(四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，四川 康定，626001)

黃金坪水電站位于大渡河上游河段，系大渡河水電基地干流水電規(guī)劃“三庫22級(jí)”的第11級(jí)電站，上接長河壩水電站，下游為瀘定水電站。電站的安全與穩(wěn)定關(guān)系到上下游人民的財(cái)產(chǎn)與安全，因此，時(shí)刻監(jiān)測(cè)大壩的安全起著至關(guān)重要的作用。隨著電子、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信和傳感器技術(shù)的發(fā)展，大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的技術(shù)已日趨成熟，已廣泛應(yīng)用到水電站壩工建設(shè)和壩體安全監(jiān)測(cè)中。本文依托黃金坪水電站，介紹安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)在黃金坪水電站的應(yīng)用情況。

1 工程概況

黃金坪水電站的壩址控制流域面積56942km2，占全流域面積的73.58%，多年平均流量847m3/s。水庫正常蓄水位為1476.00m，相應(yīng)正常蓄水位庫容為1.28億m3，校核洪水位為1478.93m，相應(yīng)水庫總庫容為1.4億m3，死水位1472.00m，汛期運(yùn)行水位1472.00m，壩壅水高73m，最大壩高95.5m，水庫具有日調(diào)節(jié)能力；電站總裝機(jī)容量850MW(大800MW、小50MW)，多年平均年發(fā)電量38.61億kW·h。黃金坪水電站是以發(fā)電為主的大(2)型工程，無航運(yùn)、供水、防洪、灌溉等綜合利用要求。水電站由擋水大壩、溢洪道、泄洪洞、左岸引水發(fā)電建筑物、右岸引水發(fā)電建筑物及工程邊坡組成，黃金坪大壩為瀝青混凝土心墻堆石壩，黃金坪廠房為引水式地下廠房。

2 監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的總體設(shè)計(jì)方案

黃金坪水電站安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)采用分布式、多級(jí)連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式。其安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)按兩級(jí)設(shè)置，即前方現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站和后方監(jiān)測(cè)中心站。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站主要作用是數(shù)據(jù)采集裝置對(duì)監(jiān)測(cè)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、電源管理及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳和接收監(jiān)測(cè)中心站上機(jī)位的控制指令。監(jiān)測(cè)中心站主要作用是數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)并進(jìn)行轉(zhuǎn)換、按規(guī)定的格式統(tǒng)一存放在原始和整編數(shù)據(jù)庫中，工作站和服務(wù)器通過安全監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)站自動(dòng)采集、其他半自動(dòng)、人工測(cè)讀的數(shù)據(jù)、工程所有與安全監(jiān)測(cè)相關(guān)的文檔資料進(jìn)行集中統(tǒng)一管理，且通過安全分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)資料的分析和發(fā)布工作。

2.1 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體功能

2.1.1 監(jiān)測(cè)功能

系統(tǒng)應(yīng)具備多種采集方式和測(cè)量控制方式：

(1)數(shù)據(jù)采集方式應(yīng)有選點(diǎn)測(cè)量、選箱測(cè)量、巡回測(cè)量、定時(shí)測(cè)量，并可在測(cè)量單元上進(jìn)行人工測(cè)讀。

(2)測(cè)量控制方式為應(yīng)答式(由采集機(jī)或聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)發(fā)出命令，測(cè)量單元接收命令、完成規(guī)定的測(cè)量，測(cè)量完畢將數(shù)據(jù)暫存，并根據(jù)命令要求將測(cè)量的數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)中)，能夠?qū)γ恐鞲衅髟O(shè)置其警戒值，當(dāng)測(cè)值超過警戒值時(shí)，系統(tǒng)能夠進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警；系統(tǒng)具備接收和上傳上級(jí)主管部門監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及信息的功能。

2.1.2 顯示功能

顯示監(jiān)測(cè)布置圖、過程曲線、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分布圖、測(cè)點(diǎn)布置圖、報(bào)警狀態(tài)窗口等。

