安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)在烏江沙沱水電站的應(yīng)用

劉元強

摘 ?要：目前沙沱水電站安全監(jiān)測系統(tǒng)全部采用人工觀測，監(jiān)測儀器分布面廣，每次取測值時間較長，監(jiān)測效率較低，難以做到及時采集、計算并分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，無法實現(xiàn)快速評估大壩運行性態(tài)。安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，為工程安全監(jiān)測提供了有力的保障?；诖耍炽娬窘ㄔO(shè)了大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)，自動化系統(tǒng)改造后，實現(xiàn)了系統(tǒng)及時自動觀測和數(shù)據(jù)處理，可以自動生成報告，為及時評估大壩運行性態(tài)，尤其可以為暴雨、高水位、地震等特殊工況分析提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：安全監(jiān)測;自動化;系統(tǒng)應(yīng)用;沙沱水電站

中圖分類號：TV664.3 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）28-0165-02

Abstract： At present， the safety monitoring system of Shatuo Hydropower Station all adopts manual observation， and the monitoring instruments are widely distributed， each time is long， and the monitoring efficiency is low， so it is difficult to collect， calculate and analyze the monitoring data in time. It is impossible to quickly evaluate the operation behavior of the dam. The operation of safety monitoring automation system is stable and reliable， which provides a strong guarantee for engineering safety monitoring. Based on this， the dam safety monitoring automation system of Shatuo Hydropower Station is constructed. After the transformation of the automation system， the timely automatic observation and data processing of the system are realized， and the report can be generated automatically， which can be used to evaluate the operation behavior of the dam in time. In particular， it can provide reliable data support for the analysis of special working conditions， such as rainstorm， high water level， earthquake and so on.

Keywords： safety monitoring; automation; system application; Shatuo Hydropower Station

1 項目概況

沙沱水電站位于貴州省沿河縣城上游約7km處，距貴陽市421km，距遵義市266km，距重慶市230km，至烏江口河道里程為250.5km，下游有彭水水電站，上游是思林水電站。目前，沿河縣已形成通往遵義、銅仁、重慶（秀山縣）等地區(qū)的交通干線，建筑主材的陸地運輸和水路運輸條件便利。

沙沱水電站水庫正常蓄水位365.00m，相應(yīng)庫容7.70億m3，總庫容9.21億m3，其中，防洪庫容2.04億m3，調(diào)節(jié)庫容0.77億m3，屬日調(diào)節(jié)水庫。電站裝機1120MW，多年平均發(fā)電量45.52億kW·h。通航建筑物按四級航道設(shè)計，過壩船舶噸位500t級，年過壩能力為330萬t，大壩防洪標準按500年一遇洪水設(shè)計，2000年一遇洪水校核，樞紐由碾壓混凝土重力壩、壩身溢流表孔、左岸引水壩段、壩后廠房及右岸垂直升船機等建筑物組成。

攔河大壩為全斷面碾壓混凝土重力壩，壩頂高程371.00m，河床最低建基面高程270m，最大壩高101m。

2 自動化監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)目標

從沙沱水電站的實際情況出發(fā)，系統(tǒng)布置以不損壞建筑物結(jié)構(gòu)安全和現(xiàn)有設(shè)施的正常使用，在滿足觀測的要求的前提下，力求經(jīng)濟、合理、美觀。采用具有國內(nèi)現(xiàn)代先進技術(shù)水平的大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)，選用被國內(nèi)大中型水電站廣泛采用的儀器設(shè)備及系統(tǒng)，測值精度滿足規(guī)范要求。改造后的自動化監(jiān)測系統(tǒng)能夠長期適應(yīng)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，保證測量數(shù)據(jù)的準確性、及時性，與原有監(jiān)測數(shù)據(jù)銜接，以保持監(jiān)測資料的連續(xù)性，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理。

