楊秋菊
(營口市水利勘測建筑設(shè)計院,遼寧 營口 115000)
虎莊河防潮節(jié)制閘工程改建及監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計探討
楊秋菊
(營口市水利勘測建筑設(shè)計院,遼寧 營口 115000)
文章闡述了虎莊河防潮節(jié)制閘工程的現(xiàn)狀和改建的必要性,確定重建后虎莊河防潮節(jié)制閘的工程規(guī)模,對金屬結(jié)構(gòu)及電路系統(tǒng)進行合理布設(shè)及更換,并增設(shè)了計算機監(jiān)控系統(tǒng),改建后的水閘將以防洪為主,兼顧排澇等任務(wù)。
防潮節(jié)制閘;現(xiàn)狀;防洪;監(jiān)控系統(tǒng)
工程始建于1964年11月,水閘主體結(jié)構(gòu)按3級建筑物設(shè)計,閘型選用涵洞式結(jié)構(gòu),共10孔,閘孔尺寸2.5m×2.5m,運行至今已50多年,上游10扇工作閘門在2008年已經(jīng)更換,基本可以運行。下游10扇木拍門門葉因年久腐朽老化,轉(zhuǎn)動軸嚴(yán)重銹蝕,不能正常啟閉,嚴(yán)重阻水,影響泄洪。拍門隔墩混凝土破損嚴(yán)重,粗骨料外露,鋼筋外露并銹蝕;管理房年久失修,破損嚴(yán)重,面積小。閘室無啟閉機房,使啟閉設(shè)備長期暴露在風(fēng)雨中,加速了設(shè)備的老化。
虎莊河防潮閘的啟閉設(shè)備為手電兩用螺桿式啟閉機,個別啟閉機已斷裂,不能使用,對泄洪帶來隱患。配電設(shè)施及配電線路陳舊老化,電纜溝內(nèi)集水且局部已塌陷,不符合用電安全要求。
該閘地處虎莊河下游感潮河段,由于地勢低洼,又是入大遼河必經(jīng)之路,汛期經(jīng)常受洪水的侵襲,因此,歷史上經(jīng)常發(fā)生洪澇災(zāi)害。據(jù)建閘后有關(guān)統(tǒng)計資料記載的就有4次較大的洪澇災(zāi)害。1971年8月8日海城下坎子大遼河堤防決口,大石橋市高坎和老邊區(qū)東北部受淹。1985年受九號臺風(fēng)襲擊,7月20日至8月18日,連續(xù)發(fā)生4次大暴雨,共降雨812.6mm,水田受災(zāi)面積0.6萬hm2,減產(chǎn)2250萬kg。1995年遭受了歷史罕見的大暴雨洪水襲擊,從7月14日至30日連續(xù)5次暴雨,由于外河潮位較高,致使大石橋市高坎和老邊區(qū)大部分農(nóng)田及城鄉(xiāng)排水困難,受淹面積0.47萬hm2,糧食減產(chǎn)160萬kg,造成了比較大的經(jīng)濟損失。1975年營口、海城發(fā)生7.8級強烈地震,底部基礎(chǔ)局部遭到破壞,破壞面積210m2,占總面積60%,海漫砌石翻砂破壞嚴(yán)重。
通過幾次洪澇災(zāi)害和強烈地震,加之多年運行,該閘已產(chǎn)生了不同程度的損壞。經(jīng)水閘安全鑒定,該閘安全類別評定為四類閘,需要對其進行拆除重建。
虎莊河防潮節(jié)制閘在原址拆除重建,重建后的水閘將以防潮為主,兼顧排澇、灌溉與防洪等任務(wù)。
3.1 防洪
水閘建成后能夠防止潮水倒灌對洪水的擁堵,并通過泄洪區(qū)的治理和河道整治,消減了汛期山區(qū)洪峰,從而達到及時宣泄山區(qū)洪水,減輕了虎莊河兩岸防洪負(fù)擔(dān)和災(zāi)害;另外由于建閘后能夠有效地防止海水的倒灌,增加了內(nèi)水排除的機會,使原來鹽漬地逐漸脫鹽,防止了次生鹽漬化。
3.2 排澇
由于防止潮水的倒灌,增加內(nèi)水外排機會,保證節(jié)制閘控制范圍的雨水及時排出,減免內(nèi)澇災(zāi)害。
3.3 灌溉
水閘建成后,可以抬高內(nèi)河灌溉水位,供花英臺站提水。
4.1 金屬結(jié)構(gòu)
原閘門為木制閘門,因運行多年,閘門腐朽老化,多處漏水。原閘門啟閉機能夠滿足要求,但根據(jù)本次拆除重建后的要求,需要更換閘門及啟閉機。更換9扇平面鑄鐵雙向止水閘門、9臺手電兩用雙吊點螺桿式啟閉機、9扇節(jié)能型自力式閘門。
4.2 電路系統(tǒng)
