廣東省飛來(lái)峽水利樞紐管理處 廣東清遠(yuǎn) 511825

摘要：本文介紹飛來(lái)峽大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)溢流壩引張線運(yùn)行現(xiàn)狀、存在問(wèn)題，提出改造目的和技術(shù)措施，詳細(xì)介紹改造內(nèi)容，為以后類似引張線的改造提供參考。

關(guān)鍵詞：安全監(jiān)測(cè)；引張線；改造。

1.概述

大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)大壩狀態(tài)、保障大壩正常運(yùn)行的重要手段之一。飛來(lái)峽大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于1998年底安裝并投入運(yùn)行，至今已運(yùn)行15年多，其中溢流壩段布設(shè)1條引張線測(cè)線，共4個(gè)測(cè)控裝置、測(cè)點(diǎn)16個(gè)測(cè)點(diǎn)。由于引張線安置在露天環(huán)境、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、測(cè)控設(shè)備和傳感器均出現(xiàn)不同程度的老化、絕緣度降低、接觸不良、部件老化情況。而新一代測(cè)控設(shè)備、傳感器、軟件的出現(xiàn)，舊設(shè)備面臨淘汰，缺乏廠家備件和維護(hù)保養(yǎng)工作的支持，該類監(jiān)測(cè)設(shè)備將出現(xiàn)無(wú)法正常運(yùn)行的局面，鑒于上述原因，需對(duì)溢流壩段引張線監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造。

2.溢流壩段引張線監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀

溢流壩段引張線監(jiān)測(cè)設(shè)備主要包括測(cè)控模塊、傳感器、電源和通訊線路等，經(jīng)常出現(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備故障和測(cè)值異常，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電源和通訊線路短路，當(dāng)前監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行情況如下：

2.1測(cè)控模塊存在的問(wèn)題

溢流壩段布設(shè)有4塊NAD1330電容式測(cè)控模塊，于1999年投入運(yùn)行至今已有15年多，模塊內(nèi)部模板和芯片都有老化的跡象，多次出現(xiàn)通訊成功但無(wú)測(cè)值的情況。大部分模塊都出現(xiàn)故障返廠維修，維修次數(shù)增加，導(dǎo)致其內(nèi)部芯片運(yùn)行不穩(wěn)定測(cè)值出現(xiàn)異常。大部分模塊內(nèi)部電子元器件老化，尤其是遭受過(guò)雷擊的測(cè)控模塊，模塊內(nèi)部電路板出現(xiàn)芯片焊接點(diǎn)氧化脫落現(xiàn)象，模塊外部接線口接觸不良；隨著時(shí)間的推移，測(cè)控模塊故障率會(huì)繼續(xù)增加。

2.2引張線存在問(wèn)題

溢流壩引張線設(shè)于壩頂，共16個(gè)測(cè)點(diǎn)（EX4-1-EX4-16），用于監(jiān)測(cè)溢流壩水平位移。引張線使用的是RY-20電容式傳感器。長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中，主要出現(xiàn)以下幾種情況，影響引張線正常穩(wěn)定運(yùn)行。

一是引張線傳感器連接鋼絲的銅線老化容易氧化而斷損，近2年已發(fā)生6起銅線斷損故障；

二是傳感器固定極板的黏膠老化脫落，引起測(cè)值異常，傳感器連接極板和銅絲線路表層老化絕緣度降低，導(dǎo)致測(cè)值異常和無(wú)測(cè)值現(xiàn)象；

三是引張線鋼絲掛重錘處保護(hù)設(shè)計(jì)不合理，掛錘處位于電纜溝內(nèi)常年潮濕，特別是掛錘處伴有積水。嚴(yán)重影響到鋼絲的使用壽命；

四是引張線保護(hù)管安裝在電纜溝內(nèi)，且支架為角鐵材料，常年在潮濕環(huán)境下銹蝕嚴(yán)重。

2.3維護(hù)和備品備件保障困難

我們每年汛前進(jìn)行大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)年度檢修，進(jìn)行常規(guī)保養(yǎng)和一般維護(hù)，并配置了一批備品備件。但監(jiān)測(cè)設(shè)備老化出現(xiàn)的故障，涉及到監(jiān)測(cè)設(shè)備電子元器件、傳感器內(nèi)部故障處理、極板更換等情況則需要將監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)往廠家處理。我們使用的15年前的大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)備，隨著監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展，已經(jīng)面臨淘汰，原廠家已經(jīng)不生產(chǎn)相應(yīng)的設(shè)備，故障設(shè)備也很難買(mǎi)到備件，廠家建議舊設(shè)備進(jìn)行改造。