大壩安全監(jiān)測信息自動化系統(tǒng)，能夠任意時刻測量連接到系統(tǒng)的各種傳感器，并跟據(jù)所測得信息對大壩的安全性質(zhì)作出智能分析和判斷，可任意設(shè)定時間對壩內(nèi)埋設(shè)儀器自動采集。通過自動化采集系統(tǒng)降低人工采集造成的人為誤差，快速顯示和查詢各采集單元的數(shù)據(jù)，實時查詢每支儀器的運行狀況，監(jiān)測數(shù)據(jù)超限及時報警。對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行實時存儲備份，數(shù)據(jù)庫可人工備份。自動化采集單元具備自動采集和人工比測功能，人工比測和自動采集數(shù)據(jù)對比功能。實施數(shù)據(jù)遠程傳輸，對大壩安全監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)及資料上傳到國家能源局大壩安全監(jiān)測中心和烏江公司。系統(tǒng)可查詢與大壩安全監(jiān)測相關(guān)的規(guī)程、規(guī)范、定檢、安全鑒定、注冊、詳查、巡視檢查逐年年報等情況。

3 沙沱水電站現(xiàn)有監(jiān)測儀器情況

沙沱水電站樞紐工程安全監(jiān)測工程于2007年12月開始實施，目前共計安裝埋設(shè)監(jiān)測儀器1068支（套），觀測項目主要有：水平位移監(jiān)測網(wǎng)、垂直位移監(jiān)測網(wǎng)、正垂線、倒垂線、靜力水準、真空激光、表面水平位移測點、精密水準標點、多點位移計、測縫計、測斜孔、滲壓計、測壓管、量水堰、應(yīng)變計組、無應(yīng)力計、溫度計、鋼筋計、鋼板計、錨索測力計、錨桿應(yīng)力計、傾角計、壓應(yīng)力計等23個觀測項目，測點分布在大壩各層廊道、引水發(fā)電系統(tǒng)、樞紐邊坡、通航建筑物等樞紐工程部位。

大壩主體共計18個觀測站，觀測站主要位于4號壩段高程310.0m、高程371.0m，5號壩段高程 283.5m，8號壩段高程328.0m、高程280.5m，10號壩段高程328.0m、高程280.5m，13號壩段高程290.5m、高程328.0m、高程371.0m，7號壩段高程280.5m，9號壩段高程280.5m，10號壩段高程280.5m，通航建筑物左邊墻高程316.5m、高程377.0m，通航建筑物右邊墻高程316.5m、高程377.0m，發(fā)電廠房電纜層。以上部位安全監(jiān)測主要是常規(guī)監(jiān)測項目，包括變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變、水力學(xué)等監(jiān)測項目。這些監(jiān)測項目中，以變形和滲流作為沙沱水電站安全監(jiān)測的重點。

4 系統(tǒng)總體改造方案

沙沱水電站安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)實施包含硬件設(shè)備、軟件以及相應(yīng)輔助材料和設(shè)備的采購、運輸、保管、檢驗率定、安裝、配置等工作，傳感器電纜接長，增設(shè)部分傳感器及相關(guān)土建，部分設(shè)施拆除，監(jiān)測房建設(shè)及美化，自動化采集裝置安裝，傳感器接入系統(tǒng)，安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的整體安裝與調(diào)試，歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)整編入庫及數(shù)據(jù)銜接等。

沙沱水電站安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)組成分三層，底層為安裝于現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集裝置，中間層是通訊系統(tǒng)及監(jiān)測計算機，上層是監(jiān)測中心站的計算機系統(tǒng)。底層數(shù)據(jù)采集裝置完成現(xiàn)場傳感器的數(shù)據(jù)采集，將物理量轉(zhuǎn)為數(shù)字量并存儲。中間層實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集裝置的管理、原始測值數(shù)據(jù)的獲取與存儲。上層計算機系統(tǒng)實現(xiàn)對整個電站建筑物安全信息的存儲、管理，監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理、計算、初步分析，輸出圖形報表等監(jiān)測成果并發(fā)布。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

監(jiān)測管理站設(shè)在壩頂集控室，配置一臺標準屏柜、工控機、RS485-HUB、光端機、交換機等設(shè)備。監(jiān)測管理站對整個安全監(jiān)測系統(tǒng)自動巡檢，診斷各監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)。監(jiān)測中心站設(shè)在沙沱水電站營地辦公區(qū)，監(jiān)測中心站通過以太網(wǎng)與壩頂監(jiān)測管理站相連。

5 監(jiān)測自動化系統(tǒng)平臺功能

5.1 數(shù)據(jù)采集

對傳感器的參數(shù)數(shù)據(jù)進行設(shè)置和修改，設(shè)置各傳感器的采集頻率和方式，按設(shè)計要求的模式采集測量數(shù)據(jù)，并將測量數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)庫內(nèi)。各傳感器安裝系統(tǒng)后采集的觀測數(shù)據(jù)與安裝前的觀測數(shù)據(jù)具有一致的基準值和基準時間，可以保證觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

