三峽船閘設備設施綜合監控能力提升技術研究

王曉莉

摘要：三峽船閘作為長江中上游重要節點的水利樞紐，在國民經濟運行和長江黃金水道建設中的具有非常關鍵性作用。通過三峽船閘設備設施綜合監控平臺建設，實現三峽、葛洲壩船閘設備設施運行數據的全面掌控，利用專家決策系統進行船閘設備設施的狀態評價、風險評估、決策支持，使得三峽船閘設備設施綜合監控能力得到全面提升，為我國內河船閘綜合監控摸索出一套切實可行的運行管理方法，使三峽船閘的運行管理工作真正實現信息化、智能化、科學化管理。

關鍵詞：三峽船閘；綜合監控；在線監測

中圖分類號：U641.3+4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-7973（2016）05-0031-03

長江作為我國的“黃金水道”，橫貫東中西部，連接東部沿海和廣袤的內陸，依托黃金水道打造新的經濟帶，有獨特的優勢和巨大的潛力。長江經濟帶的建設，對于有效擴大內需、促進經濟穩定增長、調整區域結構、實現中國經濟升級具有重要意義。國務院《關于依托黃金水道推動長江經濟帶發展的指導意見》（國發[2014]39號）指出，要充分發揮長江運能大、成本低、能耗少等優勢，加快推進長江干線航道系統治理，打造暢通、高效、平安、綠色的黃金水道。

1.通航形勢分析

隨著三峽工程建設對長江航道條件的明顯改善，以及近年來長江水運企業的迅猛發展，船閘的過閘貨運總量快速增長。從2008年至2014年，總體呈提升態勢，其中2011年、2013年、2014年貨運量均突破了設計通過能力。2008至2014年，三峽及葛洲壩船閘通過量情況如圖1所示。

自2008年以來，三峽船閘、葛洲壩船閘客、貨運量始終維持在高位水平，常年突破設計能力運行。三峽船閘貨運量從2008年的5370.26萬噸增長至2014年的10898.0萬噸，增長趨勢明顯。著力打造長江經濟帶及西部地區開發力度加大，將進一

步深化并促進長江航運的發展，與此同時，三峽壩區通航壓力也將進一步增大。伴隨國家長江經濟帶戰略的實施，將提前達到預測通過量。盡管三峽升船機將于2015年底投入使用，但以其350萬噸的單向設計通過能力，難以起到大幅度改善三峽壩區通過能力的作用。因此，如何解決壩區船閘現有通過能力與航運需求快速增長之間的矛盾是目前必須重點考慮的問題。

2.應對措施分析

三峽船閘設備設施點多面廣，運行時要求設備具有高可考性。開展以三峽船閘設備設施綜合監控能力提升技術研究，實現三峽、葛洲壩船閘設備設施運行狀態的全面監控，利用專家決策系統進行設備設施的狀態評價、風險評估、決策支持，使船閘重點設備設施的健康狀況得到有效診斷，達到科學地、前瞻性地設備維修，盡量減少船閘停航檢修的時間。另外，三峽船閘設備設施綜合監控能力提升技術研究，可以實現船閘設備設施重大運行缺陷監測，實現設備設施重大運行安全風險預防，為設備設施重大技術更新改造提供決策依據。

3.總體方案

3.1總體框架

在結構上方案總體上分為數據采集層、數據整合與應用支撐層、綜合應用層和前端展現層四個部分，如下圖2所示。

數據采集層：實現船閘主要設備設施由“目測、耳昕、鼻嗅和手摸”的傳統檢測方式，到“客觀、科學、精確”的現代化、自動化方式的轉變，為實現由計劃性檢修到狀態性檢修，提供技術支撐，為實現基于海量數據的船閘運行狀態智能化診斷提供數據積累。

數據整合與應用支撐層：實現設備運行數據和船舶過閘數據相關數據的資源整合，形成基于設備設施監測、電子巡檢、船閘通航生產運行監控、船舶過閘監測的基礎數據、業務數據和主題數據的集中管理與共享，提供各業務應用系統開發和建設的支撐環境，各類資源和技術手段集中管理、統一分配、充分共享。

綜合應用層：將船閘設備運行和船舶過閘數據監測進行集中管控，圍繞通航管理的業務主線，針對船閘運行、維護和管理、設備設施養、維、管、用等核心業務，實現精細化、流程化、規范化管理。

前端展現層：為船閘運行管理部門的各類用戶提供人口，利用可視化手段將三峽、葛洲壩船閘與升船機的實時調度運行狀況、各類設施設備狀態，對用戶進行直觀展示。

3.2技術方案

通過三峽船閘設備設施綜合監控平臺建設，實現對三峽、葛洲壩船閘重要機械及金屬結構、電氣設備、水工建筑物和液壓設備設施的運行狀態的即時采集，實現因船舶過閘超速、超線和低能見度對船閘安全運行風險的有效監管，實現設備設施監測數據的集中管理、快速流轉、便捷使用、直觀展示和有序積累。為進一步保障船閘安全穩定運行，為實現三峽“安全、暢通、和諧、高效”通航管理目標提供堅實的技術支撐?？傮w結構如圖3所示。

