虎莊河防潮節制閘工程改建及監控系統總體設計探討

楊秋菊

(營口市水利勘測建筑設計院，遼寧 營口 115000)

虎莊河防潮節制閘工程改建及監控系統總體設計探討

楊秋菊

(營口市水利勘測建筑設計院，遼寧 營口 115000)

文章闡述了虎莊河防潮節制閘工程的現狀和改建的必要性，確定重建后虎莊河防潮節制閘的工程規模，對金屬結構及電路系統進行合理布設及更換，并增設了計算機監控系統，改建后的水閘將以防洪為主，兼顧排澇等任務。

防潮節制閘；現狀；防洪；監控系統

1 虎莊河防潮節制閘存在的問題

工程始建于1964年11月，水閘主體結構按3級建筑物設計，閘型選用涵洞式結構，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，轉動軸嚴重銹蝕，不能正常啟閉，嚴重阻水，影響泄洪。拍門隔墩混凝土破損嚴重，粗骨料外露，鋼筋外露并銹蝕；管理房年久失修，破損嚴重，面積小。閘室無啟閉機房，使啟閉設備長期暴露在風雨中，加速了設備的老化。

虎莊河防潮閘的啟閉設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。配電設施及配電線路陳舊老化，電纜溝內集水且局部已塌陷，不符合用電安全要求。

2 工程建設必要性

該閘地處虎莊河下游感潮河段，由于地勢低洼，又是入大遼河必經之路，汛期經常受洪水的侵襲，因此，歷史上經常發生洪澇災害。據建閘后有關統計資料記載的就有4次較大的洪澇災害。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東北部受淹。1985年受九號臺風襲擊，7月20日至8月18日，連續發生4次大暴雨，共降雨812.6mm，水田受災面積0.6萬hm2，減產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5次暴雨，由于外河潮位較高，致使大石橋市高坎和老邊區大部分農田及城鄉排水困難，受淹面積0.47萬hm2，糧食減產160萬kg，造成了比較大的經濟損失。1975年營口、海城發生7.8級強烈地震，底部基礎局部遭到破壞，破壞面積210m2，占總面積60%，海漫砌石翻砂破壞嚴重。

通過幾次洪澇災害和強烈地震，加之多年運行，該閘已產生了不同程度的損壞。經水閘安全鑒定，該閘安全類別評定為四類閘，需要對其進行拆除重建。

3 工程建設任務

虎莊河防潮節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。

3.1 防洪

水閘建成后能夠防止潮水倒灌對洪水的擁堵，并通過泄洪區的治理和河道整治，消減了汛期山區洪峰，從而達到及時宣泄山區洪水，減輕了虎莊河兩岸防洪負擔和災害；另外由于建閘后能夠有效地防止海水的倒灌，增加了內水排除的機會，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，增加內水外排機會，保證節制閘控制范圍的雨水及時排出，減免內澇災害。

3.3 灌溉

水閘建成后，可以抬高內河灌溉水位，供花英臺站提水。

4 金屬結構及電路系統

4.1 金屬結構

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扇節能型自力式閘門。

4.2 電路系統

虎莊河閘供電按二級負荷設計。采用一回路專用直配電線路供電。電器設備與布置為變電所設高壓配電室、變壓器室、低壓配電室、柴油發電機和值班室，高壓配電室安裝三面高壓開關柜，分別為進線柜、高壓互感器柜、出線柜。

低壓配電設備布置在變電所內，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。

5 計算機監控系統總體設計

計算機監控綜合自動化系統主要包括以下方面：①水閘計算機監控系統；②泵組LCU功能；③視頻監視系統。

5.1 水閘計算機監控系統

采用計算機網絡技術、遙測遙控技術、通信技術、數據采集及各種傳感器測量技術，建立水閘計算機監控系統，以各現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，把區域內水閘信息管理連成一個整體，進行統一的安全運行監視、自動調控及運行調度的系統。

