豐滿大壩重建施工期老壩漏水自動(dòng)化設(shè)備改造及運(yùn)行測(cè)試

李作光，范永思，于承躍，劉寶睿，劉桂紅

（豐滿發(fā)電廠，吉林省吉林市 132108）

1 概述

豐滿大壩漏水自動(dòng)化始建于2004年，壩基、壩體漏水觀測(cè)采用LS-4測(cè)量裝置，采集器為哈爾濱今星微電子科技有限公司的單站控制器；現(xiàn)壩基、壩體、接縫漏水共計(jì)安裝110個(gè)測(cè)點(diǎn)箱；系統(tǒng)運(yùn)行近8年，漏水CAN采集控制器已接近使用壽命。設(shè)備老化嚴(yán)重，現(xiàn)已處于癱瘓狀態(tài)，嚴(yán)重影響汛期大壩的正常觀測(cè)。2014年5月15日～11月10日結(jié)合豐滿大壩重建工程對(duì)老壩漏水自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行了改造和運(yùn)行測(cè)試工作。

2 自動(dòng)化系統(tǒng)的基本構(gòu)成

單孔漏水自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成主要有以下幾個(gè)部分：上位計(jì)算機(jī)、控制端、控制系統(tǒng)、采集控制端、采集器。

2.1 上位計(jì)算機(jī)

上位計(jì)算機(jī)位于觀測(cè)班機(jī)房?jī)?nèi)，操作系統(tǒng)為Windows 2008 server 中文版，并安裝了Office 2013，Visual Basic 6.0，Active Report 1.2。

軟件采用Microsoft Visual basic 6.0 編寫(xiě)。設(shè)備參數(shù)和觀測(cè)數(shù)據(jù)使用SQL server 格式進(jìn)行存處。

2.2 控制端

控制端是控制系統(tǒng)與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信的接口，接口是計(jì)算機(jī)串口即使用RS-232與CAN總線進(jìn)行通信。

2.2.1 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是由交流電源、二芯屏蔽的CAN總線、中繼器、氣壓采集器、終端電阻以及采集器的參數(shù)設(shè)定等。

2.2.2 采集控制端

采集控制端即采集控制器，它由兩部分組成：一是CAN總線通訊部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸；二是采集控制部分，負(fù)責(zé)采集器的采集控制以及數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

2.2.3 采集器（傳感器）

采集器是哈爾濱今星微電子科技有限公司生產(chǎn)的DKLS-Ⅲ型漏水箱作為傳感器。

3 系統(tǒng)的運(yùn)行情況測(cè)試

3.1 測(cè)值準(zhǔn)確性測(cè)試

3.1.1 儀器原理

采用哈爾濱今星微電子科技有限公司生產(chǎn)的DKLS-Ⅲ型滲漏量測(cè)量箱進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)采用模擬人工觀測(cè)的方法，具有精度高、耐潮濕、測(cè)量范圍寬等特點(diǎn)。

3.1.2 測(cè)試方法

對(duì)滲漏量測(cè)量箱進(jìn)行了準(zhǔn)確性測(cè)試。測(cè)試方法如下：對(duì)各測(cè)點(diǎn)漏水量進(jìn)行人工觀測(cè)，同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)讀，對(duì)兩者進(jìn)行對(duì)比分析。

3.1.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

式中：X自——自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)測(cè)值；

X人——人工測(cè)值；

σ自——自動(dòng)化系統(tǒng)測(cè)量精度；

σ人——人工觀測(cè)精度。

自動(dòng)化測(cè)量時(shí)，考慮測(cè)量設(shè)備的技術(shù)性能指標(biāo)，自動(dòng)化測(cè)量精度取0.1L/min，人工測(cè)量精度取0.1L/min。因此自動(dòng)化測(cè)值與人工測(cè)值之差的絕對(duì)值應(yīng)滿足:

確定本次儀器鑒定的標(biāo)準(zhǔn)如下：

3.1.4 測(cè)試成果

表1 滲漏量自動(dòng)、人工測(cè)值比測(cè)表 L/min

2014年11月9日進(jìn)行了人工測(cè)值和自動(dòng)化測(cè)值的比測(cè)工作，由于是低水位時(shí)期，部分排水孔無(wú)滲漏量，本次只對(duì)有滲漏量的觀測(cè)孔進(jìn)行人工測(cè)值和自動(dòng)測(cè)值的比測(cè)。人工觀測(cè)采用精密量杯，日常用普通大刻度量杯，故比測(cè)時(shí)人工觀測(cè)精度高于日常測(cè)量時(shí)的人工觀測(cè)精度。人工與自動(dòng)觀測(cè)對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1，由表1可看出：壩體接縫F23-24號(hào)孔滲漏量自動(dòng)與人工測(cè)值比測(cè)等級(jí)評(píng)價(jià)為合格，觀測(cè)精度一般。其余觀測(cè)孔的等級(jí)評(píng)價(jià)精度都為優(yōu)秀，觀測(cè)精度較高。壩體接縫F23-24號(hào)孔自動(dòng)觀測(cè)精度一般的原因分析認(rèn)為是，該孔滲漏量和流速都較大，致使自動(dòng)漏水箱的上位反饋接點(diǎn)受漏水涌浪的影響較大，建議在自動(dòng)化漏水箱的入口處加緩沖裝置以降低流速。