各種測量、采集等通信操作均可在向?qū)У囊龑?dǎo)下順利完成。系統(tǒng)提供采集命令向?qū)硪龑?dǎo)用戶配置要發(fā)送的命令，所有的采集命令都可以在向?qū)险业健Ｍ瓿珊笙到y(tǒng)立即執(zhí)行配置好的采集命令，并將結(jié)果顯示出來。

監(jiān)控監(jiān)測中心站特定端口的機器通過C/S模式能遠程控制現(xiàn)場采集機，實現(xiàn)命令修改、采集、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

5.2 數(shù)據(jù)管理

監(jiān)測數(shù)據(jù)入庫和導(dǎo)出功能：具有人工錄入功能，即對每支監(jiān)測儀器均能進行人工錄入;也能對系統(tǒng)安裝前已有的歷史電子表格數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換并批量錄入本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫;對于第三方數(shù)據(jù)庫也可提供數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能;監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠?qū)С龅街付ǜ袷降臄?shù)據(jù)源中。

監(jiān)測數(shù)據(jù)檢驗功能：提供原始觀測數(shù)據(jù)的粗差檢驗、與原因量的相關(guān)性檢驗等檢驗方法，并對選定的粗差進行顯示、隱藏或剔出等，能對監(jiān)測成果進行誤差處理及整編規(guī)劃。

數(shù)據(jù)計算及轉(zhuǎn)換功能：能將各傳感器原始數(shù)據(jù)進行計算，并轉(zhuǎn)換為觀測的位移、應(yīng)力應(yīng)變、開度、滲壓等物理量，并將成果存放在成果數(shù)據(jù)庫內(nèi)，同一測點計算支持多套不同時段應(yīng)用公式，相關(guān)點計算提供多測點物理量關(guān)聯(lián)計算。

監(jiān)測數(shù)據(jù)管理功能：提供對監(jiān)測數(shù)據(jù)的瀏覽、增加、修改、刪除、數(shù)據(jù)備份等操作，以及實時更新數(shù)據(jù)的過程線、表格查詢，所有上述操作需管理員級別權(quán)限。

5.3 報表功能

報表定制：可以定制并生成各種特定格式與數(shù)據(jù)的報表，包括監(jiān)測結(jié)果的年、季、月、旬、周、日等各種周期報表及全系列統(tǒng)計分析結(jié)果報表。表格中的數(shù)據(jù)包括指定時間的測值、條件測值和各種統(tǒng)計特征值等，特征值覆蓋取值所有方面，如最大、最小值、變幅、平均等。

報表輸出：除定制報表外系統(tǒng)還支持根據(jù)每次運行時選項進行動態(tài)展示的通用報表，所有報表均支持輸出、第三方數(shù)據(jù)導(dǎo)出（導(dǎo)出至excel、pdf等格式）、打印等。

5.4 文檔管理功能

對大壩安全監(jiān)測的日常工作進行人工記錄和管理，能對與監(jiān)測相關(guān)的設(shè)計、施工、圖紙、報告及其他圖文聲像資料等進行管理。

6 結(jié)束語

通過監(jiān)測自動化系統(tǒng)項目的實施，沙沱水電站將現(xiàn)有的滲流、滲壓監(jiān)測、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測、溫度監(jiān)測以及變形監(jiān)測等監(jiān)測內(nèi)容通過電測傳感器接入自動化監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)聯(lián)機數(shù)據(jù)自動采集。除此之外，將垂線、靜力水準等監(jiān)測項目監(jiān)測數(shù)據(jù)和資料通過人工輸入到自動化監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，并納入整個工程的監(jiān)測資料分析系統(tǒng)。結(jié)合2018年9月大壩監(jiān)測系統(tǒng)運行性態(tài)分析診斷成果審查，本次自動化系統(tǒng)實施共計接入監(jiān)測點數(shù)827個，接入的監(jiān)測儀器能夠滿足大壩運行期監(jiān)測及現(xiàn)行規(guī)范要求，目前運行情況良好?？紤]到后期儀器失效后的增補，本次按照目前實際可接入儀器數(shù)量的3%至5%預(yù)留了接入端口。

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