境外水情自動測報系統的設備選型

柴峻

摘 要：文章以老撾南歐江梯級水電站水情自動測報系統為例，分析了在高溫高濕、交通不便、季節(jié)性缺電等環(huán)境較差的條件下，水情自動測報系統的遙測站與中心站設備選型需要注意的問題，提出了相應的解決方案。

關鍵詞：水情自動測報系統；遙測站；中心站；南歐江梯級水電站

中圖分類號：P335 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）28-0059-02

Abstract： Taking the hydrologic automatic measuring and reporting system of the Cascade Power Stations in Nam Ou River Basin of Laos as an example， this paper analyzes the poor environment such as high temperature and high humidity， inconvenient traffic and seasonal power shortage， etc. The equipment selection of telemetering station and central station of hydrologic automatic measuring and reporting system should be paid attention to， and the corresponding solutions are put forward.

Keywords： hydrologic automatic measuring and reporting system； telemetering station； central station； Cascade Power Stations in Nam Ou River Basin of Laos

水電站水情自動測報系統是采用遙測、無線通信、計算機應用等技術，實現了水情信息的自動采集、發(fā)送、接收、處理及水文預報，將為梯級水電站的聯合調度提供支撐數據，是確保水電站施工及運行安全、充分發(fā)揮電站運行效益的技術保障系統。系統主要由遙測站、中心站及通信網絡構成。遙測站是系統的感知端，承擔著流域內水情數據的采集、處理與發(fā)送的重要任務。中心站是本系統的“中樞神經系統”，負責信息接收與處理、數據庫管理、為水情預報和信息服務提供軟硬件平臺。

水情自動測報系統在國內與國外的運行環(huán)境存在一定的差距，根據這些差異性，對設備進行優(yōu)化選型，在一定程度上可增強系統的可靠性與穩(wěn)定性。

1 項目概況

南歐江是湄公河在老撾境內最大的一支支流，其流域面積25634km2。南歐江干流河段按“一庫七級”分兩期開發(fā)，是中資公司目前在老撾唯一獲得全流域整體規(guī)劃和投資開發(fā)的水電項目。南歐江梯級水電站水情自動測報系統由1個中心站、70個遙測站（30個遙測雨量站、8個干流控制站、4個支流控制站、14個壩前尾水永久站、14個上下圍堰臨時站）組成。遙測采用移動公網與北斗衛(wèi)星雙發(fā)通信，遙測站的傳感器類型包含了雨量計、氣泵式水位計、壓力式水位計、雷達式水位計。

2 遙測站與中心站設備選型的要點

2.1 遙測站的設備選型

項目建設區(qū)域處于老撾北部山區(qū)，森林茂密、高溫高濕、交通不便，部分地區(qū)公共安全問題突出，在水情自動測報系統遙測站的建設與運維過程中，相對于國內類似項目應在設備的可靠性、兼容性、容災性等方面提出更高要求。

2.1.1 提高遙測站設備的防護標準

老撾北部屬于亞熱帶氣候，遙測站所處環(huán)境高溫高濕，蚊蟲較多，對設備的考驗也變得更苛刻，因此，要求采用的設備具備較好的防潮防蟲能力。

2.1.2 數據傳輸單元（DTU）需要支持多種通訊制式

老撾雖然通信基礎設施較差，但部分地區(qū)起步采用的技術要比國內先進，直接跨入了3G時代，部分地區(qū)的2G（GMS）網絡只提供語音和短消息服務，移動通信的數據業(yè)務是承載于3G/4G網絡的，因此國內較為通用的GPRS（GMS系統的通用無線分組業(yè)務）模塊可能在老撾個別地區(qū)就不適用了。因此，在進行DTU的選型時，應盡量選擇支持全網通的終端。

2.1.3 遙測終端（RTU）應具備良好的兼容性和可配置性

本項目覆蓋了梯級電站的建設期與運行期，梯級電站分兩期開發(fā)，在施工區(qū)附近的測站可能會隨著施工進度或施工方式的影響導致所采用的傳感器的類型進行被迫調整，或因工程建設的需要新增臨時性的站點。這樣的設計變更并不是項目初期就能遇見的，在執(zhí)行變更時涉及到變更申請、審批、設備采購等環(huán)節(jié)，歷時較長。若等到全部流程執(zhí)行完在進行測站改建，已無法滿足水情預報服務的需求了。通常需要將實施部門現有的傳感器或其他專業(yè)現有的傳感器進行集成，先行使用，很有可能遇到現有的傳感器品牌型號與RTU內置的采集指令不一樣的情況，這就對RTU的兼容性提出了要求，需要RTU的兼容性強、具備底層采集指令可配置性。因此，遙測終端的選型除了需要滿足《水文自動測報系統技術規(guī)范》SL 61-2015中要求的遙測終端的功能與接口外，還需要傳感器的采集指令可配置化。

2.1.4 遙測站的數據采集與存儲需要具有一定的冗余性

老撾山區(qū)的經濟落后，部分村寨無市電使用，治安條件較差，遙測站的太陽能板與蓄電池經常被作為偷盜的對象。隨著物聯網的發(fā)展，如今水位傳感器的功能也多樣化，集成度也越高，一些型號的水位計將電源、數據采集和存儲的功能都集成在了水位傳感器上，在外部電源被盜的情況下仍然可以進行數據采集與存儲。在測站修復時可以將缺失部分從本地拷貝出然后補錄到水情平臺，一定程度上降低了損失。

