水電站大壩安全監(jiān)測及自動化發(fā)展方向探析

文/劉暉 國網(wǎng)新源水電有限公司富春江水力發(fā)電廠 浙江杭州 310000

在自動化技術(shù)革新過程中，水電站大壩的安全監(jiān)測也在實現(xiàn)自動化發(fā)展，有了更加廣泛的應(yīng)用范圍。在此環(huán)境下，水電站大壩建設(shè)運行中，將安全監(jiān)測工作與自動化技術(shù)有機結(jié)合，可以使水電站的競爭力有效提升，為其創(chuàng)造更多利益。但當前我國水電站大壩還未全面實現(xiàn)自動化安全監(jiān)測，其監(jiān)測工作的全面性和精細化不足，往往得到比較粗放的結(jié)果，難以充分利用相關(guān)數(shù)據(jù)，還需進一步把握其發(fā)展趨勢，實現(xiàn)高效應(yīng)用。

1、水電站大壩安全監(jiān)測重要性

在水電站運行中，其工作就是將大自然中水能轉(zhuǎn)換為電能，為社會生產(chǎn)生活提供電力需求。在水電站中應(yīng)用自動化技術(shù)，可以實現(xiàn)自動監(jiān)控和遠程控制，有助于水電站工作安全性的提升。因此，在水電站中，自動化技術(shù)的應(yīng)用是相當重要的。在應(yīng)用自動化技術(shù)下，大壩監(jiān)測人員可以實時掌握其運行狀態(tài)、安全狀況，有效保障供電水平。具體在監(jiān)測中，要監(jiān)測大壩的環(huán)境量、變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測等，對其進行科學的安全評估。

2、水電站大壩安全監(jiān)測自動化應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀分析

2.1 水電站大壩監(jiān)測現(xiàn)狀

在我國水電站大壩建設(shè)中，當前其安全監(jiān)測工作中，部分新建電站基本實現(xiàn)了全程安全監(jiān)測，一些工程卻只是針對某環(huán)節(jié)開展了自動化安全監(jiān)測。具體在水電站大壩安全監(jiān)測中其重點內(nèi)容主要是以下幾方面：（巨型電站實現(xiàn)了全程安全監(jiān)測有疑義，新建電站基本都實現(xiàn)了全程安全監(jiān)測。）

（1）環(huán)境量監(jiān)測。主要是水位、氣溫、降水量等監(jiān)測，與之相應(yīng)的是效應(yīng)量，只有準確掌握各環(huán)境量的變化情況，才能對相應(yīng)效應(yīng)量變化實現(xiàn)準確掌握，妥善開展安全管理工作。

（2）變形監(jiān)測。主要有水平變形和垂直變形兩種情況，通常監(jiān)測單位會在壩頂、壩后坡設(shè)置好傳感器來監(jiān)測垂直變形情況，監(jiān)測水平和沉降變形，則是在其內(nèi)部設(shè)置傳感器實現(xiàn)的。

（3）滲流監(jiān)測。該部分監(jiān)測的主要內(nèi)容是兩項參數(shù)，即滲透壓力和滲流量，通常在設(shè)置傳感器的過程中，是每隔一個壩段設(shè)置一個的，用來對相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集，然后中央控制系統(tǒng)對其進行分析，得到大壩的滲流情況；

（4）應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測。主要監(jiān)測內(nèi)容有鋼筋和鋼板應(yīng)力監(jiān)測、土壓應(yīng)力監(jiān)測和溫度監(jiān)測，常使用差動電阻式觀測儀器等，其監(jiān)測結(jié)果可為變形和滲流監(jiān)測提供依據(jù)，獲得早期預(yù)警信息。（應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測基本混凝土壩都在使用，這段內(nèi)容有疑義）

2.2 大壩監(jiān)測設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀

我國水電站大壩的安全監(jiān)測主要應(yīng)用的自動化設(shè)備有以下幾項：

（1）傳感器。我國已將智能傳感器應(yīng)用于水電站大壩安全監(jiān)測中，這種傳感器兼具了數(shù)據(jù)收集、信息技術(shù)處理，對獲得的數(shù)據(jù)可以由傳感器來分析。具體在監(jiān)測中，該傳感器可以監(jiān)測到較廣范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，包括水平位移、垂直位移、滲流量和揚壓力等。

（2）量測控制設(shè)備。也被稱之為MCU，該設(shè)備的應(yīng)用主要是負責水電站大壩安全監(jiān)測工作流程，因此可以對安全監(jiān)測中傳感器、通信設(shè)備和存儲設(shè)備等作業(yè)進行控制，緊密聯(lián)系起各個監(jiān)測環(huán)節(jié)，實現(xiàn)程序化作業(yè)。在MUC中會設(shè)置的裝置包括了數(shù)據(jù)存儲芯片、自動電源及蓄電設(shè)備、防雷裝置等。因此，在MUC中兼容的通信協(xié)議種類較多，其數(shù)據(jù)傳輸可以通過有線方式、無線方式進行，既可以自設(shè)人工比測模塊接口，也可選擇使用外界讀數(shù)設(shè)備。

