張燕霞

（黃河電力測(cè)試科技工程有限公司，青海西寧810016）

0 引言

龍羊峽水電站位于青海省共和縣與貴德縣之間的黃河干流上，是黃河上游段梯級(jí)開(kāi)發(fā)的龍頭電站。電站總裝機(jī)容量為128萬(wàn)kW，正常蓄水位為2600 m，相應(yīng)庫(kù)容為247億m3，為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)。電站以發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉、防凌等綜合利用，也是西北電網(wǎng)中的主要調(diào)頻、調(diào)峰電站。電站樞紐由混凝土重力拱壩、左右岸重力墩、左右岸副壩、泄水建筑物、水電站引水系統(tǒng)、壩后廠房、廠壩間副廠房、進(jìn)廠交通洞和下游泄洪消能防護(hù)區(qū)組成。由于龍羊峽電站重要的地理位置，它的安全監(jiān)測(cè)工作顯得尤為重要。隨著1999年底龍羊峽水電站大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的啟用，實(shí)現(xiàn)了從純?nèi)斯び^測(cè)向自動(dòng)化與人工相結(jié)合監(jiān)測(cè)方式的轉(zhuǎn)變。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行至今，取得了大量寶貴的監(jiān)測(cè)資料。

1 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

龍羊峽水電站大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)籌建于1998年，1999～2005年先后完成了正、倒垂線、左、右副壩引張線、靜力水準(zhǔn)、壩基揚(yáng)壓力、斷層等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備安裝、調(diào)試，并陸續(xù)投入運(yùn)行。所涉及的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有：垂線、揚(yáng)壓力、靜力水準(zhǔn)、內(nèi)觀、左、右副壩引張線、多點(diǎn)變位計(jì)、壩后裂縫、斷層，共包含691個(gè)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

1.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置

龍羊峽水電站大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由各類傳感器、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制單元及監(jiān)控計(jì)算機(jī)等組成。垂線、靜力水準(zhǔn)、多點(diǎn)變位計(jì)、壩后裂縫計(jì)、斷層位移計(jì)、右副壩引張線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均采用南瑞大壩公司生產(chǎn)的電容式儀器；左副壩引張線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目采用木聯(lián)能公司的CCD式儀器；壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)項(xiàng)目采用美國(guó)GENKON 4500型滲壓計(jì)。傳輸方式為傳感器用配套電纜連接至現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制單元，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制單元以RS-485網(wǎng)線連接至前方交換機(jī)，前方交換機(jī)通過(guò)光纜釋發(fā)器由專用光纜傳送至后方工控機(jī)，數(shù)據(jù)采集軟件分別采用南瑞公司和木聯(lián)能公司的采集軟件，系統(tǒng)管理軟件均采用南瑞公司DSIM3.0。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

1.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

1.2.1 垂線監(jiān)測(cè)

1999年底對(duì)位于拱冠、1/4拱圈、拱座及壩肩巖體等部位的水平位移垂線觀測(cè)項(xiàng)目實(shí)施自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。在壩基、壩體、壩肩內(nèi)共布置了15條倒垂線和7條正垂線，對(duì)布設(shè)的42個(gè)測(cè)點(diǎn)全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，分別布置于壩內(nèi)廊道2443 m、2463 m、2497 m、2530 m、2550 m、2560 m、右副2570 m、2585 m和右副2605 m高程。2007年4月針對(duì)龍羊峽主壩2、3、5號(hào)正垂線線體過(guò)長(zhǎng)和垂線孔過(guò)大、線體不穩(wěn)引起的測(cè)值不穩(wěn)和趨勢(shì)性較差狀況，進(jìn)行了線體分段改造和縮小垂線孔徑改造，分段點(diǎn)分別選在2560 m和2497 m高程，分段后線體長(zhǎng)度分別為40 m、63 m和34 m。改造后從人工與自動(dòng)化對(duì)比趨勢(shì)圖中可看出，測(cè)值穩(wěn)定、規(guī)律性較好，觀測(cè)精度提高。

圖1 自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Network structure of the automatic system

1.2.2 沉陷觀測(cè)

