米山水庫大壩滲壓自動化系統監測與改造

萬宏臣，朱永琪，宮淑華（.威海市文登區米山水庫管理局，山東 文登 6444；.威海市水利局，山東 威海 6400）

米山水庫大壩滲壓自動化系統監測與改造

萬宏臣1，朱永琪2，宮淑華1
（1.威海市文登區米山水庫管理局，山東 文登 264424；2.威海市水利局，山東 威海 264200）

【摘要】通過對米山水庫大壩原滲壓觀測自動化系統數據采集軟件、采集終端、傳輸線纜等方面的檢測分析，找出存在的問題，提出更換滲壓計、數據采集終端設備、數據采集及分析軟件等措施，使該水庫大壩滲壓觀測及分析成果滿足規范要求。

【關鍵詞】米山水庫；大壩觀測；自動化系統；技術改造

米山水庫位于威海市文登區母豬河中游，水庫控制流域面積440km2，總庫容2.80億m3，死庫容0.07億m3，興利庫容1.38億m3，是一座以防洪、灌溉、城市及工業供水為主，兼顧水力發電和水產養殖等綜合功能的大（2）型水庫。水庫樞紐工程主要由大壩、溢洪道、放水洞和水力發電站組成。

1965年在壩體埋設了測壓管觀測設備，1967年對大壩進行保安全加高時測壓管觀測設備全部報廢，1980年在壩體又重新埋設了18根測壓管。2008年水庫進行了除險加固工程后又重新埋設了測壓管，位置0+170、0+290、0+530、0+730、0+900共5排，其中0+290、0+530、0+730每排4根，0+170、0+900每排3根，分別設在上游壩肩、壩頂、下游馬道上和壩坡與貼坡排水體交界處。2012年安裝了一套大壩滲壓觀測自動化系統。

1　　原系統監測分析

米山水庫大壩滲壓觀測系統設有5個斷面，共18個測壓管。其中，0+170和0+900斷面各含3個測壓管，其余斷面各含4個測壓管。測壓管中滲壓計均為振弦式產品 （型號為BGK4500AL和BGK4500S）。每個斷面通過JXD-MCU數據測控終端控制箱將滲壓計的信號進行轉換后，通過RS485總線將數據匯聚到0+170壩面，并在此通過多模光纖將數據傳送到中控室電腦，由中控室BGKlogger軟件進行數據采集和管理。從2012— 2013年上半年的運行情況看，系統運行不穩定，設備還經常遭受到雷擊損壞，自動監測數據與人工觀測數據差值達到30～50cm，誤差較大，無法滿足大壩安全監測技術要求。2014-11，米山水庫管理局聘請了工程技術人員，對大壩滲壓觀測自動化系統進行了全面檢測分析，發現該系統存在許多問題。

由于檢測時中控室電腦已經無法采集現場數據，判斷是通訊光纜出現故障，故將中控室的電腦搬到0+170斷面，現場取電，并把RS485總線直接與電腦連接，繞開了光纜通訊線路，數據得以采集。電腦只采集到0+170和0+530兩個斷面的數據，且斷面0+170和斷面0+530的1號滲壓計讀數不穩定。進一步的檢測發現0+290和0+900斷面的數據采集終端控制箱中的電源或數據接線存在問題；0+730斷面的數據采集終端中電源電路部分存在元件損壞情況，無法給設備正常供電；0+170-2和0+170-3兩個測壓管中無水。這樣只測到0+530-2、0+530-3、0+530-4號測壓管中的水位數據，這幾個數據與人工測量數據差值在30～50cm之間，誤差較大。

2　　存在的問題

2.1采集軟件存在的問題

瀏覽電腦采集的原始數據，發現部分測壓管數據不全，數據時有時無，表明數據采集系統不穩定；采集軟件中振弦式滲壓計的初始參數設定值（0讀數）是該軟件計算測壓管內水深的基準參考，非常關鍵，但在檢測中發現，部分滲壓計的初始參數設定值與合格證上的初始參數存在較大差異；采集軟件沒有數據分析與整編功能。

2.2線纜存在的問題

1）低壓供電電纜。現場給數據采集終端控制箱供電所用的部分低壓供電電纜，與投標文件中的要求不符，線徑偏小，不滿足設計要求。

2）數據通信電纜。設計要求RS485數據通信電纜型號為jvvp-2×2×0.5，但是現場部分斷面所用電纜非該型號，不滿足設計要求。

3）滲壓計電纜。現場滲壓計電纜接頭部分浸在水中，所用熱縮管未使用含膠型熱縮管，打開熱縮管后發現接頭處有進水現象，表明接頭密封防水性能較差，有滲水或短路的隱患，并可能對滲壓計造成損壞。

4）布線施工。部分低壓供電電纜和通信電纜相隔太近，缺乏屏蔽隔離措施，也未接地，且沒有按照設計要求采取防雷措施。

2.3數據采集終端

斷面0+170和斷面0+530的1號滲壓計用手持讀數儀能夠穩定讀數，但BGKlogger軟件采集時，讀數不穩定，說明這兩個斷面的數據采集終端設備的穩定性有待進一步確認；數據采集終端控制箱密封不嚴，防潮措施不可靠，部分元器件已經受潮發霉；該系統未按照投標文件要求安裝電源電纜、信號電纜避雷設備。