2.1.3 存儲(chǔ)功能

系統(tǒng)應(yīng)具備數(shù)據(jù)自動(dòng)存貯和數(shù)據(jù)自動(dòng)備份功能，在外部電源突然中斷時(shí)，保證內(nèi)存數(shù)據(jù)和參數(shù)不丟失。

2.1.4 操作功能

從現(xiàn)場(chǎng)或監(jiān)測(cè)中心的計(jì)算機(jī)上可實(shí)現(xiàn)監(jiān)視操作、輸入/輸出、顯示打印、報(bào)告現(xiàn)有測(cè)值狀態(tài)、調(diào)用歷史數(shù)據(jù)、評(píng)估運(yùn)行狀態(tài)等功能。

2.1.5 自檢和報(bào)警功能

系統(tǒng)應(yīng)具有自檢能力，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)檢查，能在計(jì)算機(jī)上顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和故障信息，以便及時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)；應(yīng)具有運(yùn)行日志、故障日志記錄的功能。

2.1.6 供電功能

系統(tǒng)采用220V交流電源，測(cè)量單元配備備用蓄電池，在系統(tǒng)供電中斷的情況下，能保證現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量單元至少連續(xù)工作一周。

2.1.7 耐惡劣環(huán)境功能

系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性和耐惡劣環(huán)境性，具備防雷、防潮、防銹蝕、防鼠、抗振、抗電磁干擾等性能，能夠在潮濕、高雷擊、強(qiáng)電磁干擾條件下長期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1.8 比測(cè)功能

系統(tǒng)應(yīng)備有與便攜式檢測(cè)儀表或便攜式計(jì)算機(jī)通信的接口，能夠使用便攜式檢測(cè)儀表或便攜式計(jì)算機(jī)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行人工補(bǔ)測(cè)、比測(cè)，防止資料中斷；應(yīng)具有方便可操作的人工比測(cè)專用裝置和設(shè)備。

2.1.9 遠(yuǎn)程操作功能

對(duì)于授權(quán)用戶，可遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)上述功能或部分特別功能。

2.1.10 數(shù)據(jù)通訊功能

系統(tǒng)應(yīng)具備數(shù)據(jù)通信功能，包括測(cè)量單元之間以及測(cè)量單元與監(jiān)測(cè)管理站計(jì)算機(jī)之間的雙向數(shù)據(jù)通信，以及監(jiān)測(cè)管理站與其他網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通訊。

2.1.11 綜合信息管理功能

系統(tǒng)應(yīng)有在線監(jiān)測(cè)、離線分析、數(shù)據(jù)庫管理、安全管理等功能。

2.1.12 網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)功能

具有多級(jí)用戶管理功能，設(shè)置有多級(jí)用戶權(quán)限、多級(jí)安全密碼，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的安全管理，確保網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行。

2.2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的項(xiàng)目及測(cè)點(diǎn)

在監(jiān)測(cè)儀器接入監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前，對(duì)已埋設(shè)的每一支儀器的工作狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試、評(píng)價(jià)，以確定該儀器測(cè)值的可靠程度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)分布情況及其測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的作用及鑒定情況，布置監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行優(yōu)化后接入自動(dòng)化系統(tǒng)，納入自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)儀器包括：多點(diǎn)位移計(jì)、錨索測(cè)力計(jì)、鋼筋計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)、測(cè)縫計(jì)、鋼板計(jì)、溫度計(jì)、測(cè)壓管(滲壓計(jì))、滲壓計(jì)等。

2.3 自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)型式

黃金坪水電站現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化子網(wǎng)絡(luò)采用總線型分布式網(wǎng)絡(luò)。各系統(tǒng)之間通訊方式如下：