為監(jiān)測(cè)壩體沉陷，布置了大壩廊道靜力水準(zhǔn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。分別在2443 m高程廊道內(nèi)共布設(shè)了25個(gè)靜力水準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)，1套鋼鋁雙金屬標(biāo)；在2463 m高程廊道內(nèi)布設(shè)了30個(gè)靜力水準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)，2套鋼鋁雙金屬標(biāo)；在2530 m高程廊道內(nèi)布設(shè)了22個(gè)靜力水準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)，2002年對(duì)77個(gè)靜力水準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)和3套鋼鋁雙金屬標(biāo)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

1.2.3 引張線監(jiān)測(cè)

左副壩引張線布設(shè)在左副壩4～19號(hào)壩段壩頂?shù)南掠蝹?cè)，共設(shè)有16個(gè)測(cè)點(diǎn)；右副壩引張線布設(shè)在右副壩2605 m高程廊道內(nèi)，共設(shè)有14個(gè)測(cè)點(diǎn)。左、右副壩引張線均為浮托式單向引張線，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)于2002年實(shí)現(xiàn)。

1.2.4 多點(diǎn)變位計(jì)監(jiān)測(cè)

多點(diǎn)變位計(jì)共布設(shè)有5組，20個(gè)測(cè)點(diǎn)；2463 m高程廊道1組，2497 m高程廊道1組，2530 m高程廊道3組，于2002年實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

1.2.5 壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)

壩基共布設(shè)揚(yáng)壓力觀測(cè)孔438個(gè)，分別布置在2443 m、2463 m、2497 m、2530 m高程廊道內(nèi)，其中228個(gè)揚(yáng)壓力測(cè)壓孔于2002年安裝了美國(guó)Gen?Kon 4500型滲壓計(jì)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

1.2.6 內(nèi)部?jī)x器監(jiān)測(cè)

大壩各層基礎(chǔ)廊道共埋設(shè)各種內(nèi)部觀測(cè)儀器808支，其中有一部分儀器是D類儀器，屬測(cè)值不穩(wěn)定類。共有292支內(nèi)部觀測(cè)儀器接入自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要集中在2463 m、2497 m、2530 m高程的5號(hào)、9號(hào)、13號(hào)壩段，于2002年實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

1.2.7 壩后裂縫監(jiān)測(cè)

在壩后下游墻2560 m、2530 m高程共布設(shè)5個(gè)裂縫監(jiān)測(cè)點(diǎn)，于2004年實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

1.2.8 斷層儀監(jiān)測(cè)

在地質(zhì)斷層F73部位、F72部位、F74部位共布設(shè)6個(gè)斷層監(jiān)測(cè)點(diǎn)，于2005年全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

2 運(yùn)行現(xiàn)狀

龍羊峽水電站大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自1999年底相繼投運(yùn)以來(lái)，取得了大量寶貴的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)了解龍羊峽大壩的工作性態(tài)、保證大壩的安全運(yùn)行起到了很好的作用。至今，龍羊峽大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中最早投入運(yùn)行的自動(dòng)化設(shè)備已有11年，最晚投運(yùn)的也有6年之久。在近期自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行情況調(diào)查分析中發(fā)現(xiàn)：觀測(cè)設(shè)施已部分陳舊、老化；早期的設(shè)備元件存在結(jié)構(gòu)上的缺陷；系統(tǒng)運(yùn)行逐漸出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象；在環(huán)境和其它因素影響下，某些傳感器自動(dòng)化觀測(cè)的準(zhǔn)確度下降等。目前自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題如下。

2.1 網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)問(wèn)題

系統(tǒng)沒(méi)有接地，運(yùn)行穩(wěn)定性差；部分總線與電站高壓電纜平行布置，沒(méi)有采取屏蔽措施，干擾性較大，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；系統(tǒng)硬件設(shè)施陳舊、老化、配置較低，如前方工控機(jī)為P-486機(jī)型，沒(méi)有光驅(qū)及USB接口，已無(wú)法滿足工作要求，后方服務(wù)器運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，現(xiàn)運(yùn)行緩慢，歷年數(shù)據(jù)不斷增多導(dǎo)致硬盤(pán)剩余存儲(chǔ)空間不足。系統(tǒng)管理軟件（DSIMS 3.0版本）陳舊，部分功能不能滿足目前監(jiān)測(cè)需求。