水閘計算機監控系統結構，主要由下列部分組成：監控工作站、服務器、網絡交換機、現地控制單元、液晶觸摸屏、傳感器等。

5.2 泵組LCU功能

水閘計算機監控系統采用分層分布式體系結構。系統分為二級，即水閘級與現地級?？刂茩喾帧翱刂剖?、現、地”三級，可以進行無擾動切換。系統的控制權限越接近設備，控制權限越高?？刂茩囗樞驗椋含F地、控制室。控制系統中設置帶密碼的授權、核對程序。

水閘計算機監控系統采用100M以太網，單星型網絡結構，交換機采用工業級以太網交換機，并具備網管功能。現地級由現地控制單元(LCU)、傳感器和相關設備組成，微機保護、直流系統、智能儀表等設備通過RS-485或CAN現場控制總線通過智能通訊管理機實現與LCU的數據交換，LCU與水閘計算機監控系統通過以太網鏈接，實現監視、控制和管理水閘級設于水閘控制室或者管理房內，通過水閘局域網將水閘實時運行信息與數據(如運行參數、狀態、水位曲線、流量等)上傳至現地管理中心。通過監控網絡與現地級建立通信，通過工作站的監測監控界面，顯示現場設備的運行參數與狀態，同時下發控制命令，監督現地監控單元對監測監控命令的執行。主控級控制中心不設UPS電源，電源采用直流系統經逆變后供電。

現地控制級是系統最后一級也是最優先的一級控制，它向下接收各類傳感器與執行機構的輸入輸出信息，采集設備運行參數和狀態信號；向上接收上級控制主機的監測監控命令，并上傳現場的實時信息，實施對現場執行機構的邏輯控制。

5.3 視頻監視系統

視頻監視系統，實現對各水閘多個重要的場地、工程、設備視頻監視，并與監控系統密切結合，實現對工程設備監視、大范圍現場環境監視和重要場所安全監視，通過網絡為水閘現場控制室、信息中心提供視頻信息。

系統結構通過水閘計算機網絡平臺，采用計算機網絡VPN技術分割數據交換平臺。視頻通信服務器設在水閘控制室內，現場各監視點連接到視頻解碼器，通過交換機連接到視頻服務器。在水閘控制室及調度中心內可對現場各監視點設備進行遠程操作控制。

圖像監視系統采用全數字視頻監控設備，包括攝像機前端設備(攝像機、拾音器、視頻服務器或網絡攝像機、云臺、解碼器、安裝支架)，傳輸設備(通訊網絡)和監控中心設備(視頻服務器兼硬盤錄像功能、視頻分配、矩陣切換、控制鍵盤)等。

現場攝像機通過攝像機鏡頭利用小孔成像原理，將現場景像成像在攝像機CCD感光靶面上，通過一系列的光電轉換，形成標準的視頻電信號，從攝像機的VIDEO端口輸出。攝像機圖像信號通過以太網傳輸到視頻服務器，視頻服務器把處理過的圖像送往監視器顯示。

云臺、鏡頭控制信號通過視頻服務器發出，通過網絡，然后由云臺解碼器譯碼后，再控制云臺、鏡頭。圖像系統通過上述的控制和顯示過程，實現了監控室控制中心對現場攝像機的控制和圖像監視。系統現場供電采用現場就近供電方式，設備安裝支架上安裝避雷針，對直擊雷進行吸收；設備供電電源采用避雷設備，防止電纜上的浪涌雷擊。

6 結 語

改建后水閘通過計算機監控實現各水閘設備的現地和遠程操作，運行參數的實時監測、現場運行過程的動態模擬，實現遙控及輸配水自動化。系統建成后可對水閘進行實時控制，有效地提高系統設備的可靠性和自動化水平，完成對設備參數和運行工況的實時監測，消除設備運行隱患，確保設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.南水北調中線應急調度節制閘預警水位研究[J].人民長江，2015(04)：67-69，81.

[2]尚毅梓，吳保生，崔興華，等.長距離輸水渠道節制閘調節系統控制特性研究[J].水力發電學報，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，從事水利工程設計工作。