CN113538858A - 一种水电站排水区防汛预警装置及预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水电站排水区防汛预警装置及预警方法，包括支架组件、通讯设施配电柜、超声波水位计、雨量检测传感器、电源模组和防汛预警系统平台，通过防汛预警系统进行集成，利用全天候大面积远程监控、水位监测、降雨量测量、风速等级判断的手段，采集数据进行分析，利用物理量数据变化，设置预警值，实现报警功能，及时掌握水电站周边防汛责任区域汛情现场汛情信息，为现场巡检、抢险提供第一手可靠资料，提高工作人员的巡检效率，降低汛期人员现场检查的安全风险；手段灵活可控，降低人工、时间成本，提高巡检效率，保障人身安全，保证水电站安全稳定运行，具有推广应用的价值。

Description

一种水电站排水区防汛预警装置及预警方法
技术领域
本发明涉及一种防汛安全技术领域，尤其涉及一种水电站排水区防汛预警装置及预警方法。
背景技术
水电站排水系统在防洪度汛过程中具有举足轻重的地位，洪水、雨水和废水均可通过排水系统排出。一旦大量雨水或洪水来临，一方面水量过大会导致排水渠水位迅速上升，使雨水漫过排水渠，存在雨水倒灌厂房风险，危及机组正常运行和人身安全；另一方面较大水流裹挟的淤积物会大量淤积至排水系统，造成排水功能失效，存在漫坝风险，危及电站运行设备，影响机组发电。传统的功果桥水电站防汛预警工作采用人工现场巡查，依靠流域监测机构进行预警，部分区域依靠大坝安全监测系统相应监测设备以及独立运行的7号冲沟泥石流监测系统，主要存在以下问题：
(1)排水系统遍布坝区、边坡、厂房等区域，点多面广，人工巡检效率低，时间成本大且风险系数高，人工现场值班受天气及环境影响，无法及时获知全部区域准确的汛情；
(2)水电站周边冲沟部分区域无监测设施，且部分区域已有的监测设施老化，系统运行不良，无法达到防汛预警目的；
(3)电站现场已有的监测预警设施较少，功能单一，区域预警精度不高。
发明内容
本发明的目的是要提供一种水电站排水区防汛预警装置。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
本发明包括支架组件、通讯设施配电柜、超声波水位计、雨量检测传感器、电源模组和防汛预警系统平台，所述超声波水位计和所述通讯设施配电柜固定设置于所述支架组件上，所述超声波水位计的信号输出端和所述雨量检测传感器的信号输出端均与所述通讯设施配电柜的信号采集输入端连接，所述电源模组与所述通讯设施配电柜的电源输入端连接，所述通讯设施配电柜的信号输出端通过网络与所述防汛预警系统平台连接。
进一步，所述支架组件上设置有支架横杆和支架底座，所述支架横杆水平固定于所述支架组件的上端，所述支架组件的下端通过所述支架底座固定于地面，所述超声波水位计固定设置于所述支架横杆上。
作为改进，所述支架横杆上还设置有风速检测传感器，所述风速检测传感器的信号输出端与所述通讯设施配电柜的信号输入端连接。
作为改进，所述支架横杆上还设置有监控摄像头，所述监控摄像头的信号输出端与所述通讯设施配电柜的信号输入端连接。
优选的，所述电源模组包括太阳能光电板和蓄电池组，所述太阳能光电板固定设置于所述支架组件上，所述太阳能光电板的电源输出端与所述蓄电池组的充电输入端连接，所述蓄电池组的电源输出端与所述通讯设施配电柜的电源输入端连接。
优选的，所述支架横杆上设置有通讯设施天线，所述通讯设施天线与所述通讯设施配电柜的信号输出端连接。
进一步，所述通讯设施配电柜由无线网络通讯模块和电源控制器组成，所述电源模组通过所述电源控制器与所述无线网络通讯模块连接，所述无线网络通讯模块的信号输入端分别与风速检测传感器、超声波水位计、监控摄像头和雨量检测传感器连接，所述无线网络通讯模块的信号输出端与通讯设施天线连接。
作为改进，所述通讯设施配电柜外设置有防汛信息标识牌，所述防汛信息标识牌固定设置于所述通讯设施配电柜外。
作为改进，所述支架组件的顶部设置有避雷针。