2.2 環(huán)境問(wèn)題

垂線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)因環(huán)境濕度大，部分儀器測(cè)值出現(xiàn)突跳，尤其以每年7～9月最為明顯；現(xiàn)場(chǎng)電纜絕緣降低。建議7～9月對(duì)濕度大、易出現(xiàn)結(jié)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(duì)儀器的影響。

部分靜力水準(zhǔn)測(cè)值有突跳現(xiàn)象，尤以每年7～9月為明顯。廊道通風(fēng)形成的氣流影響測(cè)值的準(zhǔn)確性，如2463 m高程11甲廊道門(mén)在儀器測(cè)量期間若沒(méi)及時(shí)關(guān)閉，同一條測(cè)線上的靜力水準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)測(cè)值就會(huì)明顯反映出受廊道通風(fēng)形成的氣流影響，這一點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)試驗(yàn)中已得到證實(shí)。

個(gè)別揚(yáng)壓力孔在環(huán)境和其它因素的影響下，儀器老化、測(cè)值準(zhǔn)確度下降、電纜絕緣降低。

鑒于龍羊峽水電站大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的上述問(wèn)題已影響到系統(tǒng)作用的發(fā)揮，根據(jù)運(yùn)行情況、監(jiān)測(cè)對(duì)象物理量指標(biāo)人工與自動(dòng)化資料比對(duì)分析、工程實(shí)際需要，已初步確定于2010年11月～2011年6月對(duì)已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的垂線、揚(yáng)壓力、靜力水準(zhǔn)、內(nèi)觀、多點(diǎn)變位計(jì)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等6個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行改造。根據(jù)多年來(lái)自動(dòng)化儀器設(shè)備在龍羊峽水電站現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況和維護(hù)管理經(jīng)驗(yàn)，在面臨的改造中，選擇監(jiān)測(cè)儀器方面應(yīng)本著“技術(shù)成熟、性能可靠、操作簡(jiǎn)便”的原則，選擇具有先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，能反映現(xiàn)代大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)和水平的監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備，這一點(diǎn)對(duì)壩內(nèi)廊道環(huán)境較為復(fù)雜的龍羊峽水電站是非常重要的。

3 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管理維護(hù)

龍羊峽水電站大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于2007年納入黃河水電公司大壩安全信息管理分系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多壩統(tǒng)一管理模式，并向電監(jiān)會(huì)大壩中心實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)直報(bào)信息。龍羊峽水電站現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站負(fù)責(zé)大壩安全信息采集、錄入、存儲(chǔ)管理，并向黃河水電公司大壩安全信息管理中心上傳監(jiān)測(cè)資料，再由信息管理中心將相關(guān)重要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳到電監(jiān)會(huì)大壩中心。為保證龍羊峽水電站大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行和監(jiān)測(cè)資料及時(shí)上傳相關(guān)部門(mén)，加強(qiáng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的維護(hù)工作非常重要。

3.1 網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)供電穩(wěn)定性維護(hù)

目前，系統(tǒng)供電電源為前方壩頂機(jī)房辦公用電，與前方壩頂計(jì)算機(jī)、交換機(jī)等共用，負(fù)荷較大。為避免出現(xiàn)故障造成系統(tǒng)全部停電、數(shù)據(jù)丟失，將重新布設(shè)現(xiàn)場(chǎng)供電系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集單元單獨(dú)提供一條穩(wěn)定的220 V電源，確保電路上無(wú)其它設(shè)備影響，系統(tǒng)接地接入電站統(tǒng)一接地網(wǎng)；更換485傳輸總線以提高自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸安全性，為自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常運(yùn)行提供可靠保障。

3.2 系統(tǒng)采集軟、硬件維護(hù)

對(duì)現(xiàn)有的DSIM3.0系統(tǒng)管理軟件進(jìn)行升級(jí)，并將南瑞采集系統(tǒng)和木聯(lián)能采集系統(tǒng)進(jìn)行整合，提高工作效率；對(duì)老化、設(shè)備陳舊的前方工控機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)便攜式采集機(jī)及后方服務(wù)器進(jìn)行更換，提升自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的采集效率，提高自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的安全性。

3.3 儀器設(shè)備巡查和維護(hù)

