吳家永

摘 要：本次研究主要分析的內(nèi)容是電站大壩內(nèi)觀監(jiān)測系統(tǒng)自動化改造方案，在選取實(shí)際案例的基礎(chǔ)上，總結(jié)以下幾個方面：電站大壩內(nèi)觀監(jiān)測系統(tǒng)自動化所存在的問題、電站大壩內(nèi)觀監(jiān)測系統(tǒng)自動化改造方案改造方案的制定。期望為后期的電站大壩內(nèi)觀監(jiān)測系統(tǒng)自動化改造提供相應(yīng)的借鑒。

關(guān)鍵詞：電站大壩；內(nèi)觀監(jiān)測系統(tǒng)；自動化；改造

一、工程概況

福建街面水電站是尤溪干流梯級的龍頭水庫電站，工程樞紐由砼面板堆石壩、左岸岸邊式溢洪道、右岸引水系統(tǒng)、地下廠房及開關(guān)站等組成。大壩內(nèi)觀監(jiān)測由面板周邊縫及垂直縫監(jiān)測、面板應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測、面板脫空監(jiān)測、面板溫度監(jiān)測、面板鋼筋計(jì)、滲流監(jiān)測等組成。

二、大壩內(nèi)觀設(shè)備情況

面板周邊縫及垂直縫監(jiān)測包括沿周邊縫共設(shè)11組測縫計(jì)，用以監(jiān)測面板與趾板間周邊縫的張開度、相對切向位移和垂直面板方向的相對沉降。周邊縫測縫計(jì)為南瑞公司生產(chǎn)的3DM-200型儀器（電位器式），采用3DM-2檢測儀進(jìn)行觀測。面板測縫計(jì)主要布置在典型的受拉和受壓的面板接縫處，以觀測張拉縫的變形，共9支；面板應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測包括在面板上共布置三向應(yīng)變計(jì)8組、二向應(yīng)變計(jì)9組，共計(jì)42支，并在每組應(yīng)變計(jì)旁配設(shè)1支無應(yīng)力計(jì)，共計(jì)17支；面板鋼筋計(jì)包括14支鋼筋計(jì)分別布置在三個樁號（壩左0+075、壩右0+036、壩右0+120）不同高程（190m、215m、235m、255.00m、275m）面板順壩坡的受力鋼筋上。滲流監(jiān)測包括壩基滲透壓力、繞壩滲流和滲漏量監(jiān)測等。壩基滲透壓力采用滲壓計(jì)監(jiān)測，在周邊縫附近面板后的墊層區(qū)共布置5支GK-4500S型滲壓計(jì)，以監(jiān)測大壩基礎(chǔ)的滲透水力梯度。大壩左岸壩肩（溢左0+024.88m、溢下0+024.906m）、右岸壩肩（壩右0+303.159m、壩下0+021.993m）各布置1個繞壩滲流孔，采用滲壓計(jì)監(jiān)測大壩兩岸繞壩滲流情況。大壩下游側(cè)結(jié)合下游混凝土圍堰在壩左0+001.5m、壩下0+171.11m、178.72m高程設(shè)置2座量水堰，以監(jiān)測大壩滲漏量。量水堰采用木聯(lián)能LN2063量水堰測量系統(tǒng)觀測。以上監(jiān)測設(shè)備均采用人工觀測。

三、存在問題

街面安全監(jiān)測系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來，目前該系統(tǒng)已運(yùn)行多年，系統(tǒng)整體運(yùn)行狀況較好，但仍存在一些不足之處，仍采用人工觀測，觀測頻次和精度無法滿足監(jiān)測要求，給系統(tǒng)長期、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的工作帶來一定的隱患，需要通過此次技術(shù)改造徹底解決長期困擾的難題，以便監(jiān)測系統(tǒng)能夠更好的服務(wù)于大壩的安全運(yùn)行[1]。

