大坳大壩滲壓系統(tǒng)故障分析及排除

梁春太

（廣州市流溪河灌區(qū)管理中心，廣東 廣州 510900）

0 引言

工作正常的大壩滲壓系統(tǒng)出現(xiàn)揚(yáng)壓力數(shù)據(jù)超標(biāo)，需要認(rèn)真細(xì)致查找原因，如數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，應(yīng)通過(guò)適當(dāng)工程措施合理釋放揚(yáng)壓力，確保工程恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。水利工程運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)不少大壩由于揚(yáng)壓力增大而導(dǎo)致下游護(hù)坦出現(xiàn)損毀案例，因此重視其滲壓系統(tǒng)運(yùn)行狀況是非常必要的。

1 大坳攔河壩滲壓系統(tǒng)故障問(wèn)題與解決方案之一

1.1 故障問(wèn)題

大坳攔河壩地處空曠地帶，而且水工建筑物形狀凸出，受雷擊概率高。2020年渡汛期間，該大壩滲壓系統(tǒng)遭受雷擊，致使上位機(jī)無(wú)數(shù)據(jù)顯示故障，且后臺(tái)數(shù)據(jù)無(wú)法正常更新。為了查明原因，首先利用筆記本電腦到現(xiàn)場(chǎng)連接主板檢測(cè)信號(hào)，經(jīng)過(guò)檢測(cè)信號(hào)正常；其次檢查光纖是否斷線，結(jié)果良好；再次檢查是否出現(xiàn)光端機(jī)故障，換上新光端機(jī)，按照采集數(shù)據(jù)源順序安裝接線，信號(hào)燈未正常閃爍（信號(hào)通暢時(shí)6個(gè)指示燈均閃爍），證明信號(hào)依然不通；有時(shí)因電源適配器殘舊，過(guò)流不足也會(huì)使信號(hào)不能傳輸，再更換新電源適配器，發(fā)現(xiàn)故障依舊；最后檢查發(fā)現(xiàn)232轉(zhuǎn)485有源轉(zhuǎn)換頭指示燈不亮，更換該適配器后指示燈正常，但上位機(jī)仍無(wú)讀數(shù)，故障未解決[1]。

1.2 解決方案

結(jié)合上述故障問(wèn)題，重啟系統(tǒng)并檢查端口是否對(duì)應(yīng)，發(fā)現(xiàn)無(wú)法找到信號(hào)采集端口。根據(jù)圖紙資料，系統(tǒng)原端口號(hào)為com7，更換一個(gè)無(wú)源轉(zhuǎn)接頭后，重新對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，找到新硬件端口號(hào)為com5，把滲壓系統(tǒng)端口號(hào)com7改為com5，重啟后光端機(jī)指示燈閃爍，數(shù)據(jù)采集正常，上位機(jī)數(shù)據(jù)正常，后臺(tái)數(shù)據(jù)開(kāi)始更新。在梳理線路重新連接系統(tǒng)過(guò)程中，上位機(jī)數(shù)據(jù)又出現(xiàn)無(wú)數(shù)據(jù)，查找信號(hào)端口已經(jīng)變成com6，修改后故障完全消除。為確認(rèn)檢查思路，再次連接信號(hào)輸入串口，此時(shí)發(fā)現(xiàn)端子號(hào)再次改變，每連接一次，端子號(hào)就變化一次。

結(jié)合過(guò)往經(jīng)驗(yàn)，采用常規(guī)的排查手法，證明此次滲壓系統(tǒng)故障的分析思路正確的，最終排查結(jié)果是232轉(zhuǎn)485轉(zhuǎn)接頭損壞與端口設(shè)置出現(xiàn)問(wèn)題。前面多個(gè)步驟均未能解決故障，應(yīng)該首先檢查端口設(shè)置問(wèn)題。在往后檢查類似狀況時(shí)，第一步檢查端口情況，實(shí)現(xiàn)檢查過(guò)程簡(jiǎn)化，可以避免在中控室到數(shù)據(jù)采集點(diǎn)長(zhǎng)距離來(lái)回檢查[2]。

2 大坳攔河壩滲壓系統(tǒng)故障問(wèn)題與解決方案之二

2.1 故障問(wèn)題

攔河壩滲壓系統(tǒng)在建成蓄水后，由于其庫(kù)水壓作用，直接導(dǎo)致壩體、壩基與壩肩出現(xiàn)了滲流現(xiàn)象，這對(duì)大壩安全帶來(lái)極大威脅，應(yīng)通過(guò)各種技術(shù)措施予以避免。結(jié)合我國(guó)水利部門相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，目前類似于大坳攔河壩滲壓系統(tǒng)的滲流故障問(wèn)題非常之多，引發(fā)滲流事故案例也為數(shù)不少，其中從2010～2020年就有滲流事故多達(dá)419宗，占水毀事故總數(shù)量的41.2%。

