自動化系統在長洲大壩監測中的應用

摘 要：本文主要介紹了長洲水利樞紐大壩安全自動化監測系統的應用及運行情況，并對運行過程存在問題進行了總結，提出了大壩安全監測自動化系統運行的建議。

關鍵詞：長洲水利樞紐;安全監測;自動化系統;應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.055

1 引言

為保證水工建筑物的安全運行，長洲水利樞紐建立了大壩安全監測自動化系統。監測系統實現自動化提高了觀測精度和工作效率，降低了勞動強度。但要重視自動化系統運行過程中的穩定性，對系統的運行情況不斷總結，對存在的問題及時解決，勤于維護保證系統處于良好的工作狀態，以便更好地為大壩安全服務。

2 工程概況

長洲水利樞紐位于西江水系干流潯江下游河段廣西捂州市上游12km處，樞紐橫跨三江、兩島，是一座以發電為主，兼有航運、灌溉等綜合利用效益的大型水利樞紐。工程的主要建筑物包括：船閘、泄水閘、重力壩、左右岸接頭壩、土石壩、河床式廠房、開關站及魚道等。為了掌握水工建筑物在施工及運行期的工作性態，樞紐布置了完整的安全監測系統。

3 大壩監測系統簡介

長洲水利樞紐作為大（1）型水利樞紐，以技術手段對工程實際運行性態的監測顯得特別重要。為此，設計單位為該工程布置了一套龐大的監測系統。本工程監測項目多、傳感器類型多、測點數量多，自動化監測系統的應用給監測資料的完整性和連續性提供了較好的保障。

4 自動化監測系統介紹

長洲水利樞紐安全監測項目納入自動化監測系統主要項目有滲流監測、接縫監測、應力應變及溫度、環境量監測等，共955支儀器。內、中、外江和船閘觀測廊道內6條激光準直系統，98個測點。大壩自動化監測系統由硬件和軟件組成，目前系統運行正常。

5 自動化監測系統的應用

（1）激光準直系統的應用。內江、中江、外江和船閘內各安裝了一套自動化激光真空系統，此系統主要是根據光學原理來對大壩的各個監測部位的上下游方向、左右岸方向、沉降方向和傾斜角度的變形進行自動化測量。

激光測量系統中設備供電由專用的配電箱提供，數據傳輸是通過RS485總線形式進行傳輸，傳感器測量出的圖像信號通過同軸電纜進行信號傳輸，所有信號最終匯總到各個廊道口的光端機處，通過光纖將信號發送至中控室主控機。

（2）自動化監測系統的構成及配置。1）系統的構成。長洲自動化監測系統采用分層分布式的網絡結構，包括測站層的現場網絡和監測工作站層的計算機網絡。測站層由各測點傳感器和數據采集單元等組成;監測工作站層由監測服務器、網絡交換機、工控機、光端機、臺式電腦、UPS電源設備等組成。測站層內通過兩芯雙絞屏蔽線連接，測站層與工控機之間通過光纖電纜連接，以RS-485接口方式進行通訊，同時監測服務器、工控機和臺式電腦通過網絡交換機組成局域網。2）系統配置。計算機和所有MCU測控單元之間的通訊采用RS-485方式，在軟硬件和人工的干預下完成日常觀測數據的采集、系統自檢及硬件故障報警等工作。

長洲水利樞紐于2012年6月完成大壩安全監測信息管理系統建設并正式投入運行，該軟件能對監測數據進行管理，可靈活進行數據插入、刪除、修改、查詢和導出等操作;在原始測值改變的同時，能自動檢驗數據的有效性，并自動計算相關效應量;查詢結果可快速導出到Excel文件以及文本文件;可以制作各類大壩安全監測常用曲線圖形，如效應量的過程線、相關線、分布圖等。系統具有較強的人機交互性能，通過互聯網定期直接向國家能源局大壩中心報送大壩安全信息。

（3）監測自動化系統運行過程中存在的問題。1）在外江船閘排水廊道的監測設備因運行環境濕度大，使部分設備電子原件失靈，給設備正常運行造成不同程度的影響，特別在春夏交替季節尤甚。2）長洲水利樞紐所處地理位置為夏季雷雨、雷電高發區域，又因埋入壩體內部的傳感器絕緣性能降低，在自動化系統運行過程中，有個別觀測站MCU數據采集模塊因感應雷產生時會沿信號線進入，導致電路板損壞的現象發生。3）激光變形監測系統在運行過程中存在某些測點出現一定的跳變現象，規律性較差，主要原因為真空管道接頭密封性較差，真空度未達到要求，目前進行了初步處理，數據穩定性有所改善，后期運行過程中還應注意其穩定性的變化。

6 對自動化監測系統運行的思考

（1）建議對濕度大、易出現結露狀況部位的儀器加大巡檢力度和采取有效的防潮措施，力求減小對儀器的影響。 （2）對部分設備在夏季雷雨高發期易出現的雷擊的問題，有必要在系統中增加專用防雷、避雷設備，以便更好的保護監測設備，提高系統的安全性和可靠性。（3）激光準直自動化系統作為新興的監測手段，激光系統設備在監測中發揮了其時效性強，監測變量多的優點。但是應重視其系統的穩定性，勤于保養維護，保證其處于良好的工作狀態。（4）實現自動化監測的目的，就是提高觀測精度，提高工作效率，降低勞動強度，逐步取代人工觀測。通過人工與自動化監測對比，檢查系統運行是否穩定，測值是否準確，將來可逐漸減少人工觀測測次。（5）自動化監測系統工程是一項技術含量較高的技術工作，要不斷提高運行管理人員的技術能力和素質，以確保監測系統的正常運轉。（6）對系統設備運行使用的環境應進行改善和更新，提高其運行穩定性，降低故障率，確保監測數據的連續性和精確度。

7 結束語

運行過程中，自動化監測系統管理維護是必不可少的環節，這需要對大壩安全自動化監測工作有正確的認識和相應的維護手段。只有自動化監測系統管理維護人員的自身專業水平不斷提高，才能及時、有效、準確地獲取第一手的監測資料，發揮安全監測系統的耳目作用，使系統更好地為長洲大壩安全服務。

參考文獻：

[1] 吳中如.水工建筑物安全監控理論及其應用[M].北京：高等教育出版社，2003.

作者簡介：曹建偉（1985-），男，學士，工程師，主要從事水電及光伏工程建設管理、大壩監測及水工維護管理工作。