3.2 測(cè)值精度測(cè)試

對(duì)滲漏量自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行重復(fù)測(cè)試。參照國(guó)內(nèi)大壩監(jiān)測(cè)設(shè)備的評(píng)價(jià)部門(mén)在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上制定的標(biāo)準(zhǔn)，制定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下：

2014年11月9日進(jìn)行了滲漏量自動(dòng)化系統(tǒng)重復(fù)測(cè)試，重復(fù)觀測(cè)20次（n=20），測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。由于是低水位時(shí)期，部分排水孔無(wú)滲漏量，本次只對(duì)有滲漏量的觀測(cè)孔進(jìn)行自動(dòng)系統(tǒng)重復(fù)測(cè)試。從表2可見(jiàn)，各測(cè)點(diǎn)的重復(fù)測(cè)試結(jié)果均為優(yōu)秀，測(cè)量相對(duì)誤差最小值為0.50%、最大值為2.00%均小于5%，說(shuō)明該系統(tǒng)的測(cè)量精度較高。

3.3 測(cè)值過(guò)程線測(cè)試分析

表2 滲漏量自動(dòng)化測(cè)值精度測(cè)試表 L/min

圖1 12、14壩段壩基漏水量與庫(kù)水位過(guò)程線

選取改造前后的壩基漏水自動(dòng)化測(cè)值繪制壩基漏水與庫(kù)水位過(guò)程線進(jìn)行分析，見(jiàn)圖1～圖3。

由圖1～圖3可看出，①改造前后觀測(cè)數(shù)據(jù)銜接比較好。②2014年10月22日之前的壩基漏水量過(guò)程線隨著庫(kù)水位的變化而變化，即庫(kù)水位升高，壩基漏水量測(cè)值增大。庫(kù)水位下降，壩基漏水量測(cè)值減小。③ 2014年10月22日之后的壩基漏水量過(guò)程線明顯有下降的趨勢(shì)。2014年12月23日全壩壩基單孔總滲漏量測(cè)值相對(duì)10月22日減小11.10 L/ min，減小最大的是37壩段2.64 L/min，其次是39壩段減小1.80 L/min。這是由于位于老壩下游的新壩進(jìn)行基礎(chǔ)開(kāi)挖所致，是規(guī)律性的變化。改造后的漏水量自動(dòng)化系統(tǒng)能夠很好地觀測(cè)出新壩基礎(chǔ)開(kāi)挖對(duì)老壩壩基漏水量的影響情況。

圖2 23、38壩段壩基漏水量與庫(kù)水位過(guò)程線

圖3 46壩段壩基漏水量、壩基全壩漏水量與庫(kù)水位過(guò)程線

3.4 系統(tǒng)觀測(cè)一次耗時(shí)間測(cè)試

選擇漏水所有測(cè)點(diǎn)（共計(jì)130個(gè)），每測(cè)點(diǎn)觀測(cè)1測(cè)回，進(jìn)行觀測(cè)，重發(fā)出觀測(cè)命令開(kāi)始計(jì)時(shí)，到最后一個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)完成，共耗時(shí)40 min。

3.5 系統(tǒng)通信情況測(cè)試

重復(fù)發(fā)觀測(cè)命令觀測(cè)20次，系統(tǒng)通信及觀測(cè)數(shù)據(jù)正常。

4 結(jié)束語(yǔ)

本次改造工程在豐滿發(fā)電廠和哈爾濱今星微電子科技有限公司的共同努力下，圓滿完成了任務(wù)。通過(guò)對(duì)改造后漏水自動(dòng)化系統(tǒng)的測(cè)試，從中可看出改造后的系統(tǒng)滿足大壩觀測(cè)的要求。各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了技術(shù)協(xié)議的要求。改造后的漏水量自動(dòng)化系統(tǒng)能夠很好地觀測(cè)出新壩基礎(chǔ)開(kāi)挖對(duì)老壩壩基漏水的影響情況。該項(xiàng)工程必將在豐滿大壩重建工程中發(fā)揮巨大作用。