水電站大壩安全監測及自動化發展方向探析

文/劉暉 國網新源水電有限公司富春江水力發電廠 浙江杭州 310000

在自動化技術革新過程中，水電站大壩的安全監測也在實現自動化發展，有了更加廣泛的應用范圍。在此環境下，水電站大壩建設運行中，將安全監測工作與自動化技術有機結合，可以使水電站的競爭力有效提升，為其創造更多利益。但當前我國水電站大壩還未全面實現自動化安全監測，其監測工作的全面性和精細化不足，往往得到比較粗放的結果，難以充分利用相關數據，還需進一步把握其發展趨勢，實現高效應用。

1、水電站大壩安全監測重要性

在水電站運行中，其工作就是將大自然中水能轉換為電能，為社會生產生活提供電力需求。在水電站中應用自動化技術，可以實現自動監控和遠程控制，有助于水電站工作安全性的提升。因此，在水電站中，自動化技術的應用是相當重要的。在應用自動化技術下，大壩監測人員可以實時掌握其運行狀態、安全狀況，有效保障供電水平。具體在監測中，要監測大壩的環境量、變形、滲流、應力應變及溫度監測等，對其進行科學的安全評估。

2、水電站大壩安全監測自動化應用和發展現狀分析

2.1 水電站大壩監測現狀

在我國水電站大壩建設中，當前其安全監測工作中，部分新建電站基本實現了全程安全監測，一些工程卻只是針對某環節開展了自動化安全監測。具體在水電站大壩安全監測中其重點內容主要是以下幾方面：（巨型電站實現了全程安全監測有疑義，新建電站基本都實現了全程安全監測。）

（1）環境量監測。主要是水位、氣溫、降水量等監測，與之相應的是效應量，只有準確掌握各環境量的變化情況，才能對相應效應量變化實現準確掌握，妥善開展安全管理工作。

（2）變形監測。主要有水平變形和垂直變形兩種情況，通常監測單位會在壩頂、壩后坡設置好傳感器來監測垂直變形情況，監測水平和沉降變形，則是在其內部設置傳感器實現的。

（3）滲流監測。該部分監測的主要內容是兩項參數，即滲透壓力和滲流量，通常在設置傳感器的過程中，是每隔一個壩段設置一個的，用來對相關數據進行采集，然后中央控制系統對其進行分析，得到大壩的滲流情況；

（4）應力應變及溫度監測。主要監測內容有鋼筋和鋼板應力監測、土壓應力監測和溫度監測，常使用差動電阻式觀測儀器等，其監測結果可為變形和滲流監測提供依據，獲得早期預警信息。（應力應變及溫度監測基本混凝土壩都在使用，這段內容有疑義）

2.2 大壩監測設備應用現狀

我國水電站大壩的安全監測主要應用的自動化設備有以下幾項：

（1）傳感器。我國已將智能傳感器應用于水電站大壩安全監測中，這種傳感器兼具了數據收集、信息技術處理，對獲得的數據可以由傳感器來分析。具體在監測中，該傳感器可以監測到較廣范圍內的數據，包括水平位移、垂直位移、滲流量和揚壓力等。

（2）量測控制設備。也被稱之為MCU，該設備的應用主要是負責水電站大壩安全監測工作流程，因此可以對安全監測中傳感器、通信設備和存儲設備等作業進行控制，緊密聯系起各個監測環節，實現程序化作業。在MUC中會設置的裝置包括了數據存儲芯片、自動電源及蓄電設備、防雷裝置等。因此，在MUC中兼容的通信協議種類較多，其數據傳輸可以通過有線方式、無線方式進行，既可以自設人工比測模塊接口，也可選擇使用外界讀數設備。

（3）其它外界設備。包含打印機、采集計算機和UPS設備等，可以有效拓展安全監測系統的作用，進而優化其實際運行效能。

2.3 大壩監測系統組成和構建

在水電站大壩安全監測系統中，主要的構成就是硬件設備、軟件系統和通訊系統這三部分內容。

（1）硬件設備。其中的中央處理器發揮著很大作用，需要處理大量數據并進行分析，因此需采用先進的計算機主機，服務器的運行速度較快，具備的功能有集成控制、數據分析和數據管理等。

（2）軟件系統。當前在安全監測系統中央處理器中，其主要使用的應用軟件就是windows系列，這種軟件是一種系統平臺標準，可支持中央處理器良好運行。并應用MCU自帶軟件作為安全監測控制軟件，數據管理系統應用的是EXCEL軟件，這兩種軟件之間具有良好兼容性，因此其應用是比較廣泛的。

（3）通訊系統。在水電站大壩安全監測中，其監測系統在數據傳輸方面有著較高的穩定性要求。當前大壩主要采油的通訊設備為光纖設備，傳輸方面則應用數據傳輸方式，無線數據傳輸應用為輔，并利用IP/TCP協議和較強穩定性的局域網絡，從而保證實際工作中通訊質量。

3、水電站大壩安全監測及自動化發展方向

3.1 監測范圍發展

在我國水電站大壩安全監測中，其范圍問題就是局限性問題，也就是安全檢測中需要檢查的數據。在成本因素影響下，一些不重要的監測數據會放棄，而僅僅對重要的數據進行監測。在此情況下，會不可避免將一些細節漏掉，使得水電站大壩安全隱患加大。在未來水電站建設中，要緊密結合監測，在其建設中就要考慮全程監測，因此會在其建設體系中將安全監測納入。在其順利實現的情況下，水電站大壩安全監測可以突破當前局部監測不足，實現全程化監測。且對一些重點位置，則可進行精細化監測，使安全監測工作實現重點化。以及實現動態化監測，對數據監測充分應用，以此為科學依據優化大壩建設。

3.2 監測設備發展

在未來應用和發展中，監測系統硬件設施的變化，主要是實現標準化方式發展，其中需大量電氣自動化產品，統一其型號、性能和參數等。同時，監測設備還將實現數字化發展，全面實現水電站大壩安全監測集成監控，需要配備相應的數字化設備。未來也將向智能化方向發展，以在安全監測中實現良好的智能判斷、智能控制。

3.3 監測系統發展

監測系統則向著集成化、智能化和精細化方向發展，集成化方面其中央處理系統，可以集成各項設備運作，橫向聯系監測作業。數據通訊縱向監測方面，則可集成數據采集、數據分析和數據存儲，實現全面的監測管理。因此，其作業過程中幾乎不需人工干預。

結語：

水電站是我國重要的基礎產業，在其與新技術結合的過程中，要根據當前其安全監測中存在不足以及未來發展趨勢，不斷改善其安全監測自動化技術，保障供電水平，滿足經濟社會發展需要。