四、改造方案

1.數(shù)據(jù)采集單元（DAU）

數(shù)據(jù)采集單元（DAU）要求采用模塊化結(jié)構(gòu)，由測量模塊、專用不間斷電源、防潮加熱器和多功能分線部件等幾部分組成，安裝在一個密封保護(hù)機(jī)箱內(nèi)。一個DAU內(nèi)部可根據(jù)不同的監(jiān)測對象配置不同類型及數(shù)量的測量模塊；專用不間斷電源為測量模塊提供電源，內(nèi)含免維護(hù)蓄電池和充電器，正常情況下，由市電或太陽能通過充電器給蓄電池充電，發(fā)生停電事件時，蓄電池可維持測量模塊工作，保證測量數(shù)據(jù)的連續(xù)性；多功能分線部件用于將電源線和通信線合理地分接給DAU內(nèi)的各個部分，分線部件內(nèi)含有保險(xiǎn)絲和開關(guān)，為安裝、調(diào)試及維護(hù)提供方便。防潮加熱器用于在潮濕環(huán)境下保證DAU內(nèi)部的相對干燥。各模塊、部件互相獨(dú)立，安裝、維修十分方便。每個測量模塊有獨(dú)立的微控制器電路、實(shí)時時鐘電路、通信接口電路、數(shù)據(jù)存儲器、傳感器信號調(diào)理電路、傳感器激勵信號發(fā)生電路、防雷擊電路及電源管理電路[2]。

2.數(shù)據(jù)測量模塊

DAU2000型分布式數(shù)據(jù)采集裝置的主要組成部分NDA系列數(shù)據(jù)采集智能模塊的主要部件（例如CPU、RAM、ROM、時鐘及電源管理、EIA 485通信、2級瞬態(tài)保護(hù)、自診斷等）均采用了進(jìn)口歐美和日本等國家的元（器）件，接線端子為德國Phoenix公司產(chǎn)品，詳見表。模塊外殼為全不銹鋼，不銹鋼表面文字采用激光刻制[3]。

NDA系列數(shù)據(jù)采集智能模塊的印刷電路板上所有的接點(diǎn)均鍍金，以保證抗氧化和耐受間歇運(yùn)行的能力，此外印刷電路板焊接后還噴涂了防潮防腐劑以適應(yīng)本工程潮濕的氣候條件。

（1）差阻儀器測量模塊選型：

本方案選用南京南瑞集團(tuán)公司生產(chǎn)的NDA1103型8通道差阻儀器測量模塊，它們完全滿現(xiàn)場的要求。并具有測量精度高、功能齊全、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)方便的特點(diǎn)。

（2）振弦儀器測量模塊選型：

本方案選用南京南瑞集團(tuán)公司生產(chǎn)的NDA1403、NDA1404型振弦式儀器測量模塊，它具有測量精度高、功能齊全、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，并具有以下特點(diǎn)：

（1）采用自適應(yīng)測試技術(shù)，同一個模塊的不同通道能同時接入國內(nèi)、外不同廠家的多種振弦式儀器。

（2）NDA14系列各通道頻率和溫度電阻自適應(yīng)，可以接入任意的頻率溫度組合。

（3）測量精度高、功能齊全、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定。

（3）標(biāo)準(zhǔn)量信號測量模塊選型：

選用南京南瑞集團(tuán)公司生產(chǎn)的NDA1523（標(biāo)準(zhǔn)電壓）數(shù)據(jù)采集智能模塊，其用于自動采集各類標(biāo)準(zhǔn)量式儀器的信號，測量精度高、功能齊全、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定。廣泛應(yīng)用于大朝山、五強(qiáng)溪、三板溪、公伯峽、東深供水改造、天生橋二級、隔河巖等水電站。

電位器式傳感器數(shù)據(jù)采集智能模塊。

3.DSIMS V4.0大壩安全信息管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件

本方案選用南京南瑞集團(tuán)公司生產(chǎn)的NARI DSIMS大壩安全信息管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件V4.0軟件，其與自動化數(shù)據(jù)采集單元配套，具有數(shù)據(jù)在線采集、電測成果計(jì)算、測點(diǎn)數(shù)據(jù)的報(bào)表、圖形輸出、采集饋控、遠(yuǎn)程召測、信息報(bào)送等六個主要部分。各部分有獨(dú)立的用戶界面，既可以和安全監(jiān)測信息管理及綜合分析系統(tǒng)協(xié)同工作，又可單獨(dú)運(yùn)行。

