唐華為

（湛江師范學(xué)院基礎(chǔ)教育學(xué)院 廣東 524300）

1.大壩安全檢測(cè)系統(tǒng)

1.1 大壩外部變形觀測(cè)數(shù)據(jù)采集、分析、與處理

系統(tǒng)設(shè)大壩表面水平位移觀測(cè)點(diǎn)20個(gè)，豎向沉降觀測(cè)點(diǎn)20個(gè)。其中，大壩水平位移觀測(cè)采用全站儀自動(dòng)數(shù)據(jù)采集，輔以觀測(cè)后處理軟件的觀測(cè)方案，系統(tǒng)采用全站儀現(xiàn)場(chǎng)搬站觀測(cè)；大壩豎向沉降監(jiān)測(cè)采用高精度數(shù)字水準(zhǔn)儀，輔以觀測(cè)后處理軟件的觀測(cè)方案。系統(tǒng)將自動(dòng)觀測(cè)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在pc卡中，再由pc卡傳送到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行存儲(chǔ)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析處理軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，得出科學(xué)可靠的大壩運(yùn)行狀態(tài)與變化趨勢(shì)的分析結(jié)論，并在計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)成果顯示、發(fā)布與輸出打印等操作。

1.2 大壩滲流觀測(cè)數(shù)據(jù)采集與傳輸

大壩滲流自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)共設(shè)測(cè)點(diǎn)24個(gè)，考慮整個(gè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)比較集中，系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線分層分布式結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)1臺(tái)DAU數(shù)據(jù)采集與測(cè)控單元，2臺(tái)數(shù)據(jù)采集模塊單元，負(fù)責(zé)采集各測(cè)點(diǎn)的壩基滲流數(shù)據(jù)和測(cè)壓管壩體滲流數(shù)據(jù)，并由DAU數(shù)據(jù)采集與測(cè)控單元完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的離線自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中采用自主研發(fā)的大壩深孔封孔技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了壩基滲流、壩體滲流的同孔同步觀測(cè)，遭毆保證觀測(cè)數(shù)據(jù)可靠性的同時(shí)，使觀測(cè)數(shù)據(jù)更符合規(guī)范要求，并且降低工程造價(jià)投資，目前該技術(shù)已申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利。

1.3 大壩安全監(jiān)測(cè)分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)

根據(jù)多年的水庫(kù)大壩安全分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合水庫(kù)實(shí)際特點(diǎn)與需求，開(kāi)發(fā)了可視化的土石壩安全監(jiān)測(cè)分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)由采集管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)信息管理子系統(tǒng)及分析評(píng)價(jià)預(yù)報(bào)子系統(tǒng)組成，利用經(jīng)典水工分析與評(píng)價(jià)電算化模型，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)化、科學(xué)化專(zhuān)業(yè)化分析、相關(guān)性分析等分析模型，結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊綜合評(píng)價(jià)，最終得出科學(xué)可靠的大壩運(yùn)行安全狀況分析結(jié)論，為專(zhuān)家領(lǐng)導(dǎo)會(huì)商決策提供可靠依據(jù)。

2 高邊坡遠(yuǎn)程自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與常規(guī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的比較

對(duì)于自然或人工的邊坡及大壩等重要建筑物的變形監(jiān)測(cè),通常有常規(guī)監(jiān)測(cè)和GPS監(jiān)測(cè)兩種方法。常規(guī)監(jiān)測(cè)方法是使用經(jīng)緯儀、測(cè)距儀或全站儀等儀器,采用前方交會(huì)、邊角網(wǎng)、極坐標(biāo)差分等方法獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)，并通過(guò)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移量；GPS監(jiān)測(cè)法是將GPS接收機(jī)分別安置在基準(zhǔn)站和監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，觀測(cè)相同衛(wèi)星載波測(cè)量值，利用載波相位的差分觀測(cè)值，獲得高精度的基線向量，從而獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的三維位移量。

常規(guī)監(jiān)測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)是觀測(cè)數(shù)據(jù)直觀可靠，短距離獲得的精度高、投資少。但缺點(diǎn)是受通視條件、氣象條件以及施工干擾的影響，在進(jìn)行長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)時(shí)精度較差并且很難提高。而GPS衛(wèi)星定位技術(shù)不受天氣的干擾，點(diǎn)位間毋需通視，容易實(shí)施長(zhǎng)距離的精確定位。此外GPS所具有精度高、速度快等優(yōu)點(diǎn)，是常規(guī)監(jiān)測(cè)方法難以比擬的，它已成為當(dāng)今最先進(jìn)的形變監(jiān)測(cè)手段。

2.2 GPS在安全監(jiān)測(cè)中存在的問(wèn)題

針對(duì)GPS在安全監(jiān)測(cè)中存在的問(wèn)題，研究者們提出了GPS一機(jī)多天線思想,并研究開(kāi)發(fā)了GPS一機(jī)多天線控制器，使一臺(tái)GPS接收機(jī)能互不干擾的連接多個(gè)天線。在這種體系下，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上只安裝GPS天線，而不需安裝接收機(jī),從而極大地降低了安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的造價(jià)。該項(xiàng)技術(shù)開(kāi)發(fā)為大壩、高邊坡利用GPS進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)創(chuàng)造了極為良好的條件，也使GPS技術(shù)在水利水電工程中擁有了更為廣闊的應(yīng)用前景。