(1)測(cè)站與傳感器之間，采用各類型傳感器的專用信號(hào)電纜，滿足有效傳輸本工程各類監(jiān)測(cè)傳感器的信號(hào)；

(2)測(cè)站內(nèi)采集單元之間通訊方式采用RS-485總線方式，測(cè)站之間通訊方式采用光纖通訊；

(3)監(jiān)測(cè)中心與前方測(cè)站之間采用光纖信號(hào)傳輸。

系統(tǒng)整體分為二個(gè)層次：

(1)監(jiān)測(cè)站：為了便于大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的管理，需要把25個(gè)臨時(shí)監(jiān)測(cè)站進(jìn)行重新優(yōu)化，優(yōu)化后的監(jiān)測(cè)站為永久監(jiān)測(cè)站，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行實(shí)際優(yōu)化，將25個(gè)臨時(shí)監(jiān)測(cè)站優(yōu)化成10個(gè)永久監(jiān)測(cè)站，其中個(gè)別測(cè)站儀器距離較遠(yuǎn)或者為施工期臨時(shí)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，準(zhǔn)備取消接入自動(dòng)化系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)傳感器通過信號(hào)電纜將模擬信號(hào)傳送至現(xiàn)場(chǎng)采集單元模塊，采集單元模塊安裝在數(shù)據(jù)采集機(jī)箱內(nèi)，整體構(gòu)成數(shù)據(jù)采集前端單元(MCU)。1個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)采集前端單元(MCU)集中放置在指定的專用成品標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)保護(hù)機(jī)柜或觀測(cè)房內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)一般監(jiān)測(cè)測(cè)站。

圖1 黃金坪水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

(2)監(jiān)測(cè)中心站：為了便于各個(gè)測(cè)站的管理及整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的操作及數(shù)據(jù)處理，在環(huán)境較好，適合工作的地方(現(xiàn)場(chǎng)管理房一樓的控制中心)設(shè)立監(jiān)測(cè)中心站，監(jiān)測(cè)中心站設(shè)置在廠房交通洞口的中控樓內(nèi)，數(shù)據(jù)采集服務(wù)器等計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、服務(wù)器等中心站設(shè)備全部安裝在中控樓。中心站用于整個(gè)系統(tǒng)的管理、操作、數(shù)據(jù)處理。監(jiān)測(cè)中心站內(nèi)一般布設(shè)有數(shù)據(jù)服務(wù)器、交換機(jī)、工作站(計(jì)算機(jī))、輸出系統(tǒng)(打印機(jī))、電源系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)、防火墻、接口等設(shè)備，滿足對(duì)系統(tǒng)內(nèi)及對(duì)外通訊。

2.4 系統(tǒng)的防雷和防潮

黃金坪水電站夏季雷雨季節(jié)較多，空氣濕潤，處多雨季地域，部分測(cè)站分布在戶外和基礎(chǔ)廊道及交通洞內(nèi)，因此要制定系統(tǒng)的防雷和防潮措施。

2.4.1 系統(tǒng)的防潮措施

(1)DAU防水防潮措施：采用南瑞DAU機(jī)箱，此機(jī)箱采用德國威圖原裝產(chǎn)品，機(jī)箱的防護(hù)等級(jí)達(dá)到了IP56，包括威圖機(jī)柜的獨(dú)一無二密封處理、威圖機(jī)柜的表面處理層保護(hù)工藝、進(jìn)線孔的密封處理、防潮加熱器的應(yīng)用；

(2)采集模塊的防潮工藝；

(3)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)碾娎|接續(xù)工藝。

2.4.2 系統(tǒng)的防雷措施

(1)供電的防雷：采取的防雷措施是在各個(gè)區(qū)取電點(diǎn)進(jìn)行隔離穩(wěn)壓保護(hù)，并設(shè)置有防雷保護(hù)器，對(duì)供電線路進(jìn)行全面保護(hù)。

(2)通信的防雷：設(shè)置有通訊防雷保護(hù)器，對(duì)通信線路進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)對(duì)通信線的敷設(shè)和連接采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

