水電站大壩安全監測自動化的現狀及發展

文/巨輝霞 宋學濤，青海黃河上游水電開發有限責任公司大壩管理中心；南京河海南自水電自動化有限公司

水電站大壩安全監測自動化的現狀及發展

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水電站大壩的安全監測是關乎大壩安全管理的重要工作內容之一，也是評價大壩安全狀況的基本數據資料。對于水電站大壩安全監測的自動化的實施，是確保監測數據能夠準確、快速的獲得，并提供給相關單位用于決策的重要參考。

水電站；安全監測；自動化；水利工程

做好水電站大壩安全監測有非常重要的意義。它決定水電站大壩建設是否具有經濟效益，如果水電站大壩建設出現安全問題，其經濟效益就會降低；它決定水電站大壩建設是否具備社會效應，水電站大壩如果出現安全問題，波及的范圍將非常廣泛，其安全事故會帶來人民生命財產安全的問題；它決定水電站大壩建設是否具備環保效率，建設水電站大壩的前提是不能破壞當地的環境，需讓水電站建設具備環保效應。

1 水電站大壩安全監測自動化的現狀

1.1 大壩監測內容的現狀

目前我國除了巨型水電工程能實現全程安全監測以外，其它的工作只能在部分環節開展自動化安全監測。當前我國水電站大壩安全監測的重點如下：

1.1.1 變形監測。變形主要分為水平變形和垂直變形兩種。以觀測大壩的某一段為例，通常監測單位會在壩頂與壩后坡設轉傳感器，監測垂直變形；在內部設置傳感器，監測水平變形和沉降變形。

1.1.2 滲流監測。滲流監測的重點為監測滲透壓力和滲流量這兩個參數。以監測一段大壩的滲流參數為例，監測單位通常每隔一個壩段便設置一個傳感器，傳感器能采集排水溝積水數據，中央控制系統可根據這類數據分析大壩滲流的情況。

1.1.3 應力監測。目前我國只有巨型的水電站才監測應力參數，中小型水電站已不再通過監測這類參數了解水電站大壩安全的情況。

1.2 大壩監測設備的現狀

我國的水電站大壩應用自動化的設備進行安全監測，其中最主要的幾項設備如下：

1.2.1 傳感器。目前我國已經在水電站大壩安全監測中應用了智能傳感器，這種傳感器把數據收集和信息技術處理相接合，采集的數據可成為中央集成系統數據分析的依據。現在傳感器可采集的數據范圍為水平位移、垂直位移、揚壓力和地下水位、滲流量、應力和應變等數據。

1.2.2 量測控制設備。它又被稱為 MCU，負責水電站大壩安全監測設備的工作流程，比如它可控制傳感器、通信設備、存儲設備、電源設備、輔助設備工作等設備的作業，使每個監測環節緊密聯系，形成程序化的作業。MUC內設數據存儲芯片、自帶電源及蓄電設備、自設防雷裝置。它兼容多種通信協議，能用無線和有線的方法傳輸數據；自設人工比測模塊接口，可外接讀數設備。

1.2.3 其它外接設備。其它外接設備包括打印、繪圖設備、UPS設備等，它們能拓展水電站大壩安全監測系統的功能、優化監測系統的運行。

1.3 大壩監測系統的現狀

1.3.1 硬件設備。水電站的中央處理器應用最先進的計算機主機，服務器的運行速度快，它能實現中央集成控制、分析海量數據、完成數據管理的功能。

1.3.2 軟件系統。中央處理器的運作目前使用WINDOWS系列軟件，該軟件為一種系統平臺標準。水電站大壩安全監測控制軟件使用MCU自帶的軟件，數據管理系統應用OFFICE套裝系列軟件中的EXCEL軟件，它與WINDOWS系統同為微軟公司開發的軟件，兩種軟件能相互兼容，這種數據庫軟件也是目前被應用得最廣泛的軟件。

1.3.3 通訊系統。水電站的安全監測系統對數據傳輸的穩定性要求較高，為了提高通訊質量，目前大壩應用光纖設備作通訊設備，通訊方式以有線數據傳輸為主，無線數據傳輸為輔，通訊協議應用IP/TCP協議，網絡構成方式為穩定性較強的局域網絡。

2 水電站大壩安全監測自動化的發展

2.1 監測范圍

目前，我國水電站大壩安全監測范圍的問題為局限性的問題，即水電站大壩安全監測需要哪些數據，就監測哪些數據；出于成本的考量，可以放棄一些不重要的數據監測，僅監測重要的數據。這種安全監測方法會漏掉一些監測的細節，可能會埋下安全監測的隱患。未來，人們提出水電站大壩的建設要與監測緊密結合，這是指大壩在建設的時候，就要考慮到全程監測的問題，把安全監測納入水電站大壩建設的體系。如果能實現這一構想，未來的水電站大壩就能采用以下的方法開展安全監測：全程化的安全監測，即突破目前局部監測的現狀，實現全程監測；重點化的安全監測，即對部分重點位置采取精細化的監測措施；動態化的監測，即應用數據監測優化大壩建設，讓安全監測數據為大壩建設提供科學依據。

2.2 監測設備

監測系統的硬件設施未來會向以下幾個方面發展：標準化的方式發展，監測設備需要大量的電氣自動化產品，雖然在微軟公司的提議下，目前電氣自動化產品的接口已經標準化，但是電氣設備的型號、性能、參數等指標還未實現全部統一化，未來，監測系統的硬件設施會向統一化的方向發展。數字化的方向發展，水電站大壩安全監測系統如果要全面實現集成化的監控，就必須應用數字化的設備。智能化的方向發展，未來監測設備能實現智能判斷、智能控制，減少人力資源的干預。

2.3 監測系統

目前人們提出了集成化、智能化、精細化監測系統的構想。以集成化來說，未來水電站大壩的中央處理系統能夠集成所有設備的運作，實現監測作業的橫向聯系；集成數據采集、分析、存儲的全面監測管理，實現數據通訊的縱向監測。未來，水電站大壩安全監測系統的作業幾乎不再需要人力資源的干預。

3 結束語

水電站的安全是對整個電力系統的安全保障，因此水電站的安全工作必須受到足夠的重視，目前已有近60%的水電站逐步全面的實現了大壩安全監測自動化的發展需求，并對水電站的正常運行有一定的影響。盡管目前我國的安全監測自動化水平已經取得了一定的成績，但是仍存在著一些問題，同時水電站的操作人員的業務水平也應當適當的提高。當然，隨著技術的不斷發展和個性，自動化監測技術必然會隨著時代化的發展而得到進一步的提升，并會向智能化的應用發展更進一步，以促進整個水電站安全監管水平的提升，從而幫助水電站大壩的安全運行。

[1]張文飛.淺述水電站大壩安全監測現狀及其自動化動態[J].廣東科技，2013（10）.

[2]楊新利.淺談自動化技術在水庫大壩安全管理中的應用[J].陜西水利，2013（1）.