3　　問題分析

3.1測值誤差分析

滲壓計的測量精度為其量程的0.1%，按現場使用滲壓計的最大量程35m計算，其測量總誤差范圍是±35mm；人工測量水位所用儀器也存在一定誤差，誤差范圍為±0.5～2mm。在不考慮人為因素造成測量誤差的情況下，累計誤差范圍可控制在±40mm內，經過修正后誤差還會更小。但是本次以及早期的人工測量值與電腦內存儲的自動測量數據值之間差值較大，在30～50cm之間。經分析可能由下列因素引起。

1）滲壓計的初始參數值設置錯誤。例如滲壓計初始模數值每相差100F，則最終得到的水位差值最多可達100cm左右。在本系統的監測中發現，部分滲壓計的實際初始參數設定值與合格證上的初始參數存在較大差異，說明安裝調試時，滲壓計的初始參數值設置有誤。

2）人工測量采用的是測繩，精度不夠。人工測量過程中沒有嚴格按照規范要求，每次要平行測讀2次，讀數誤差較大。

3）滲壓計電纜施工不符合要求。部分接頭密封防水性能較差，傳感器進水后也會導致滲壓計測量出現誤差，甚至毀壞。

3.2設備故障分析

1）光纜故障。根據光纜故障檢測儀分析，從大壩現場到中控室的通信光纜存在斷點故障，挖開故障斷點檢查發現，該處光纜有折痕，分析可能是不規范施工造成的。

2）采集終端元件損壞。0+730斷面數據采集終端中的元件損壞，造成數據采集終端運行不正常，經分析，可能與未安裝防雷設備而遭受雷擊有關。

3）供電故障。0+290和0+900斷面的數據采集終端控制箱中的電源不正常，采集的數據不穩定，可能由于未按照設計要求選用供電電纜，造成供電不穩定。

4　　技術改造措施

米山水庫管理局為解決上述問題，確定在原自動監測系統的基礎上實施技術改造。保留線管、部分電源和通信電纜、中控室電腦和光端設備，并對通信光纜斷點進行維修。更換滲壓計、數據采集終端設備、數據采集及分析軟件以及不符合要求的線纜，增加電源及信號電纜防雷設施，并采用動態電源控制方案，對監測系統電源進行管理，增加庫水位自動和人工輸入功能。

4.1數據采集傳輸

滲壓計采用帶485信號輸出功能的某款智能液位變送器，滲壓計電纜為空心通氣電纜，在測壓管管口將空心通氣電纜通過具有防雷、密封、防潮功能的轉接盒與壩上通信電纜連接，然后將各測壓管的通信線纜匯集到本斷面的終端采集箱。全部5個斷面的終端采集箱用485通信電纜連接至0+170斷面，再通過光端機、光纜、485-232轉換器等與中控室電腦連接。電腦通過數據采集分析軟件，完成測壓管數據的采集、分析、電源控制與報表輸出等功能。

4.2動態電源控制

大壩滲壓觀測自動化系統每次采集數據所需供電時間較短，如果現場監測設備始終處于供電狀態，不僅會縮短傳感器使用壽命，而且遭雷電干擾損壞的可能性也顯著提高。因此，本次技術改造方案中，采用動態電源控制方式，對設備實施按需供電，即在采集數據時自動接通電源，電源穩定運行1～3min后，再采集傳輸數據，不采集數據時斷開電源，可大幅度延長設備使用壽命。

4.3防雷措施

為保障米山水庫大壩滲壓觀測自動化系統安全可靠運行,本次系統改造時重點加強了防雷保護措施。所有電纜金屬線管和屏蔽層以及測壓管壁都做等電位連接，組成接地網；所有電源電纜的進出線都安裝電源避雷裝置；所有信號電纜的進出線都安裝信號避雷裝置；對中控室設備接地和室外接地體重新進行了檢查和埋設；對從配電室出線到中控室進線的低壓供電線路都安裝了電源避雷器。

4.4數據采集軟件

本次技術改造采用的數據采集分析系統軟件，能夠對水庫大壩傳感器的實時數據進行自動采集、傳輸、存儲，并對這些數據進行處理、顯示、分析，實現對水庫大壩的實時動態觀測，主要包括實時監控、數據錄入、綜合查詢、綜合報表、圖形圖像、最大值分析查詢、數據維護、綜合設置等功能模塊。

5　結語

米山水庫大壩滲壓自動化觀測系統技術改造工程于2013-12-22完成安裝調試并投入試運行。經過近一年的試運行表明，系統運行穩定，采集到的數據與人工測量數據誤差在2cm內，達到了大壩安全監測規范要求。2014-10，米山水庫國家級水利工程管理單位績效考核驗收時，一致認為該系統運行穩定、功能齊全，滲壓觀測及分析成果滿足規范要求，整體提升了水庫工程管理的現代化水平。

（責任編輯鄭繼勝）

【中圖分類號】TV698.1

【文獻標識碼】B

【文章編號】1009-6159（2015）-04-0030-03

收稿日期：2015-02-22

作者簡介：萬宏臣（1976—），男，工程師