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)

1 虎莊河防潮節(jié)制閘存在的問題

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。

2 工程建設(shè)必要性

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。

3 工程建設(shè)任務(wù)

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 金屬結(jié)構(gòu)及電路系統(tǒng)

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)。

5 計算機監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計

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。

6 結(jié) 語

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。

[1]聶艷華，黃國兵，崔旭.南水北調(diào)中線應(yīng)急調(diào)度節(jié)制閘預(yù)警水位研究[J].人民長江，2015(04)：67-69，81.

[2]尚毅梓，吳保生，崔興華，等.長距離輸水渠道節(jié)制閘調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制特性研究[J].水力發(fā)電學(xué)報，2009(01)：95-101.

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。