3.2.1機械及金屬結構監測

實現對三峽、葛洲壩船閘人字門、閘門啟閉機、反弧門啟閉機等機械設備及金屬結構進行全方位在線監測。通過先進的檢測技術實現上述機械及金屬結構運行狀態信息的動態監測，為機械及金屬結構故障及事故原因的分析提供可靠的數據和信息。其所采集的機械及金屬結構狀態運行的數據和事故分析結果作為基礎素材和中間成果，將被直接推送至船閘通航生產運行監控，為船閘總體運行狀態準確判斷和船閘運行精細化、規范化管理提供依據。

3.2.2電氣設備監測

實現對三峽、葛洲壩船閘變電所內的高/低壓供配電設備進行全方位在線監測。電力監測通過可視化方式實現船閘供電系統的運行狀態信息的動態監測及故障報警，主要包括：三相電壓、三相電流、零序電壓、零序電流、頻率、功率因數、有功功率、無功功率、視在功率、有功電度、無功電度等。為供電系統安全運行并降低供電系統的能耗和進行故障及事故原因的分析動態提供可靠的數據。通過船閘電力監測的建設將大大提高船閘電力監測的自動化與智能化水平，在實現船閘變電所的無人或少人值守的前提下，提高電力數據的反饋效率和準確程度，為船閘供電系統的安全、穩定、可靠運行提供保障。采集的船閘電氣設備運行數據和分析結果，將被作為基礎數據直接推送至船閘通航生產運行監控系統，為設備、設施運行狀態的準確判斷和運行精細化、規范化監管提供依據。

3.2.3水工建筑物監測

實現對三峽、葛洲壩船閘現有廊道內引張線監測儀系統數據、原有內埋數據傳感器及滲流滲壓傳感器等監測設備的監測數據進行分項采集、集中管理、綜合應用，為確保船閘水工建筑物安全、穩定、可靠運行提供科學診斷數據依據。依托三峽、葛洲壩水工監測設施，側重于針對葛洲壩現有設施監測數據進行數據共享集成，水工建筑物監測通過配置數據共享工作站，利用安全隔離與數據交換設備接入原有水工建筑探測傳感器系統的數據服務器，實時單向讀取測量數據，進而實現數據的動態傳遞到生產運行設備管理系統并協同共享，形成水工建筑物高效監管。

3.2.4液壓設備監測

實現對葛洲壩船閘反弧門液壓啟閉機控制系統主要參數的在線動態監測及故障報警，主要包括：壓力、流量、溫度、泄漏量、液位等。擬采用先進的數據采集技術實現上述液壓系統運行狀態信息的動態監測，可為液壓系統故障及事故原因的分析提供可靠的數據和信息。在線狀態監測可以及時了解和掌握船閘液壓系統運行過程中的狀態，以便早期發現故障、查明原因、并掌握故障的發展趨勢，可以避免船閘液壓系統故障的發生和重大事故的發生，最大限度的提高船閘液壓系統的工作效率，有效地提高液壓設備運行的可靠性與安全性。通過船閘液壓設備在線監測的建設將大大提高船閘液壓設備管理的自動化與智能化水平。

3.2.5船閘通航生產運行監控

實現三峽、葛洲壩船閘與升船機的實時調度運行狀況、各類設施設備狀態，利用可視化手段向用戶進行直觀展示。面向船閘安全監管的決策與技術人員，充分利用與整合現有和各個系統所提供的數據資源，充分依托三峽、葛洲壩船閘機械及金屬結構監測、水工建筑物監測、電氣設備監測、電子巡檢、船舶過閘監測與應急管控以及葛洲壩船閘液壓設備檢測等數據，通過對機械及金屬結構、水工建筑物、電氣設備、液壓設備等監測數據的綜合獲取、展示與分析，實施船閘綜合管控和簡單的智能分析。

3.2.6船舶過閘監測與應急管控

面向船閘運行管理和調度人員，圍繞船舶過閘對船閘運行帶來的間接運行風險，針對船舶進出閘綜合監控，采用自動化監測、智能聯動報警的方式，實現船閘閘室內包括船舶超速、超線、超吃水以及船閘氣象情況等對船閘運行構成潛在風險因素的有效監控，并構建能夠在惡劣氣候條件下進行有效輔助導航的裝備，有效降低通航安全風險。

4.結束語

三峽船閘設備設施的建設一般都具有公益性特點，三峽船閘設備設施綜合監控平臺建設直接經濟效益并不是很明顯，但是通過平臺建設使船閘運行狀態監測和風險防范能力進一步提高，船舶過閘綜合監控和應急保障能力進一步升級，船閘運行大數據分析和狀態檢修能力進一步加強，對于發展中西部地區航運經濟，增強百姓出行的安全感，樹立良好的服務型政府形象具有極好推動作用。此外，本工程建設在行業內先試先行，建設成果將為國內其他船閘運行管理提供借鑒和參考。因此可見，本工程的社會效益十分明顯。