4.遠(yuǎn)程監(jiān)測中心站改造

大壩監(jiān)測系統(tǒng)自動化改造后，因流域梯級電站大壩安全管理的需要，擬建設(shè)遠(yuǎn)程監(jiān)測中心站對街面電站大壩監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，本工程監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)由監(jiān)測站（內(nèi)有一臺或多臺測控單元）、通信設(shè)備、控制線路、電源線路、采集計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集軟件等組成。整個系統(tǒng)由二個監(jiān)測管理中心站和13個現(xiàn)場監(jiān)測站組成。監(jiān)測管理中心站設(shè)置在水東電廠水工觀測班及界面電站中控樓，現(xiàn)場監(jiān)測站分布在各建筑物現(xiàn)場。

現(xiàn)場測控單元直接與傳感器相接，每個測控單元在分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中都是獨(dú)立的，不需采集計(jì)算機(jī)指令，各測控單元有其自身的日歷和時鐘，可獨(dú)立完成監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換、工程單位轉(zhuǎn)換，或接受采集計(jì)算機(jī)的指令完成有關(guān)操作等。由于光纜傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)越性及可靠性，監(jiān)測管理中心站與現(xiàn)場監(jiān)測站之間以及監(jiān)測站與監(jiān)測站之間采用光纜連接實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。但同一監(jiān)測站中若有兩臺及以上的測控單元，則該監(jiān)測站內(nèi)的測控單元間使用電纜連接。監(jiān)測管理中心站預(yù)留與電站監(jiān)控系統(tǒng)以及電站MIS系統(tǒng)的傳輸接口。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)采用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即以數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)作為中央節(jié)點(diǎn)用總線向外延伸，連接所有現(xiàn)場監(jiān)測站內(nèi)的測控單元?？偩€通訊架構(gòu)應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單，具有良好的通用性和兼容性。

5.中心站主要組成

（1）監(jiān)測管理中心站

監(jiān)測管理中心站設(shè)置在水東電廠水工觀測班及界面電站中控樓，配置3臺計(jì)算機(jī)，作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器兼工控機(jī)，用于遠(yuǎn)程通信、監(jiān)測資料分析、日常數(shù)據(jù)采集和管理。

（2）現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)

安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)由監(jiān)測管理站、若干個監(jiān)測站和各監(jiān)測部位的傳感器組成，現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)采用光纖和雙絞線構(gòu)建符合RS-485標(biāo)準(zhǔn)的總線型通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測站之間、監(jiān)測站與監(jiān)測管理站之間的數(shù)據(jù)通信。

監(jiān)測儀器接入相應(yīng)監(jiān)測站的數(shù)據(jù)采集裝置（MCU），儀器數(shù)據(jù)信號通過MCU統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸。監(jiān)測站內(nèi)數(shù)據(jù)采集裝置采用雙絞線連接后，接入光端機(jī)，由光端機(jī)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為光信號通過光纖傳輸，在監(jiān)測管理中心內(nèi)，由光端機(jī)再次將光信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，傳輸至采集計(jì)算機(jī)。一般一個監(jiān)測站位置設(shè)置一臺光端機(jī)，條件許可時若干個近距離監(jiān)測站的MCU可共用一臺光端機(jī)。

參考文獻(xiàn)

[1]海翔，馬嘯.西霞院大壩外部變形監(jiān)測系統(tǒng)自動化改造方案設(shè)計(jì)綜述[J].中國水運(yùn)（下半月），2015，12|（22）：105-108.

[2]周世龍，梁佳瑞，王育琳，馬紅巖，孫憲斌.桃林口水庫大壩監(jiān)測自動化系統(tǒng)改造方案[J].河北水利，2013，05（15）：23.

[3]朱化廣，何利華，李善巖.潘家口抽水蓄能電站下池大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)[J].水利水電工程設(shè)計(jì)，2006，02（06）：43-45.

（作者單位：福建水口發(fā)電集團(tuán)尤溪流域分公司）