（3）其它外界設(shè)備。包含打印機、采集計算機和UPS設(shè)備等，可以有效拓展安全監(jiān)測系統(tǒng)的作用，進而優(yōu)化其實際運行效能。

2.3 大壩監(jiān)測系統(tǒng)組成和構(gòu)建

在水電站大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)中，主要的構(gòu)成就是硬件設(shè)備、軟件系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)這三部分內(nèi)容。

（1）硬件設(shè)備。其中的中央處理器發(fā)揮著很大作用，需要處理大量數(shù)據(jù)并進行分析，因此需采用先進的計算機主機，服務(wù)器的運行速度較快，具備的功能有集成控制、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)管理等。

（2）軟件系統(tǒng)。當前在安全監(jiān)測系統(tǒng)中央處理器中，其主要使用的應(yīng)用軟件就是windows系列，這種軟件是一種系統(tǒng)平臺標準，可支持中央處理器良好運行。并應(yīng)用MCU自帶軟件作為安全監(jiān)測控制軟件，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)應(yīng)用的是EXCEL軟件，這兩種軟件之間具有良好兼容性，因此其應(yīng)用是比較廣泛的。

（3）通訊系統(tǒng)。在水電站大壩安全監(jiān)測中，其監(jiān)測系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸方面有著較高的穩(wěn)定性要求。當前大壩主要采油的通訊設(shè)備為光纖設(shè)備，傳輸方面則應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸方式，無線數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用為輔，并利用IP/TCP協(xié)議和較強穩(wěn)定性的局域網(wǎng)絡(luò)，從而保證實際工作中通訊質(zhì)量。

3、水電站大壩安全監(jiān)測及自動化發(fā)展方向

3.1 監(jiān)測范圍發(fā)展

在我國水電站大壩安全監(jiān)測中，其范圍問題就是局限性問題，也就是安全檢測中需要檢查的數(shù)據(jù)。在成本因素影響下，一些不重要的監(jiān)測數(shù)據(jù)會放棄，而僅僅對重要的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測。在此情況下，會不可避免將一些細節(jié)漏掉，使得水電站大壩安全隱患加大。在未來水電站建設(shè)中，要緊密結(jié)合監(jiān)測，在其建設(shè)中就要考慮全程監(jiān)測，因此會在其建設(shè)體系中將安全監(jiān)測納入。在其順利實現(xiàn)的情況下，水電站大壩安全監(jiān)測可以突破當前局部監(jiān)測不足，實現(xiàn)全程化監(jiān)測。且對一些重點位置，則可進行精細化監(jiān)測，使安全監(jiān)測工作實現(xiàn)重點化。以及實現(xiàn)動態(tài)化監(jiān)測，對數(shù)據(jù)監(jiān)測充分應(yīng)用，以此為科學依據(jù)優(yōu)化大壩建設(shè)。

3.2 監(jiān)測設(shè)備發(fā)展

在未來應(yīng)用和發(fā)展中，監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)施的變化，主要是實現(xiàn)標準化方式發(fā)展，其中需大量電氣自動化產(chǎn)品，統(tǒng)一其型號、性能和參數(shù)等。同時，監(jiān)測設(shè)備還將實現(xiàn)數(shù)字化發(fā)展，全面實現(xiàn)水電站大壩安全監(jiān)測集成監(jiān)控，需要配備相應(yīng)的數(shù)字化設(shè)備。未來也將向智能化方向發(fā)展，以在安全監(jiān)測中實現(xiàn)良好的智能判斷、智能控制。

3.3 監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展

監(jiān)測系統(tǒng)則向著集成化、智能化和精細化方向發(fā)展，集成化方面其中央處理系統(tǒng)，可以集成各項設(shè)備運作，橫向聯(lián)系監(jiān)測作業(yè)。數(shù)據(jù)通訊縱向監(jiān)測方面，則可集成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)存儲，實現(xiàn)全面的監(jiān)測管理。因此，其作業(yè)過程中幾乎不需人工干預(yù)。

結(jié)語：

水電站是我國重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在其與新技術(shù)結(jié)合的過程中，要根據(jù)當前其安全監(jiān)測中存在不足以及未來發(fā)展趨勢，不斷改善其安全監(jiān)測自動化技術(shù)，保障供電水平，滿足經(jīng)濟社會發(fā)展需要。