安全監測自動化系統在烏江沙沱水電站的應用

劉元強

摘 ?要：目前沙沱水電站安全監測系統全部采用人工觀測，監測儀器分布面廣，每次取測值時間較長，監測效率較低，難以做到及時采集、計算并分析監測數據，無法實現快速評估大壩運行性態。安全監測自動化系統運行穩定可靠，為工程安全監測提供了有力的保障。基于此，沙沱水電站建設了大壩安全監測自動化系統，自動化系統改造后，實現了系統及時自動觀測和數據處理，可以自動生成報告，為及時評估大壩運行性態，尤其可以為暴雨、高水位、地震等特殊工況分析提供可靠的數據支撐。

關鍵詞：安全監測;自動化;系統應用;沙沱水電站

中圖分類號：TV664.3 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）28-0165-02

Abstract： At present， the safety monitoring system of Shatuo Hydropower Station all adopts manual observation， and the monitoring instruments are widely distributed， each time is long， and the monitoring efficiency is low， so it is difficult to collect， calculate and analyze the monitoring data in time. It is impossible to quickly evaluate the operation behavior of the dam. The operation of safety monitoring automation system is stable and reliable， which provides a strong guarantee for engineering safety monitoring. Based on this， the dam safety monitoring automation system of Shatuo Hydropower Station is constructed. After the transformation of the automation system， the timely automatic observation and data processing of the system are realized， and the report can be generated automatically， which can be used to evaluate the operation behavior of the dam in time. In particular， it can provide reliable data support for the analysis of special working conditions， such as rainstorm， high water level， earthquake and so on.

Keywords： safety monitoring; automation; system application; Shatuo Hydropower Station

1 項目概況

沙沱水電站位于貴州省沿河縣城上游約7km處，距貴陽市421km，距遵義市266km，距重慶市230km，至烏江口河道里程為250.5km，下游有彭水水電站，上游是思林水電站。目前，沿河縣已形成通往遵義、銅仁、重慶（秀山縣）等地區的交通干線，建筑主材的陸地運輸和水路運輸條件便利。

沙沱水電站水庫正常蓄水位365.00m，相應庫容7.70億m3，總庫容9.21億m3，其中，防洪庫容2.04億m3，調節庫容0.77億m3，屬日調節水庫。電站裝機1120MW，多年平均發電量45.52億kW·h。通航建筑物按四級航道設計，過壩船舶噸位500t級，年過壩能力為330萬t，大壩防洪標準按500年一遇洪水設計，2000年一遇洪水校核，樞紐由碾壓混凝土重力壩、壩身溢流表孔、左岸引水壩段、壩后廠房及右岸垂直升船機等建筑物組成。

攔河大壩為全斷面碾壓混凝土重力壩，壩頂高程371.00m，河床最低建基面高程270m，最大壩高101m。

2 自動化監測系統建設目標

從沙沱水電站的實際情況出發，系統布置以不損壞建筑物結構安全和現有設施的正常使用，在滿足觀測的要求的前提下，力求經濟、合理、美觀。采用具有國內現代先進技術水平的大壩自動化監測系統，選用被國內大中型水電站廣泛采用的儀器設備及系統，測值精度滿足規范要求。改造后的自動化監測系統能夠長期適應現場的惡劣環境，保證測量數據的準確性、及時性，與原有監測數據銜接，以保持監測資料的連續性，并對監測數據進行統一管理。

大壩安全監測信息自動化系統，能夠任意時刻測量連接到系統的各種傳感器，并跟據所測得信息對大壩的安全性質作出智能分析和判斷，可任意設定時間對壩內埋設儀器自動采集。通過自動化采集系統降低人工采集造成的人為誤差，快速顯示和查詢各采集單元的數據，實時查詢每支儀器的運行狀況，監測數據超限及時報警。對監測的數據進行實時存儲備份，數據庫可人工備份。自動化采集單元具備自動采集和人工比測功能，人工比測和自動采集數據對比功能。實施數據遠程傳輸，對大壩安全監測儀器數據及資料上傳到國家能源局大壩安全監測中心和烏江公司。系統可查詢與大壩安全監測相關的規程、規范、定檢、安全鑒定、注冊、詳查、巡視檢查逐年年報等情況。

3 沙沱水電站現有監測儀器情況

沙沱水電站樞紐工程安全監測工程于2007年12月開始實施，目前共計安裝埋設監測儀器1068支（套），觀測項目主要有：水平位移監測網、垂直位移監測網、正垂線、倒垂線、靜力水準、真空激光、表面水平位移測點、精密水準標點、多點位移計、測縫計、測斜孔、滲壓計、測壓管、量水堰、應變計組、無應力計、溫度計、鋼筋計、鋼板計、錨索測力計、錨桿應力計、傾角計、壓應力計等23個觀測項目，測點分布在大壩各層廊道、引水發電系統、樞紐邊坡、通航建筑物等樞紐工程部位。

大壩主體共計18個觀測站，觀測站主要位于4號壩段高程310.0m、高程371.0m，5號壩段高程 283.5m，8號壩段高程328.0m、高程280.5m，10號壩段高程328.0m、高程280.5m，13號壩段高程290.5m、高程328.0m、高程371.0m，7號壩段高程280.5m，9號壩段高程280.5m，10號壩段高程280.5m，通航建筑物左邊墻高程316.5m、高程377.0m，通航建筑物右邊墻高程316.5m、高程377.0m，發電廠房電纜層。以上部位安全監測主要是常規監測項目，包括變形、滲流、應力應變、水力學等監測項目。這些監測項目中，以變形和滲流作為沙沱水電站安全監測的重點。

