情遙測站應用自動傳感、衛(wèi)星移動通信、計算機網絡，完成流域內雨量、水位、流量等信息的實時收集、處理和預報，為防洪度汛和發(fā)電調度提供基礎數據支撐，以滿足對水電站施工期的水情預報需要[3]。

1 站網概況

卡洛特水電站是巴基斯坦境內吉拉姆河(Jhelum)規(guī)劃的5 個梯級電站中的第四級，壩址處控制流域面積26 700 km2，多年平均流量819 m3/s，多年平均年徑流量258.3億m3。該流域為山區(qū)性河流，河水陡漲陡落較多。

卡洛特壩址以上流域有19個雨量站，5個水位站，另吉拉姆河流域內有10個水文站(兼測報雨量)，累計共34個雨量站。平均雨量站網密度約為450 km2/站，該站網采用北斗衛(wèi)星傳輸方式。

建成之初，水情遙測站網數據衛(wèi)星通暢率為53%，經過維護與故障診斷，采取有力措施，測站通暢率提高到 95.9%以上。

2 影響站網通暢率的因素

在卡洛特水電站壩址以上流域建立水情遙測站網，站網中衛(wèi)星通暢率是重要指標之一，經過分析發(fā)現，影響通暢率的因素有以下幾點。

(1)數據接收的中心站。中心站是水情遙測站網的神經中樞，通過該站能夠掌握整個流域站點的時間、水位、雨量、電壓等參數，基于此可判斷遙測站是否正常。中心站包含網絡中心、數據庫與北斗系統(tǒng)，在保證網絡暢通的情況下，北斗衛(wèi)星指揮機的正常運行起決定作用。

(2)北斗衛(wèi)星系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星投入民用開始廣泛使用，是保證通暢率的關鍵設備。但由于海拔、天氣、國外經緯度等影響，要達到國內標準要求十分困難。

(3)YAC9900是集數據存儲與轉發(fā)為一體的設備。通過存儲采集數據并給北斗衛(wèi)星發(fā)送指令進行數據傳輸，其遙測終端控制系統(tǒng)(RTU)屬于整個遙測站的中樞系統(tǒng)，在維護過程中產生故障的概率較大。

(4)遙測站的電源系統(tǒng)包含蓄電池與太陽能板，在維護過程中太陽能板出現問題較少，蓄電池壽命受充放電倍率與充放電循環(huán)次數的影響。電源系統(tǒng)是遙測站的動力系統(tǒng)，對遙測系統(tǒng)正確率與通暢率影響重大，一旦損壞必須及時修復。

圖1為雨量站示意圖，遙測系統(tǒng)由YAC9900、蓄電池、北斗衛(wèi)星、雨量計等設備構成，能夠在24 h按時發(fā)送遙測數據。圖2為水情系統(tǒng)傳輸流程，雨量計數據由YAC9900采集并存儲，經由北斗衛(wèi)星傳送到中心站接收，經過數據處理存入機房數據庫，并能夠與前后方交換數據。

地震解釋者應該決定哪個模型最具地質合理性。Grad等（2003）也提供了一個模擬主觀性的很好例子，其中使用不同的模擬軟件（SEIS83與RAYINVR）得出了截然不同的地殼模型。

圖1 遙測雨量站示意

圖2 水情系統(tǒng)傳輸流程

3 提高通暢率的維護措施

3.1 站網維護難點

與國內遙測站網相比，卡洛特水情遙測站網中有6個在印巴邊界線，道路對岸是印控部分。其中4個站處于巴印經常發(fā)生沖突的邊界線上，維護面臨以下困難。

(1) 在突發(fā)測站數據接收不到的情況下，需要進行及時維護。因出發(fā)需要提前審批比較費時，遙測站無法在12 h或24 h內恢復正常。

(2)遙測站維護常見故障具體如下：①電源,太陽能板損壞，充電控制器、電源板故障，接線接觸不良;②RTU,不記錄數據，SD卡損壞，控制部分不工作;③傳感,雨量傳感器故障，水位傳感器故障;④水位氣路,漏氣，外鋼管被水沖斷，水下探頭故障;⑤數據傳輸,北斗衛(wèi)星收發(fā)信機故障，天線頭故障，傳輸線斷裂，衛(wèi)星卡損壞;⑥中心站,北斗衛(wèi)星接收機死機，天線故障干擾接收軟件死機，工作站故障;⑦高溫考驗，巴基斯坦溫度較高，最高溫度可達53℃，高溫可造成恰得卡拉斯(ChattarKallas)站設備變形、北斗衛(wèi)星卡接觸不良、設備壽命降低。RTU故障相對較多，數據傳輸部分次之。