虎莊河閘供電按二級負(fù)荷設(shè)計。采用一回路專用直配電線路供電。電器設(shè)備與布置為變電所設(shè)高壓配電室、變壓器室、低壓配電室、柴油發(fā)電機和值班室,高壓配電室安裝三面高壓開關(guān)柜,分別為進線柜、高壓互感器柜、出線柜。
低壓配電設(shè)備布置在變電所內(nèi),安裝6塊GCK型低壓配電柜,分別用于受電和饋電。配電電壓為380/220V,低壓配電線路均采用VV-1聚氯乙烯絕緣電力電纜,沿電纜溝或穿管暗埋敷設(shè)。
計算機監(jiān)控綜合自動化系統(tǒng)主要包括以下方面:①水閘計算機監(jiān)控系統(tǒng);②泵組LCU功能;③視頻監(jiān)視系統(tǒng)。
5.1 水閘計算機監(jiān)控系統(tǒng)
采用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遙測遙控技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)采集及各種傳感器測量技術(shù),建立水閘計算機監(jiān)控系統(tǒng),以各現(xiàn)地底層測量控制單元為核心,中級各座水閘控制管理中心為主導(dǎo),把區(qū)域內(nèi)水閘信息管理連成一個整體,進行統(tǒng)一的安全運行監(jiān)視、自動調(diào)控及運行調(diào)度的系統(tǒng)。
水閘計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu),主要由下列部分組成:監(jiān)控工作站、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機、現(xiàn)地控制單元、液晶觸摸屏、傳感器等。
5.2 泵組LCU功能
水閘計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式體系結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)分為二級,即水閘級與現(xiàn)地級??刂茩?quán)分“控制室、現(xiàn)、地”三級,可以進行無擾動切換。系統(tǒng)的控制權(quán)限越接近設(shè)備,控制權(quán)限越高。控制權(quán)順序為:現(xiàn)地、控制室??刂葡到y(tǒng)中設(shè)置帶密碼的授權(quán)、核對程序。
水閘計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用100M以太網(wǎng),單星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),交換機采用工業(yè)級以太網(wǎng)交換機,并具備網(wǎng)管功能?,F(xiàn)地級由現(xiàn)地控制單元(LCU)、傳感器和相關(guān)設(shè)備組成,微機保護、直流系統(tǒng)、智能儀表等設(shè)備通過RS-485或CAN現(xiàn)場控制總線通過智能通訊管理機實現(xiàn)與LCU的數(shù)據(jù)交換,LCU與水閘計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)鏈接,實現(xiàn)監(jiān)視、控制和管理水閘級設(shè)于水閘控制室或者管理房內(nèi),通過水閘局域網(wǎng)將水閘實時運行信息與數(shù)據(jù)(如運行參數(shù)、狀態(tài)、水位曲線、流量等)上傳至現(xiàn)地管理中心。通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)地級建立通信,通過工作站的監(jiān)測監(jiān)控界面,顯示現(xiàn)場設(shè)備的運行參數(shù)與狀態(tài),同時下發(fā)控制命令,監(jiān)督現(xiàn)地監(jiān)控單元對監(jiān)測監(jiān)控命令的執(zhí)行。主控級控制中心不設(shè)UPS電源,電源采用直流系統(tǒng)經(jīng)逆變后供電。