在沒(méi)有新的備品備件供應(yīng)的情況下，只能通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備改造消除上述監(jiān)測(cè)設(shè)備存在的問(wèn)題，達(dá)到治標(biāo)又治本的效果。

3. 改造目標(biāo)及措施

飛來(lái)峽大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在建設(shè)時(shí)，集成了當(dāng)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)較為先進(jìn)的三家廠家。將三家的監(jiān)測(cè)儀器、測(cè)控設(shè)備、采集軟件、數(shù)據(jù)處理軟件組合而成，但監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在長(zhǎng)期的運(yùn)行后，逐漸暴露出系統(tǒng)兼容性、防雷效果差、測(cè)控設(shè)備故障率高等缺點(diǎn)。

對(duì)需改造的設(shè)備進(jìn)行研究和探討，結(jié)合當(dāng)前監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各類設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況和監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)比、分析和經(jīng)濟(jì)性考慮后，確定相關(guān)改造的系統(tǒng)設(shè)備。這次改造的擬采用高度集成、穩(wěn)定性強(qiáng)、抗雷擊性能好、便于保障維護(hù)、技術(shù)成熟、可靠性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性合理的硬件和軟件來(lái)替代目前存在問(wèn)題的設(shè)備，關(guān)鍵在于適合飛來(lái)峽樞紐當(dāng)?shù)丨h(huán)境的監(jiān)測(cè)設(shè)備，以提高系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定性。確保通過(guò)改造至少正常運(yùn)行10年以上。

3.1提高系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性

MCU-1M型測(cè)控裝置是分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)裝置，它由密封機(jī)箱、智能數(shù)據(jù)采集模塊、電源模塊、人工比測(cè)模塊和防雷模塊等組成，具有上鎖功能，內(nèi)有溫控加熱除濕裝置，用于系統(tǒng)中各種類型監(jiān)測(cè)儀器（傳感器）的數(shù)據(jù)測(cè)量、存儲(chǔ)和傳輸。其主要特點(diǎn)如下：

（1）防雷性能提高。針對(duì)模塊設(shè)備受雷擊的特點(diǎn)，專門(mén)重新設(shè)計(jì)了防雷電路，設(shè)置了防雷功能模塊，選用抗雷擊性能高的專用電子元器件，采取抗雷擊的運(yùn)行模式，使設(shè)備的防雷效果得到提高。

（2）功能強(qiáng)大。每個(gè)智能數(shù)據(jù)采集模塊均自帶CPU，形成一個(gè)MCU多CPU的并行運(yùn)行模式，能對(duì)接入的各類儀器實(shí)現(xiàn)三種運(yùn)行方式的測(cè)量。提供強(qiáng)大軟件功能支持，各種功能可提供由用戶按需設(shè)置。

（3）可靠性高。所有測(cè)控裝置內(nèi)置備用的蓄電池電源，在系統(tǒng)供電完全中斷的情況下仍能正常自動(dòng)工作一周。當(dāng)監(jiān)控主機(jī)或通訊總線發(fā)生故障時(shí)可用便攜式計(jì)算機(jī)直接控制測(cè)控裝置進(jìn)行巡測(cè)、選測(cè)或讀取數(shù)據(jù)。具有測(cè)量控制、電源管理、掉電保護(hù)、定時(shí)自動(dòng)測(cè)量、防雷抗干擾、人工比測(cè)接口、自檢、自診斷等功能。

（4）兼容性好。MCU-1M型測(cè)控裝置可接入各類監(jiān)測(cè)儀器（傳感 器），即步進(jìn)式、差阻式、振弦式、電感式、電容式、差動(dòng)變壓器式、可變電阻式、浮子式以及輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（電壓、電流、頻率）的傳感器，基本上兼容了我國(guó)混凝土壩、土石壩和巖土工程所用的各類國(guó)內(nèi)外監(jiān)測(cè)儀器。