本发明水电站排水区防汛预警方法包括以下步骤：
S1：通过超声波水位计采集排水区域的水位数据通过通讯设施配电柜将数据实时传输至防汛预警系统平台；
S2：防汛预警系统平台设置监控数据，当超声波水位计检测到的数据超过监测值时发出报警信号；
S3：通过雨量检测传感器采集雨量数据通过通讯设施配电柜发送至防汛预警系统平台，
S4：防汛预警系统平台结合超声波水位计的数据以预判水位上升量和上升时间；
S5：防汛预警系统平台将预警信息、水位信息、雨量信息、风速信息台通过通讯设施配电柜发送至防汛信息标识牌进行显示。
本发明的有益效果是：
本发明是一种水电站排水区防汛预警装置，与现有技术相比，通过防汛预警系统进行集成，利用全天候大面积远程监控、水位监测、降雨量测量、风速等级判断的手段，采集数据进行分析，利用物理量数据变化，设置预警值，实现报警功能，及时掌握水电站周边防汛责任区域汛情现场汛情信息，为现场巡检、抢险提供第一手可靠资料，提高工作人员的巡检效率，降低汛期人员现场检查的安全风险；手段灵活可控，降低人工、时间成本，提高巡检效率，保障人身安全，保证水电站安全稳定运行，具有推广应用的价值。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的支架组件结构示意图；
图3是本发明的通讯设施配电柜内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1-3所示：本发明包括支架组件1、通讯设施配电柜2、超声波水位计4、雨量检测传感器10、电源模组和防汛预警系统平台，所述超声波水位计4和所述通讯设施配电柜2固定设置于所述支架组件1上，所述超声波水位计4的信号输出端和所述雨量检测传感器10的信号输出端均与所述通讯设施配电柜2的信号采集输入端连接，所述电源模组与所述通讯设施配电柜2的电源输入端连接，所述通讯设施配电柜2的信号输出端通过网络与所述防汛预警系统平台连接。
进一步，所述支架组件1上设置有支架横杆11和支架底座12，所述支架横杆11水平固定于所述支架组件1的上端，所述支架组件1的下端通过所述支架底座12固定于地面，所述超声波水位计4固定设置于所述支架横杆11上。
作为改进，所述支架横杆11上还设置有风速检测传感器3，所述风速检测传感器3的信号输出端与所述通讯设施配电柜2的信号输入端连接。
作为改进，所述支架横杆11上还设置有监控摄像头8，所述监控摄像头8的信号输出端与所述通讯设施配电柜2的信号输入端连接。
优选的，所述电源模组包括太阳能光电板7和蓄电池组9，所述太阳能光电板7固定设置于所述支架组件1上，所述太阳能光电板7的电源输出端与所述蓄电池组9的充电输入端连接，所述蓄电池组9的电源输出端与所述通讯设施配电柜2的电源输入端连接。
优选的，所述支架横杆11上设置有通讯设施天线5，所述通讯设施天线5与所述通讯设施配电柜2的信号输出端连接。
进一步，所述通讯设施配电柜2由无线网络通讯模块13和电源控制器14组成，所述电源模组通过所述电源控制器14与所述无线网络通讯模块13连接，所述无线网络通讯模块13的信号输入端分别与风速检测传感器3、超声波水位计4、监控摄像头8和雨量检测传感器10连接，所述无线网络通讯模块13的信号输出端与通讯设施天线5连接。
作为改进，所述通讯设施配电柜2外设置有防汛信息标识牌15，所述防汛信息标识牌15固定设置于所述通讯设施配电柜2外。
作为改进，所述支架组件1的顶部设置有避雷针6。
本发明水电站排水区防汛预警方法包括以下步骤：
S1：通过超声波水位计4采集排水区域的水位数据通过通讯设施配电柜2将数据实时传输至防汛预警系统平台；
S2：防汛预警系统平台设置监控数据，当超声波水位计4检测到的数据超过监测值时发出报警信号；
S3：通过雨量检测传感器10采集雨量数据通过通讯设施配电柜2发送至防汛预警系统平台，
S4：防汛预警系统平台结合超声波水位计4的数据以预判水位上升量和上升时间；
