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)正常運行狀態(tài)。水利工程運行過程中，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)運行狀況是非常必要的。

1 大坳攔河壩滲壓系統(tǒng)故障問題與解決方案之一

1.1 故障問題

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)無數(shù)據(jù)顯示故障，且后臺數(shù)據(jù)無法正常更新。為了查明原因，首先利用筆記本電腦到現(xiàn)場連接主板檢測信號，經(jīng)過檢測信號正常；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，信號燈未正常閃爍（信號通暢時6個指示燈均閃爍），證明信號依然不通；有時因電源適配器殘舊，過流不足也會使信號不能傳輸，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)仍無讀數(shù)，故障未解決[1]。

1.2 解決方案

結(jié)合上述故障問題，重啟系統(tǒng)并檢查端口是否對應(yīng)，發(fā)現(xiàn)無法找到信號采集端口。根據(jù)圖紙資料，系統(tǒng)原端口號為com7，更換一個無源轉(zhuǎn)接頭后，重新對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，找到新硬件端口號為com5，把滲壓系統(tǒng)端口號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，后臺數(shù)據(jù)開始更新。在梳理線路重新連接系統(tǒng)過程中，上位機(jī)數(shù)據(jù)又出現(xiàn)無數(shù)據(jù)，查找信號端口已經(jīng)變成com6，修改后故障完全消除。為確認(rèn)檢查思路，再次連接信號輸入串口，此時發(fā)現(xiàn)端子號再次改變，每連接一次，端子號就變化一次。

結(jié)合過往經(jīng)驗，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)問題。前面多個步驟均未能解決故障，應(yīng)該首先檢查端口設(shè)置問題。在往后檢查類似狀況時，第一步檢查端口情況，實現(xiàn)檢查過程簡化，可以避免在中控室到數(shù)據(jù)采集點長距離來回檢查[2]。

2 大坳攔河壩滲壓系統(tǒng)故障問題與解決方案之二

2.1 故障問題

攔河壩滲壓系統(tǒng)在建成蓄水后，由于其庫水壓作用，直接導(dǎo)致壩體、壩基與壩肩出現(xiàn)了滲流現(xiàn)象，這對大壩安全帶來極大威脅，應(yīng)通過各種技術(shù)措施予以避免。結(jié)合我國水利部門相關(guān)資料統(tǒng)計，目前類似于大坳攔河壩滲壓系統(tǒng)的滲流故障問題非常之多，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)問題分析，其大壩滲流問題的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在兩點上：第一，由于當(dāng)年施工工藝及技術(shù)限制，滲流場介質(zhì)存在嚴(yán)重的不均勻性，截止到目前，學(xué)術(shù)界針對滲流的機(jī)理問題依然爭論不休。在針對混凝土壩與土石壩兩種壩型類型看來，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，在實際運行過程中，需要特別注意大壩上游水位的動態(tài)變化，對大壩滲流中的非穩(wěn)定性因素進(jìn)行分析，了解其三維水流運動過程。目前的問題顯然是在對滲流穩(wěn)定性的有效調(diào)節(jié)控制上，我們曾對C3點揚(yáng)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行過分析，但計算結(jié)果與實際情況可能存在較大出入，需要會同研究單位進(jìn)行比較深入的分析[3]。