（5）維護(hù)方便。MCU-1M型測(cè)控裝置采用RS—485數(shù)據(jù)總線或其他通訊方式將各測(cè)控裝置連成總線拓?fù)?，便于擴(kuò)展和分期實(shí)施，具有自檢自校功能，同時(shí)顯示故障信息，便于維護(hù)和修復(fù)。運(yùn)行人員只要針對(duì)故障信息更換備用模塊或零配件即可恢復(fù)運(yùn)行。

3.2 具體改造內(nèi)容

針對(duì)多年系統(tǒng)故障特征和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，參考先期改造監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行情況，從以下四個(gè)系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行改造完善：

（1）對(duì)溢流壩段南瑞系統(tǒng)電源系統(tǒng)進(jìn)行改造；

（2）對(duì)溢流壩段南瑞系統(tǒng)通訊系統(tǒng)進(jìn)行改造；

（3）對(duì)溢流壩段南瑞系統(tǒng)測(cè)控裝置進(jìn)行改造；

（4）對(duì)溢流壩段南瑞系統(tǒng)傳感器進(jìn)行改造。

4.設(shè)備改造

4.1電源系統(tǒng)改造

大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)主要采用220V50Hz交流電給監(jiān)控計(jì)算機(jī)和測(cè)控裝置供電。原監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電源線路是采用普通電源線路進(jìn)行供電。電源系統(tǒng)改造步驟如下：斷開(kāi)并取消原供電線路（測(cè)控模塊現(xiàn)場(chǎng)和大壩安全監(jiān)測(cè)室配電箱）；改造后的MCU電源能滿足新增監(jiān)測(cè)設(shè)備的供電要求，采用水文所MCU測(cè)箱引出電源采用RVVP-22型鎧裝電纜接入原DAU測(cè)箱供電，能節(jié)省布線費(fèi)用；

采用RVVP-22型鎧裝電纜作為MCU測(cè)箱和原DAU測(cè)箱間的電源電纜，替代原來(lái)的普通電源電纜。鎧裝電源電纜具有很好的屏蔽作用，能降低感應(yīng)雷電壓的強(qiáng)度。

4.2通訊系統(tǒng)改造

原南瑞監(jiān)測(cè)設(shè)備采用普通信號(hào)電纜進(jìn)行信號(hào)傳輸，線路老化嚴(yán)重，2009年出現(xiàn)過(guò)信號(hào)電纜短路情況。通訊線路改造步驟如下：斷開(kāi)原通訊線路（測(cè)控模塊和大壩安全監(jiān)測(cè)室），從附近MCU改造過(guò)的測(cè)箱引出光纖進(jìn)行通訊，在每個(gè)改造的DAU測(cè)控模塊安裝光端機(jī)，通過(guò)改造的MCU測(cè)箱光纖傳輸?shù)酱髩伟踩O(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

4.3 測(cè)控模塊更換

將原DAU測(cè)箱內(nèi)的NAD1330測(cè)控模塊更換，按所在部位監(jiān)測(cè)使用的傳感器確定新模塊的監(jiān)測(cè)類型更換模塊，待每個(gè)改造測(cè)箱電源系統(tǒng)安裝好，傳感器連接線相連接后實(shí)施，引張線原測(cè)量模塊改造更換為4塊標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)采集模塊。

4.4傳感器改造

按照監(jiān)控類型確定所使用的傳感器類型，本次改造主要針對(duì)引張線電容式傳感器更換為新型RY-40型電容式單向引張線儀并配合安裝在儀器測(cè)點(diǎn)箱內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)換器將信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接入，共計(jì)16臺(tái)，并對(duì)引張線的線體進(jìn)行更換。

4.4.1儀器觀測(cè)原理

RY-40型電容式單向引張線儀用于測(cè)量單向水平位移。該儀器基本原理是采用電容感應(yīng)式原理。測(cè)量單元采用比率測(cè)量技術(shù)，測(cè)出測(cè)點(diǎn)相對(duì)于引張線的變化，引張線的原理示意圖如圖2-11所示。

在引張線的不銹鋼絲上安裝遙測(cè)RY-40型電容式引張線儀的中間極，