4 系統總體改造方案

沙沱水電站安全監測自動化系統實施包含硬件設備、軟件以及相應輔助材料和設備的采購、運輸、保管、檢驗率定、安裝、配置等工作，傳感器電纜接長，增設部分傳感器及相關土建，部分設施拆除，監測房建設及美化，自動化采集裝置安裝，傳感器接入系統，安全監測自動化系統的整體安裝與調試，歷史監測數據整編入庫及數據銜接等。

沙沱水電站安全監測自動化系統組成分三層，底層為安裝于現場的數據采集裝置，中間層是通訊系統及監測計算機，上層是監測中心站的計算機系統。底層數據采集裝置完成現場傳感器的數據采集，將物理量轉為數字量并存儲。中間層實現對數據采集裝置的管理、原始測值數據的獲取與存儲。上層計算機系統實現對整個電站建筑物安全信息的存儲、管理，監測數據的處理、計算、初步分析，輸出圖形報表等監測成果并發布。

系統結構圖如下：

監測管理站設在壩頂集控室，配置一臺標準屏柜、工控機、RS485-HUB、光端機、交換機等設備。監測管理站對整個安全監測系統自動巡檢，診斷各監測設備運行狀態。監測中心站設在沙沱水電站營地辦公區，監測中心站通過以太網與壩頂監測管理站相連。

5 監測自動化系統平臺功能

5.1 數據采集

對傳感器的參數數據進行設置和修改，設置各傳感器的采集頻率和方式，按設計要求的模式采集測量數據，并將測量數據放在數據庫內。各傳感器安裝系統后采集的觀測數據與安裝前的觀測數據具有一致的基準值和基準時間，可以保證觀測數據的連續性。

各種測量、采集等通信操作均可在向導的引導下順利完成。系統提供采集命令向導來引導用戶配置要發送的命令，所有的采集命令都可以在向導上找到。完成后系統立即執行配置好的采集命令，并將結果顯示出來。

監控監測中心站特定端口的機器通過C/S模式能遠程控制現場采集機，實現命令修改、采集、數據傳輸等。

5.2 數據管理

監測數據入庫和導出功能：具有人工錄入功能，即對每支監測儀器均能進行人工錄入;也能對系統安裝前已有的歷史電子表格數據進行轉換并批量錄入本系統的數據庫;對于第三方數據庫也可提供數據導入功能;監測數據能夠導出到指定格式的數據源中。

監測數據檢驗功能：提供原始觀測數據的粗差檢驗、與原因量的相關性檢驗等檢驗方法，并對選定的粗差進行顯示、隱藏或剔出等，能對監測成果進行誤差處理及整編規劃。

數據計算及轉換功能：能將各傳感器原始數據進行計算，并轉換為觀測的位移、應力應變、開度、滲壓等物理量，并將成果存放在成果數據庫內，同一測點計算支持多套不同時段應用公式，相關點計算提供多測點物理量關聯計算。

監測數據管理功能：提供對監測數據的瀏覽、增加、修改、刪除、數據備份等操作，以及實時更新數據的過程線、表格查詢，所有上述操作需管理員級別權限。

5.3 報表功能

報表定制：可以定制并生成各種特定格式與數據的報表，包括監測結果的年、季、月、旬、周、日等各種周期報表及全系列統計分析結果報表。表格中的數據包括指定時間的測值、條件測值和各種統計特征值等，特征值覆蓋取值所有方面，如最大、最小值、變幅、平均等。

報表輸出：除定制報表外系統還支持根據每次運行時選項進行動態展示的通用報表，所有報表均支持輸出、第三方數據導出（導出至excel、pdf等格式）、打印等。

5.4 文檔管理功能

對大壩安全監測的日常工作進行人工記錄和管理，能對與監測相關的設計、施工、圖紙、報告及其他圖文聲像資料等進行管理。

6 結束語

通過監測自動化系統項目的實施，沙沱水電站將現有的滲流、滲壓監測、應力應變監測、溫度監測以及變形監測等監測內容通過電測傳感器接入自動化監測系統，實現聯機數據自動采集。除此之外，將垂線、靜力水準等監測項目監測數據和資料通過人工輸入到自動化監測系統的數據庫，并納入整個工程的監測資料分析系統。結合2018年9月大壩監測系統運行性態分析診斷成果審查，本次自動化系統實施共計接入監測點數827個，接入的監測儀器能夠滿足大壩運行期監測及現行規范要求，目前運行情況良好。考慮到后期儀器失效后的增補，本次按照目前實際可接入儀器數量的3%至5%預留了接入端口。

參考文獻：

[1]古力那爾·買買江.大壩安全監測自動化系統在水庫工程建設中的應用與探索[J].陜西水利，2018（z1）：177-178.

[2]胡美玲.安全監控系統在水電站門式啟閉機上的應用[J].起重運輸機械，2018（03）：154-157.

[3]林家順.水電站大壩安全監測現狀及其自動化動態分析[J].科學與信息化，2018（29）：31.