具體來講，對滲流壓力觀測一起中的觀測目的、土體透水性、滲流場特征與埋設(shè)條件進(jìn)行分析，可選用測壓管或者振弦式孔隙水壓力計，將滲透系數(shù)控制在10-4cm/s以上，然后對滲壓力變幅大、監(jiān)測防滲體裂隙進(jìn)行觀察分析，可考慮采用測壓管，將其滲透系數(shù)控制在10-4cm/s左右，對其量程與測點壓力問題進(jìn)行分析，解決大坳攔河壩系統(tǒng)滲流故障問題。在故障解決方面需要做好兩點，都圍繞滲壓監(jiān)測測值相關(guān)問題展開分析：其一是測值的可靠性檢驗問題，結(jié)合測壓管水位用儀器展開測量，分析其測量準(zhǔn)確性，結(jié)合人工測深鐘這一比測方式進(jìn)行檢驗，主要配合滲壓計、埋設(shè)儀器等等檢查測試可靠性教研結(jié)果，分析儀器可能存在問題，進(jìn)而分析系統(tǒng)滲流問題；其二可隨時更換、修復(fù)測點，結(jié)合新建土石壩采用滲壓計布置滲流測點，采用國產(chǎn)振弦儀器修復(fù)工程竣工與蓄水運行機(jī)制，優(yōu)化其安全監(jiān)測功能。例如可考慮采用測壓管直接進(jìn)行測壓分析，確保監(jiān)測系統(tǒng)整體運行完整性[4]。

3 大坳攔河壩滲壓系統(tǒng)故障問題與解決方案之三

3.1 故障問題

針對大坳攔河壩的滲壓系統(tǒng)儀器靈敏度故障問題進(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，這里主要針對振弦式與差阻式儀器靈敏度進(jìn)行分析。根據(jù)實踐操作發(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)誤差問題。

3.2 解決方案

目前，國內(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)，確定其真實精度，確保測量精度長期穩(wěn)定，排除一切可能影響滲壓計選型指標(biāo)問題，例如靈敏度、量程、精度等等，這些都是保障儀器長期穩(wěn)定運行的最主要指標(biāo)。結(jié)合實踐證明，還需要對傳感器中的感應(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)生滲流問題的鋼弦徐變問題為例，分析計算其徐變量并控制在1.5% F.S左右，利用振弦式滲壓計進(jìn)行長期穩(wěn)定性對傳感器幾年內(nèi)的測值精度誤差進(jìn)行比對，同時對高阻值水工超時環(huán)境問題進(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)報廢的主要原因?？傮w來講，在滲壓監(jiān)測儀器選型過程中，需要對儀器埋設(shè)問題進(jìn)行分析，了解其長期穩(wěn)定性問題，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題。同時積極運用差阻式滲壓計具，并保持其監(jiān)測水平長期保持穩(wěn)定，滿足儀器埋設(shè)測量基本條件[5]。

4 大坳攔河壩滲壓系統(tǒng)的整體技術(shù)改造建議

4.1 升級數(shù)據(jù)采集傳輸模塊

首先對滲壓計中的485信號輸出功能進(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。在測壓管通信線纜匯集過程中分析斷面，專門安裝斷面終端采集箱，這里可運用到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，配合計算機(jī)端數(shù)據(jù)采集分析軟件對滲壓系統(tǒng)中的測壓管數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與分析，優(yōu)化電源控制與報表輸出功能。

4.2 實現(xiàn)動態(tài)電源控制

要圍繞大坳攔河壩滲壓觀測自動化系統(tǒng)建立動態(tài)電源，控制數(shù)據(jù)采集過程，對供電狀態(tài)進(jìn)行分析，有效延長傳感器的使用壽命。例如可利用到數(shù)據(jù)自動接通電源，確保電源穩(wěn)定運行在1～3min范圍內(nèi)。該過程中要配合數(shù)據(jù)動態(tài)采集與傳輸，大幅度延長設(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)獨立防雷安全措施，分析其自動化觀測系統(tǒng)，對系統(tǒng)改造重點內(nèi)容進(jìn)行分析，了解電纜光纖與屏蔽層、測壓管壁電位連接，組建接地網(wǎng)。在該過程中要利用中控室設(shè)備外接配電室出線，對低壓供電線路進(jìn)行調(diào)整，安裝電源避雷器[7]。

5 結(jié)語

綜上所述，需要對大坳攔河壩滲壓系統(tǒng)中的各種故障問題進(jìn)行檢查與排除，并對系統(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手段，對攔河壩傳感器實時數(shù)據(jù)進(jìn)行自動采集、傳出、存儲、處理、顯示與分析，提高大坳攔河壩的整體安全運行水平。