(3)圖3為印巴交界處遙測站點位置圖，其中，紅色線條即為行駛路線，也是印巴國界線。新雨量站4，5，6和多邁爾(Dhudnial)水位站在印巴交界地點，出于安全考慮，巴軍方不允許中方工作人員進入。

圖3 印巴交界遙測站

3.2 提高通暢率方法

2016年4月，6號站、穆里(Murree)站、2號站及1號站等幾個高海拔站在幾天內相繼發(fā)生數據接收不到的情況。經過檢查發(fā)現，2號站為積雪影響充電，1號站、穆里站為衛(wèi)星卡接觸不良，更換電池后故障排除。

因RTU電源板燒壞，電源線燒斷，6號站更換一整套全新設備后處于半恢復工作狀態(tài)。更換過程中，因當地沒有民用手機信號無法通訊，前方巴籍人員不能及時與營地工程師聯(lián)系溝通，加之對巴方工作人員培訓不足，不能判斷設備故障情況。而且，中方工程師不能到現場測試，無法判斷故障情況，也無法與設備生產廠軟件工程師及專家級工程師聯(lián)系。2017年8月，營地中方工程師加強了對巴方員工的培訓，講解并演示維護流程，大大提高了巴方員工現場判斷設備故障部位的水平。

表1 2017年8月各遙測站故障處理次數統(tǒng)計

2017年8月各遙測站設備故障處理情況見表2，可以看出，部分測站氣管探頭未達到最低水位，需要經常往水下移動。其他主要是YAC9900的RTU發(fā)生故障，所有問題都得以順利解決。其中6號站是遺留問題，該站建設完成后一直運行正常，在一次線路短路后由巴方工程師更換設備，出現白天北斗發(fā)射數據正常，晚上發(fā)送數據不成功的情況。經過中方工作人員分析故障原因，先后更換了電池、YAC9900、北斗衛(wèi)星等，但是故障一直未能解決。后又對巴方員工進行培訓，排除故障方法，最后順利解決故障。

表2 2017年8月各遙測站設備故障處理情況

恰得卡拉斯(ChattarKallas)站為卡洛特重點水情站，該站有北斗衛(wèi)星與海事衛(wèi)星兩種傳輸方式，對應兩套壓力式水位計，確保汛期得到完整數據，通暢率達到95%以上。

4 后期遙測站網通暢率保證措施

運行初期，系統(tǒng)數據通暢率很不穩(wěn)定，最終通過軟件已解決修改升級；對于北斗衛(wèi)星收發(fā)信機和天線的問題，數據中心站北斗接收機已更換為指揮機。通過移動接收天線位置并固定，解決了其對衛(wèi)星接收數據的影響。

在主汛期，水情維護人員每天定時查看中心站數據到報率，監(jiān)視前一時段所有測站數據情況，查看各測站電壓，各站水位是否正常合理。在枯水期，查看各站水位與探頭高程比較，及時遷移探頭。對灰塵較多的雨量站定期清洗雨量傳感器，并進行注水試驗。每年對遙測站巡查兩次以上，并校測水位。在工作中隨時培訓巴籍員工，以提高其技術水平。

水情自動測報系統(tǒng)是卡洛特水電站施工期水情預報和工程度汛的基礎信息來源，系統(tǒng)的可靠正常運行關系到洪水預報的準確性和及時性，是發(fā)揮系統(tǒng)最大效益的重要基礎。因此，保證較高的通暢率尤顯重要。采取以下措施保證通暢率。

(1)通過中心站設備、數據庫、網絡等維護管理工作，提高接收通道通暢性。

(2)監(jiān)視全系統(tǒng)的運行狀況，根據中心站接收到的遙測站實時信息進行監(jiān)控與分析，發(fā)現系統(tǒng)出現故障時應及時采取措施排除，并做好記錄，必要時到達現場處理。

(3)通過對遙測站進行日常維護、檢修，保證各遙測站的設備安全與正常運行；對運行維護中出現的技術問題提出解決方案；建立維修技術檔案，對遙測站的檢修或設備的維修處理過程中的各種信息資料做好詳細記錄。

(4)規(guī)范備品備件、檢修工具等的使用、更換與管理。

(5)每年汛前、汛后各進行一次巡檢，巡檢結束后進行總結。

(6)規(guī)范系統(tǒng)運行管理技術人員進行有針對性的技術培訓和考核。

5 結 語

由于卡洛特水情遙測站網受地理位置、交通、宗教等特殊因素影響，其運行與維護與國內站網相差較大。提高遙測站網通暢率對水電建設的施工安全十分重要。經過前期建設，通過故障分析后采取有效維護措施，使北斗衛(wèi)星報汛通暢率到達95.9%?？逄厮檫b測站網的成功建設和正常維護運行，為境外水情遙測站網建設提供了借鑒范例， 更為卡洛特水電站安全度汛提供了水情保障。