2.2 解決方案

結(jié)合上述大坳攔河壩相關(guān)問(wèn)題分析，其大壩滲流問(wèn)題的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在兩點(diǎn)上：第一，由于當(dāng)年施工工藝及技術(shù)限制，滲流場(chǎng)介質(zhì)存在嚴(yán)重的不均勻性，截止到目前，學(xué)術(shù)界針對(duì)滲流的機(jī)理問(wèn)題依然爭(zhēng)論不休。在針對(duì)混凝土壩與土石壩兩種壩型類型看來(lái)，其中認(rèn)為混凝土壩的滲流水流主要從巖石內(nèi)部裂隙網(wǎng)絡(luò)、混凝土接觸面位置滲流，而土石壩的滲流水流屬于散粒體固體介質(zhì)的滲流。第二，大坳攔河壩滲流的外界影響因素是比較復(fù)雜的，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，需要特別注意大壩上游水位的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)大壩滲流中的非穩(wěn)定性因素進(jìn)行分析，了解其三維水流運(yùn)動(dòng)過(guò)程。目前的問(wèn)題顯然是在對(duì)滲流穩(wěn)定性的有效調(diào)節(jié)控制上，我們?cè)鴮?duì)C3點(diǎn)揚(yáng)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)分析，但計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況可能存在較大出入，需要會(huì)同研究單位進(jìn)行比較深入的分析[3]。

具體來(lái)講，對(duì)滲流壓力觀測(cè)一起中的觀測(cè)目的、土體透水性、滲流場(chǎng)特征與埋設(shè)條件進(jìn)行分析，可選用測(cè)壓管或者振弦式孔隙水壓力計(jì)，將滲透系數(shù)控制在10-4cm/s以上，然后對(duì)滲壓力變幅大、監(jiān)測(cè)防滲體裂隙進(jìn)行觀察分析，可考慮采用測(cè)壓管，將其滲透系數(shù)控制在10-4cm/s左右，對(duì)其量程與測(cè)點(diǎn)壓力問(wèn)題進(jìn)行分析，解決大坳攔河壩系統(tǒng)滲流故障問(wèn)題。在故障解決方面需要做好兩點(diǎn)，都圍繞滲壓監(jiān)測(cè)測(cè)值相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)分析：其一是測(cè)值的可靠性檢驗(yàn)問(wèn)題，結(jié)合測(cè)壓管水位用儀器展開(kāi)測(cè)量，分析其測(cè)量準(zhǔn)確性，結(jié)合人工測(cè)深鐘這一比測(cè)方式進(jìn)行檢驗(yàn)，主要配合滲壓計(jì)、埋設(shè)儀器等等檢查測(cè)試可靠性教研結(jié)果，分析儀器可能存在問(wèn)題，進(jìn)而分析系統(tǒng)滲流問(wèn)題；其二可隨時(shí)更換、修復(fù)測(cè)點(diǎn)，結(jié)合新建土石壩采用滲壓計(jì)布置滲流測(cè)點(diǎn)，采用國(guó)產(chǎn)振弦儀器修復(fù)工程竣工與蓄水運(yùn)行機(jī)制，優(yōu)化其安全監(jiān)測(cè)功能。例如可考慮采用測(cè)壓管直接進(jìn)行測(cè)壓分析，確保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體運(yùn)行完整性[4]。

3 大坳攔河壩滲壓系統(tǒng)故障問(wèn)題與解決方案之三

3.1 故障問(wèn)題

針對(duì)大坳攔河壩的滲壓系統(tǒng)儀器靈敏度故障問(wèn)題進(jìn)行分析，其儀器靈敏度定義如下：S=輸入量變化/輸出量變化。

結(jié)合單位輸出量變化與輸入量變化量進(jìn)行分析，如果輸出量越小，就證明儀器靈敏度越高，這里主要針對(duì)振弦式與差阻式儀器靈敏度進(jìn)行分析。根據(jù)實(shí)踐操作發(fā)現(xiàn)，比較高端的弦式儀器全量程輸出量在4000*103Hz2上下，其靈敏度為0.025% F.S，相比于差阻式儀器精度高出至少5倍，這也說(shuō)明了在大坳攔河壩滲壓系統(tǒng)中如果采用差阻式儀器容易出現(xiàn)系統(tǒng)靈敏度欠佳及校準(zhǔn)誤差問(wèn)題。