(3)監(jiān)測(cè)站和管理站的防雷：直接利用工程的防雷和接地設(shè)施，接地裝置的電阻小于4Ω。

(4)其他防雷措施：所有暴露在外的電源電纜、信號(hào)電纜、通訊電纜采用鍍鋅鋼管或PVC管保護(hù)。其中鍍鋅鋼管之間以及鍍鋅鋼管與接地網(wǎng)之間采用焊接的方式連接，室外鍍鋅鋼管盡量敷設(shè)在溝槽內(nèi)，并做好保護(hù)，以實(shí)現(xiàn)電纜及保護(hù)管的防雷。

3 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行

3.1 系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)

黃金坪水電站自投入試運(yùn)行以來，采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過采集軟件(南瑞DSIMS4.0大壩安全監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)軟件)自動(dòng)采集運(yùn)行的模式，

每天定時(shí)測(cè)量采集1次，在各個(gè)測(cè)站測(cè)量完畢后，系統(tǒng)定時(shí)自動(dòng)將各模塊內(nèi)的所有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)取回、進(jìn)行成果計(jì)算，并將所有原始數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果等自動(dòng)存入服務(wù)器的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。

根據(jù)規(guī)范要求，定期對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集單元、模塊和軟件進(jìn)行定期檢查維護(hù)，對(duì)自動(dòng)化設(shè)備定期巡視檢查。試運(yùn)行期以來，系統(tǒng)運(yùn)行正常穩(wěn)定，測(cè)值可靠，系統(tǒng)主要性能和功能滿足規(guī)范要求，運(yùn)行情況良好。

3.2 人工比測(cè)及監(jiān)測(cè)資料對(duì)比分析情況

在試運(yùn)行期間，自動(dòng)化和人工測(cè)量結(jié)果定時(shí)進(jìn)行比測(cè)分析，并通過二者過程線的比較，得出自動(dòng)化測(cè)量結(jié)果變化穩(wěn)定，過程線平滑，變幅和規(guī)律性與人工測(cè)值過程線一致，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)沒有出現(xiàn)趨勢(shì)性偏移，能反映監(jiān)測(cè)對(duì)象的實(shí)際變化規(guī)律，系統(tǒng)的比測(cè)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

3.3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行情況評(píng)價(jià)

黃金坪水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)自投入試運(yùn)行以來，按照《大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范》要求，對(duì)系統(tǒng)功能、系統(tǒng)穩(wěn)定性、系統(tǒng)可靠性等進(jìn)行了考核，并進(jìn)行了人工對(duì)比比測(cè)，考核結(jié)果顯示，系統(tǒng)各項(xiàng)功能運(yùn)行正常，自動(dòng)化測(cè)值變化穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)性、周期性較好，自動(dòng)化采集數(shù)據(jù)與人工數(shù)據(jù)比較變化規(guī)律基本一致，變幅相近、能反映工程監(jiān)測(cè)對(duì)象的變化規(guī)律。整個(gè)系統(tǒng)試運(yùn)行情況表明，其功能、運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性和人工比測(cè)精度滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

4 結(jié)語

黃金坪水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)具有實(shí)用、快讀、齊全、高精度自動(dòng)化等特點(diǎn)，系統(tǒng)試運(yùn)行以來，其功能、運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性、測(cè)量精度等滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，達(dá)到了工程設(shè)計(jì)的要求。自動(dòng)化的實(shí)用性大大減輕了人工測(cè)量的工作量，提高了觀測(cè)精度和觀測(cè)頻率，對(duì)大壩的安全運(yùn)行起到不可或缺的作用，并為黃金坪水電站大壩安全監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)“無人值班、少人值守”的運(yùn)行模式打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，對(duì)公司庫壩中心建設(shè)管理起到了積極推進(jìn)作用，也為水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行管理積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。