現(xiàn)地控制級是系統(tǒng)最后一級也是最優(yōu)先的一級控制,它向下接收各類傳感器與執(zhí)行機構(gòu)的輸入輸出信息,采集設(shè)備運行參數(shù)和狀態(tài)信號;向上接收上級控制主機的監(jiān)測監(jiān)控命令,并上傳現(xiàn)場的實時信息,實施對現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)的邏輯控制。
5.3 視頻監(jiān)視系統(tǒng)
視頻監(jiān)視系統(tǒng),實現(xiàn)對各水閘多個重要的場地、工程、設(shè)備視頻監(jiān)視,并與監(jiān)控系統(tǒng)密切結(jié)合,實現(xiàn)對工程設(shè)備監(jiān)視、大范圍現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)視和重要場所安全監(jiān)視,通過網(wǎng)絡(luò)為水閘現(xiàn)場控制室、信息中心提供視頻信息。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通過水閘計算機網(wǎng)絡(luò)平臺,采用計算機網(wǎng)絡(luò)VPN技術(shù)分割數(shù)據(jù)交換平臺。視頻通信服務(wù)器設(shè)在水閘控制室內(nèi),現(xiàn)場各監(jiān)視點連接到視頻解碼器,通過交換機連接到視頻服務(wù)器。在水閘控制室及調(diào)度中心內(nèi)可對現(xiàn)場各監(jiān)視點設(shè)備進行遠程操作控制。
圖像監(jiān)視系統(tǒng)采用全數(shù)字視頻監(jiān)控設(shè)備,包括攝像機前端設(shè)備(攝像機、拾音器、視頻服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)攝像機、云臺、解碼器、安裝支架),傳輸設(shè)備(通訊網(wǎng)絡(luò))和監(jiān)控中心設(shè)備(視頻服務(wù)器兼硬盤錄像功能、視頻分配、矩陣切換、控制鍵盤)等。
現(xiàn)場攝像機通過攝像機鏡頭利用小孔成像原理,將現(xiàn)場景像成像在攝像機CCD感光靶面上,通過一系列的光電轉(zhuǎn)換,形成標(biāo)準(zhǔn)的視頻電信號,從攝像機的VIDEO端口輸出。攝像機圖像信號通過以太網(wǎng)傳輸?shù)揭曨l服務(wù)器,視頻服務(wù)器把處理過的圖像送往監(jiān)視器顯示。
云臺、鏡頭控制信號通過視頻服務(wù)器發(fā)出,通過網(wǎng)絡(luò),然后由云臺解碼器譯碼后,再控制云臺、鏡頭。圖像系統(tǒng)通過上述的控制和顯示過程,實現(xiàn)了監(jiān)控室控制中心對現(xiàn)場攝像機的控制和圖像監(jiān)視。系統(tǒng)現(xiàn)場供電采用現(xiàn)場就近供電方式,設(shè)備安裝支架上安裝避雷針,對直擊雷進行吸收;設(shè)備供電電源采用避雷設(shè)備,防止電纜上的浪涌雷擊。
改建后水閘通過計算機監(jiān)控實現(xiàn)各水閘設(shè)備的現(xiàn)地和遠程操作,運行參數(shù)的實時監(jiān)測、現(xiàn)場運行過程的動態(tài)模擬,實現(xiàn)遙控及輸配水自動化。系統(tǒng)建成后可對水閘進行實時控制,有效地提高系統(tǒng)設(shè)備的可靠性和自動化水平,完成對設(shè)備參數(shù)和運行工況的實時監(jiān)測,消除設(shè)備運行隱患,確保設(shè)備的完好率和可用率,減輕運行人員勞動強度。
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1007-7596(2017)10-0078-02
TV66
B
2017-09-24
楊秋菊(1984-),女,遼寧營口人,工程師,從事水利工程設(shè)計工作。