系統(tǒng)管理維護(hù)人員每月對(duì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的儀器設(shè)備進(jìn)行1～2次現(xiàn)場(chǎng)巡視和檢查。檢查儀器設(shè)備周邊環(huán)境是否存在異常、檢查儀器設(shè)備是否完好無(wú)損，及時(shí)做好清潔、防潮工作（如在夏季，要保持儀器干燥不結(jié)露），以保證現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化儀器設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而取得相關(guān)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，全面掌握監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。同時(shí)，每年進(jìn)行一次專業(yè)維護(hù)，使自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)揮最大的作用。

3.4 及時(shí)分析數(shù)據(jù)

大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有測(cè)量及時(shí)、便于分析、可靠性高、可備份等特點(diǎn)。對(duì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)要進(jìn)行及時(shí)查看和簡(jiǎn)要初步分析。目前，龍羊峽水電站大壩實(shí)現(xiàn)人工、自動(dòng)化對(duì)比觀測(cè)的項(xiàng)目有：垂線觀測(cè)、揚(yáng)壓力觀測(cè)、引張線觀測(cè)、內(nèi)觀觀測(cè)。系統(tǒng)管理維護(hù)人員每月應(yīng)對(duì)以上4項(xiàng)觀測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行1～2次人工、自動(dòng)化觀測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，及時(shí)排除異常。在不能確定異常數(shù)據(jù)是由何種原因引發(fā)的情況下，要及時(shí)向信息管理中心、公司安生部等相關(guān)部門(mén)上報(bào)，同時(shí)就現(xiàn)場(chǎng)故障狀況與廠家專業(yè)技術(shù)人員取得溝通，以便在最短的時(shí)間內(nèi)獲取最專業(yè)、最正確的解決方案來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工作、排除故障，以保證自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。

3.5 建立臺(tái)賬

建立健全自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)臺(tái)賬，對(duì)現(xiàn)有的自動(dòng)化儀器設(shè)備進(jìn)行原始信息、基礎(chǔ)資料、重要附件的登記和填寫(xiě)，并建立自動(dòng)化儀器設(shè)備管理責(zé)任制和使用維護(hù)規(guī)程，制定設(shè)備維修計(jì)劃及備品備件計(jì)劃；同時(shí)建立維護(hù)臺(tái)賬，對(duì)定期進(jìn)行的巡視檢查、維護(hù)保養(yǎng)、設(shè)備缺陷或故障發(fā)生及故障的排除方法等做好相關(guān)的詳細(xì)記錄，必要時(shí)應(yīng)附有略圖、素描、照片或錄像帶，以便及時(shí)掌握自動(dòng)化儀器設(shè)備的運(yùn)行工況。

3.6 做好人員培訓(xùn)

在班組內(nèi)部認(rèn)真組織和做好監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行人員的培訓(xùn)工作，做到培訓(xùn)工作有制度、有計(jì)劃、有目標(biāo)、有措施、有效果。積極采取有效的、多渠道、多形式的技術(shù)培訓(xùn)，如自動(dòng)化設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)模擬安裝、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備故障排除、后方軟件操作、監(jiān)測(cè)資料的對(duì)比分析等等。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)模擬設(shè)備安裝演練、技術(shù)比武等方法，不斷提高班組自動(dòng)化管理維護(hù)人員的技術(shù)業(yè)務(wù)素質(zhì)，把自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作向科學(xué)化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管理目標(biāo)推進(jìn)。

4 結(jié)語(yǔ)

龍羊峽水電站大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，取得了大量寶貴的資料。在其運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行管理維護(hù)是必不可少的環(huán)節(jié)，這需要對(duì)大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)工作有正確的認(rèn)識(shí)和相應(yīng)的維護(hù)手段，只有在更加完善的管理體系下且自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)管理維護(hù)人員的自身專業(yè)水平不斷提高，才能及時(shí)、有效、準(zhǔn)確地獲取第一手的監(jiān)測(cè)資料，使系統(tǒng)更好地為龍羊峽大壩安全服務(wù)。■

[1]SDJ 336-89,混凝土大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].水利電力出版社,1989.

[2]DL/T5211-2005,大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范[S].中國(guó)電力出版社,2005.

[3]龍羊峽大壩自動(dòng)化觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行情況[R].黃河電力測(cè)試科技工程有限公司,2009.