此外，基于GPS一機(jī)多天線控制器也為高邊坡自動(dòng)化連續(xù)遙測(cè)創(chuàng)造了有利條件。為了實(shí)現(xiàn)這種無(wú)人職守的安全自動(dòng)的工作模式，需要開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。應(yīng)顧及海量GPS原始數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)及成本。

2.3 GPS一機(jī)多天線無(wú)線遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

新研制的GPS一機(jī)多天線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決了以上問(wèn)題，它利用多天線控制器，使一臺(tái)GPS接收機(jī)能連接8個(gè)天線，可以監(jiān)測(cè)8個(gè)點(diǎn)的變形，大大降低了設(shè)備投入。利用快速靜態(tài)定位理論和濾波技術(shù)，能在快速確定整周模糊度；采用專(zhuān)用天線減弱了多路徑效應(yīng)的影響，大大提高了觀測(cè)精度。此系統(tǒng)可以根據(jù)需要進(jìn)行定時(shí)或?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)。

一機(jī)多天線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)綜合了微波技術(shù)、計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制技術(shù)、大地測(cè)量數(shù)據(jù)處理和定位算法等，在保證每個(gè)GPS天線能同時(shí)至少觀測(cè)到4顆衛(wèi)星的情況下，由計(jì)算機(jī)控制對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集，并基于快速靜態(tài)定位理論和卡爾曼濾波技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的變形分析和預(yù)報(bào)。

另外，考慮到高邊坡多屬危險(xiǎn)地區(qū)，為了保證人身安全，需要實(shí)現(xiàn)無(wú)人職守的工作模式，對(duì)監(jiān)測(cè)的原始數(shù)據(jù)采用無(wú)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)鏈路，提出了基于GPS一機(jī)多天線的無(wú)線遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。使系統(tǒng)從觀測(cè)、采集、傳輸、解算分析都實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，從而快速準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)邊坡的變形。

3 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的安全監(jiān)測(cè)

3.1 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的組成

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)是功能除控制、監(jiān)視和保護(hù)三大功能外，還包括變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的維護(hù)功能，即系統(tǒng)組態(tài)、通信管理和軟件管理等功能。采用變電站自動(dòng)化系統(tǒng)可以把原本分隔的控制、保護(hù)、監(jiān)視、通信和測(cè)量等裝置以合適的形式進(jìn)行集成，由少量多功能智能電子設(shè)備組成自動(dòng)化系統(tǒng)，通過(guò)站內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息共享，可使信號(hào)電纜大為減少，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。這樣既提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，又改善了可靠性。因此，變電站集成和自動(dòng)化已成為電力行業(yè)降低安裝、維護(hù)和運(yùn)行成本的有效途徑。

3.2 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)集成過(guò)程中面臨的阻礙

在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)集成過(guò)程中面臨的最大障礙是不同廠家的IED，甚至同一廠家不同型號(hào)的IED所采用的通信協(xié)議和用戶界面的不相同，因而難以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成和互操作。因?yàn)樾枰~外的硬件和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)IED互聯(lián)，還要對(duì)用戶進(jìn)行培訓(xùn)，這在很大程度上削弱了變電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)和異議。因此變電站自動(dòng)化系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)功能之外，還應(yīng)具備互操作性、可擴(kuò)展性和高可靠性等性能。

3.3 變電站的高可靠性

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)通道的通信系統(tǒng)和人機(jī)界面的監(jiān)控主站應(yīng)具有互相獨(dú)立的冗余配置。在故障情況下，冗余的通信系統(tǒng)和監(jiān)控主站應(yīng)該可以在系統(tǒng)不停止工作的情況寫(xiě)進(jìn)行熱切換，以保證系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)和自動(dòng)控制任務(wù)。IEC在充分考慮變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能和要求，特別是互操作性要求的基礎(chǔ)上，制定了變電站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)體系——IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。它采用分層分布式體系、面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，使得數(shù)據(jù)對(duì)象的自描述成為可能，為不同廠商的IED實(shí)現(xiàn)互操作和系統(tǒng)無(wú)縫集成提供了途徑。

3.4 變電站的可擴(kuò)展性和互操作性

互操作性是指同一廠家或不同廠家的多個(gè)IED要具有交換信息并使用這些信息進(jìn)行協(xié)同操作的能力。設(shè)備互操作性可以最大限度地保護(hù)用戶原來(lái)的軟硬件投資，實(shí)現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品集成?？蓴U(kuò)展性要求系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)都盡可能采用模塊化設(shè)計(jì)方法，方便未來(lái)的系統(tǒng)擴(kuò)展，同時(shí)要求通信接口標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)具有開(kāi)放性。

4 總結(jié)

網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化系統(tǒng)帶給人們很大的便利，在大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完善后，可提高水庫(kù)大壩的防洪能力，及時(shí)發(fā)現(xiàn)壩體安全隱患，將為水庫(kù)帶來(lái)顯著的防洪效益和水資源效益。系統(tǒng)的功能先進(jìn)合理，可有效解決壩體運(yùn)行管理中的實(shí)際問(wèn)題，提高水庫(kù)安全管理水平，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)方面提出了變電站自動(dòng)化通信系統(tǒng)框架模型，同時(shí)為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)互操作性、可擴(kuò)展性和高可靠性的實(shí)現(xiàn)提供了可行依據(jù)。

[1].崔巖，齊亞彬，梁凱，國(guó)土資源標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)與實(shí)踐[M]中國(guó)大地出版社，2005

[2].沈國(guó)榮，黃鍵，通信技術(shù)是變電站自動(dòng)化的關(guān)鍵，電力系統(tǒng)自動(dòng)化[J]2000