3.2 解決方案

目前，國(guó)內(nèi)可配套的振弦式儀器精度控制在≤2.5% F.S左右，其僅僅能夠在線性度指標(biāo)進(jìn)行分析，了解振弦式儀器制定規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，確定其真實(shí)精度，確保測(cè)量精度長(zhǎng)期穩(wěn)定，排除一切可能影響滲壓計(jì)選型指標(biāo)問(wèn)題，例如靈敏度、量程、精度等等，這些都是保障儀器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的最主要指標(biāo)。結(jié)合實(shí)踐證明，還需要對(duì)傳感器中的感應(yīng)部件（鋼弦）張力進(jìn)行分析，了解其在初始張力不變的狀況下長(zhǎng)期受力狀態(tài)進(jìn)行分析，了解鋼弦固定端滑移狀況與儀器長(zhǎng)期穩(wěn)定性技術(shù)應(yīng)用狀況。

以導(dǎo)致滲壓系統(tǒng)發(fā)生滲流問(wèn)題的鋼弦徐變問(wèn)題為例，分析計(jì)算其徐變量并控制在1.5% F.S左右，利用振弦式滲壓計(jì)進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定性對(duì)傳感器幾年內(nèi)的測(cè)值精度誤差進(jìn)行比對(duì)，同時(shí)對(duì)高阻值水工超時(shí)環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行分析，這些都是容易導(dǎo)致儀器滲壓故障出現(xiàn)甚至系統(tǒng)報(bào)廢的主要原因?？傮w來(lái)講，在滲壓監(jiān)測(cè)儀器選型過(guò)程中，需要對(duì)儀器埋設(shè)問(wèn)題進(jìn)行分析，了解其長(zhǎng)期穩(wěn)定性問(wèn)題，充分考慮滲壓系統(tǒng)中的各種主要指標(biāo)，了解直接影響儀器使用壽命與可靠性的問(wèn)題。同時(shí)積極運(yùn)用差阻式滲壓計(jì)具，并保持其監(jiān)測(cè)水平長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，滿足儀器埋設(shè)測(cè)量基本條件[5]。

4 大坳攔河壩滲壓系統(tǒng)的整體技術(shù)改造建議

4.1 升級(jí)數(shù)據(jù)采集傳輸模塊

首先對(duì)滲壓計(jì)中的485信號(hào)輸出功能進(jìn)行改造，選用到智能化液位變送器，配合滲壓電纜作為空心通氣電纜，建立測(cè)壓管關(guān)口的空心通氣電纜，確保其具有良好的防潮與防雷功能。在測(cè)壓管通信線纜匯集過(guò)程中分析斷面，專門安裝斷面終端采集箱，這里可運(yùn)用到485通信電纜連接斷面，再配合光纜、光端機(jī)以及232-485轉(zhuǎn)換器，配合計(jì)算機(jī)端數(shù)據(jù)采集分析軟件對(duì)滲壓系統(tǒng)中的測(cè)壓管數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與分析，優(yōu)化電源控制與報(bào)表輸出功能。

4.2 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電源控制

要圍繞大坳攔河壩滲壓觀測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)建立動(dòng)態(tài)電源，控制數(shù)據(jù)采集過(guò)程，對(duì)供電狀態(tài)進(jìn)行分析，有效延長(zhǎng)傳感器的使用壽命。例如可利用到數(shù)據(jù)自動(dòng)接通電源，確保電源穩(wěn)定運(yùn)行在1～3min范圍內(nèi)。該過(guò)程中要配合數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集與傳輸，大幅度延長(zhǎng)設(shè)備整體使用壽命[6]。

4.3 構(gòu)建防雷安全措施

需要為大坳攔河壩建立系統(tǒng)獨(dú)立防雷安全措施，分析其自動(dòng)化觀測(cè)系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)改造重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行分析，了解電纜光纖與屏蔽層、測(cè)壓管壁電位連接，組建接地網(wǎng)。在該過(guò)程中要利用中控室設(shè)備外接配電室出線，對(duì)低壓供電線路進(jìn)行調(diào)整，安裝電源避雷器[7]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，需要對(duì)大坳攔河壩滲壓系統(tǒng)中的各種故障問(wèn)題進(jìn)行檢查與排除，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，充分采用數(shù)據(jù)采集分析與物理檢測(cè)手段，對(duì)攔河壩傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集、傳出、存儲(chǔ)、處理、顯示與分析，提高大坳攔河壩的整體安全運(yùn)行水平。