S5：防汛预警系统平台将预警信息、水位信息、雨量信息、风速信息台通过通讯设施配电柜2发送至防汛信息标识牌15进行显示。
本装置利用太阳能组发电带动测点的设备运行，采集设备数据，进行远程监控，通过4G的无线网络通讯模块13传输至防汛预警系统平台，工作人员利用系统分析数据得出结果，并与现场视频对比验证，判断现场有无汛情预警以及是否出警。
风速检测传感器3为RP-3000-FS-N01风速仪，信号输出方式为RS485或232，传感器样式为三杯式，启动风速为0.4～0.8m/s，分辨率为0.1m/s，有效风速测量范围为0～60m/s，工作温度范围在-40℃～80℃，作用是计算风速，判断风速等级。
超声波水位计4为MKI-RP水位计，信号输出方式为RS485或232，样式为悬臂支架安装，量程在5～50m，精度在±3mm，分辨率为1mm，作用是记录水位，计算流速。
所述通讯设施天线5为室外4G增益天线，天线长度为3m，天线线头高度为20cm，驻波比小于1.8，接头型号为SMA公针，作用是传输信号，接收信号。
所述避雷针6为不锈钢绝缘体避雷针，能有效避雷防雷，保护电力设备免受雷电伤害，响应时间为25微秒，限流阻值不大于3Ω，接地电阻不大于10Ω，抗风强度不大于40m/s，主要由接地针、接地铜线、绝缘体、2m长的头针组成，作用是保护设备不受雷击，延长设备寿命。
所述太阳能光电板7为MWD-40A板，设备样式为悬臂支架平板式，发电功率为300W，峰值电压为36V，峰值电流为8A，工作温度在-20℃～50℃，通过圆管与横杆焊接，输入电源线路与配套蓄电池组9连接。蓄电池组容量为50AH～200AH，电池原材料为铅酸免维护型，配置埋地防腐防潮电池盒，配套套管等，输出电压为12v，通过圆管与横杆13焊接，作用是将太阳能转化为电能，为设备供电。
所述监控摄像头8为DS-2DC6223IW-A型号4K高清夜视红外摄像头，信号传输方式为RS485、4G、wifi，样式为悬臂球机式，红外夜视距离为100m，光学变焦20倍，远程传输分辨率为不低于400万像素，工作温度为-20℃～50℃，供电电压DC12-24V，通过直角悬臂架与横杆13连接固定，作用是进行24小时现场监控。
所述雨量检测传感器10为HD-RS201一体式雨量计，样式为桶式一体机，信号输出方式为RS485或232，承雨口径为φ200.60mm，刃口锐角为40°～45°，雨强范围为0.01mm～4mm/min(允许通过最大雨强8mm/min)，发讯方式为双触点通断信号输出，尺寸重量为2.5kg，环境适应温度为0～50℃，相对湿度要求小于95％，通过圆形基座与地面固定连接，作用是计算降雨量。
所述支架组件1主要由长度为1m的圆形横杆13、长度为3m的圆形立杆14及20cm*2cm的圆形支架底座12焊接组装而成。
所述防汛设施通讯配电柜2通过方管与支架组件1焊接固定。防汛设施通讯配电柜2为户外型201不锈钢箱，厚度为2mm，尺寸为30cm*25cm*15cm。
所述无线网络通讯模块13为4G DTU通讯模块主要由接线端子、网络接口配件、电源线接口配件、电路板、物联网卡、RS485信号接收器等零件组成，作用是供电、传输数据、采集和接收数据，接收网络指令。
监控摄像头8的图像信息通过网口连接无线网络通讯模块13发送至防汛预警系统平台进行全天24小时实时监控，发现排水系统堵塞或失效，及时派人到现场处理。
防汛预警系统平台一旦发出预警，负责人立刻通过视频监控远程检查防汛情况，查询水情数据，结合物理量参数，分析判断现场防汛区域有无险情，如有危险及时安排现场防汛值班人员检查，并告知危险区域和注意事项。巡检人员及时进行现场故障排查，遇到问题及时反馈并处理，确保汛期截排水系统正常运行，确保厂房不发生雨水、洪水倒灌事件，保证机组正常发电。