2.2 中心站設備選型

隨著云計算的發(fā)展，目前租用公有云PaaS服務來實現水情自動測報系統中心站功能，可大幅度降低了投資成本，同時北斗通信運營商也支持數據接收云服務，但這一切都需要建立在穩(wěn)定可靠的互聯網上。老撾通信基礎設施的不完善限制了云服務的使用，同時季節(jié)性缺電與電力設施的不完善對本地化中心站的建設與運行提出了更高要求。

2.2.1 服務器易出故障的部件應采用冗余配置，以提高可靠性

項目現場的機房環(huán)境與用電的可靠性與國內存在較大差距，有可能經常出現突然斷電情況，且有時恢復供電的時間間隔較長。一些因此導致服務器中容易出故障的部件（電源、硬盤）應采用冗余配置，以提高服務器的可靠性。目前主流服務器都支持冗余雙電源，自帶磁盤整列卡，水情自動測報系統中的數據多數是關系型數據，對磁盤的占用量不高，因此服務器的存儲應采用安全性最高的RAID1或RAID10磁盤鏡像整列，對于對數據讀寫性能較高的服務器采用RAID10磁盤整列，要求不高的采用RAID1整列，每臺服務器都應采用冗余雙電源供電。

2.2.2 采用服務器虛擬化技術，減少物理服務器數量，降低整體功耗及系統故障修復時間

在以往的水情自動測報系統中心站的設計與實際部署過程中，由于服務器硬件性能相對適中，主要根據系統中的應用軟件的類型進行服務器的功能劃分，相應的軟件獨立占用服務器，以便系統運行穩(wěn)定。即一個物理機，對應一個操作系統，一個操作系統對應一個或一類應用程序。但這樣的設計并不利于境外項目的開展，主要表現在一下幾點：（1）老撾交通基礎設施差，運輸不便、進出關手續(xù)復雜；（2）電力資源供應沒有國內穩(wěn)定，單價也較高，服務器數量多導致整體功耗較高、UPS需要配置更高規(guī)格，運行費用也將增多；（3）服務器較多不利于系統故障排查，同時系統修復時間較長。

近年來，隨著計算機硬件的飛速發(fā)展，其硬件性能已不再是制約系統部署與運行的首要因素。目前在實際生產環(huán)境中，特別是境外項目，系統用戶相對固定、數量也不多，許多應用程序只消耗服務器的一小部分硬件資源，傳統的分布式物理服務器架構極大的浪費了硬件資源與電力資源，增加了運行成本及管理成本。而通過服務器虛擬化可以更有效地利用硬件資源，將服務器虛擬出多個邏輯獨立的平臺來提供服務，減少物理服務器及相關附屬設施（如：機柜、交換機、KVM等）的數量，降低中心站的能耗，利于管理，同時增加了項目的效益。

2.2.3 UPS的續(xù)航時間應適當高于國內規(guī)范要求

根據《水文自動測報系統技術規(guī)范》要求，UPS的續(xù)航時間4小時即可滿足規(guī)范要求。但在老撾山區(qū)，電力基礎設施相對國內要差，應增加UPS的續(xù)航容量配置，項目中UPS采用了8小時的續(xù)航配置，以滿足在長時間停電下的需求。

2.2.4 為進一步保障系統可靠性，需要考慮異地接收遙測數據

項目中遙測站均采用了雙通信信道（移動公網通信+北斗衛(wèi)星通信），從移動公網發(fā)送的數據需要通過具有固定IP地址的互聯網通訊鏈路接收，老撾的通信基礎設施較差，通信質量的可靠性與國內差距較大，因此，宜將該部分數據接收放到國內，通過租用一臺云服務器即可滿足要求（可免費提供固定公網IP地址）。項目的本地服務器再通過寬帶連接至國內云服務器，將數據實時同步至本地服務器即可。在本地中心站出現通信故障時，國內的服務器仍可以正常接收到數據，待本地公網通信恢復正常后即可將缺失的數據同步至本地數據庫。另外，現在北斗衛(wèi)星通信運營商都可提供從互聯網數據推送北斗報文的服務，亦可通過該服務將北斗衛(wèi)星通道的數據推送到云服務器中，實現數據的異地災備功能。

3 結束語

以2014年建成的老撾南歐江梯級水電站水情自動測報系統為例，運行至今已逾4年，除因公共安全問題和水毀所導致的部分遙測站損壞外，其它遙測站一直穩(wěn)定運行。設備運轉良好，資料收集齊全，充分證明了系統設計中設備選型的可靠性和實用性，此后又陸續(xù)在一些其他境外項目得到應用。

遙測站與中心站的設備是水情自動測報系統中的核心部件，設備的好壞直接關系到整個系統的工作與功能的實現。根據項目建設與運行環(huán)境的差異性，對設備進行優(yōu)化選型，在一定程度上可增強系統的可靠性與穩(wěn)定性，使系統長期保持良好的運行狀態(tài)，為各級水電站施工期安全度汛、運行期優(yōu)化調度等業(yè)主切實關心問題提供決策依據。

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