一方面在极端天气的情况下随时随地通过防汛预警监测系统远程查看现场防汛情况，结合监测设备数据判断有无险情，迅速掌握现场第一手汛情动态信息，另一方面该防汛预警装置的投运极大地降低了人工、时间成本，提高巡检效率，保障人身安全，确保了机组的安全稳定运行，具备较大的经济效益和安全效益。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种水电站排水区防汛预警装置，其特征在于：包括支架组件(1)、通讯设施配电柜(2)、超声波水位计(4)、雨量检测传感器(10)、电源模组和防汛预警系统平台，所述超声波水位计(4)和所述通讯设施配电柜(2)固定设置于所述支架组件(1)上，所述超声波水位计(4)的信号输出端和所述雨量检测传感器(10)的信号输出端均与所述通讯设施配电柜(2)的信号采集输入端连接，所述电源模组与所述通讯设施配电柜(2)的电源输入端连接，所述通讯设施配电柜(2)的信号输出端通过网络与所述防汛预警系统平台连接。
2.根据权利要求1所述的水电站排水区防汛预警装置，其特征在于：所述支架组件(1)上设置有支架横杆(11)和支架底座(12)，所述支架横杆(11)水平固定于所述支架组件(1)的上端，所述支架组件(1)的下端通过所述支架底座(12)固定于地面，所述超声波水位计(4)固定设置于所述支架横杆(11)上。
3.根据权利要求2所述的水电站排水区防汛预警装置，其特征在于：所述支架横杆(11)上还设置有风速检测传感器(3)，所述风速检测传感器(3)的信号输出端与所述通讯设施配电柜(2)的信号输入端连接。
4.根据权利要求2所述的水电站排水区防汛预警装置，其特征在于：所述支架横杆(11)上还设置有监控摄像头(8)，所述监控摄像头(8)的信号输出端与所述通讯设施配电柜(2)的信号输入端连接。
5.根据权利要求1所述的水电站排水区防汛预警装置，其特征在于：所述电源模组包括太阳能光电板(7)和蓄电池组(9)，所述太阳能光电板(7)固定设置于所述支架组件(1)上，所述太阳能光电板(7)的电源输出端与所述蓄电池组(9)的充电输入端连接，所述蓄电池组(9)的电源输出端与所述通讯设施配电柜(2)的电源输入端连接。
6.根据权利要求2所述的水电站排水区防汛预警装置，其特征在于：所述支架横杆(11)上设置有通讯设施天线(5)，所述通讯设施天线(5)与所述通讯设施配电柜(2)的信号输出端连接。
7.根据权利要求1所述的水电站排水区防汛预警装置，其特征在于：所述通讯设施配电柜(2)由无线网络通讯模块(13)和电源控制器(14)组成，所述电源模组通过所述电源控制器(14)与所述无线网络通讯模块(13)连接，所述无线网络通讯模块(13)的信号输入端分别与风速检测传感器(3)、超声波水位计(4)、监控摄像头(8)和雨量检测传感器(10)连接，所述无线网络通讯模块(13)的信号输出端与通讯设施天线(5)连接。
8.根据权利要求7所述的水电站排水区防汛预警装置，其特征在于：所述通讯设施配电柜(2)外设置有防汛信息标识牌(15)，所述防汛信息标识牌(15)固定设置于所述通讯设施配电柜(2)外，所述防汛信息标识牌(15)为电子显示标识牌，所述防汛信息标识牌(15)的显示信号输入端与所述通讯设施配电柜(2)的显示信号输出端连接。
9.根据权利要求1所述的水电站排水区防汛预警装置，其特征在于：所述支架组件(1)的顶部设置有避雷针(6)。
10.一种水电站排水区防汛预警方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：通过超声波水位计(4)采集排水区域的水位数据通过通讯设施配电柜(2)将数据实时传输至防汛预警系统平台；
S2：防汛预警系统平台设置监控数据，当超声波水位计(4)检测到的数据超过监测值时发出报警信号；
S3：通过雨量检测传感器(10)采集雨量数据通过通讯设施配电柜(2)发送至防汛预警系统平台，
S4：防汛预警系统平台结合超声波水位计(4)的数据以预判水位上升量和上升时间；
S5：防汛预警系统平台将预警信息、水位信息、雨量信息、风速信息台通过通讯设施配电柜(2)发送至防汛信息标识牌(15)进行显示。
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