尼尔基大坝安全监测自动化硬件系统的更新改造

张 鹤，张 龙，聂麟童

（嫩江尼尔基水利水电有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔161000）

1 概述

1.1 工程概况

尼尔基水利枢纽工程位于黑龙江省与内蒙古自治区交界的嫩江干流中游。具有防洪、工农业供水、发电、航运、环境保护和鱼苇养殖等综合利用效益，坝址处控制流域面积6.64 km2。水库总库容86.10×108m3，设计洪水时最大泄流量为15 000 m3/s，校核洪水时最大泄流量为20 300 m3/s。

枢纽主要由左副坝、左岸灌溉管、主坝、电站厂房、溢洪道、右副坝、右岸灌溉洞等建筑物组成。大坝总长7 265.55 m，坝顶高程为221.00 m，最大坝高40.55 m。

1.2 监测系统硬件系统概况

尼尔基外部变形监测主要采用分级布网控制，一级网为精密水准工作基点网，二级网为精密水准点网。其中，厂房和溢洪道安装了真空激光准直测坝变形系统，对其坝顶垂直位移和水平位移进行监测。

尼尔基内部监测以渗流和变形监测为主，兼顾应力应变、扬压力、温度等监测。其中，主坝导流明渠段布设分布式光纤测温系统进行温度监测。

2 系统存在的问题

尼尔基水利枢纽安全监测系统自2007年开始已运行多年，尤其是真空激光准直测坝变形系统、倒垂线与双金属标观测设备，均为2004年投入运行至今，超过了《大坝安全监测仪器报废标准》中5.4.2规定的数据自动采集设备允许使用时间6～8年（低温取下限）的要求，设备功能落后和电子元器件老化，已无配件，属于淘汰产品,根据《大坝安全监测仪器报废标准》中5.1.1.3规定的淘汰停产，已无改造价值的检测仪器应报废的要求，需要进行更新升级换代。

光纤测温系统监测项目未实现自动化，需要人工采集数据，需要将4根光纤分别插入采集仪，按每周采集一次计算，每年将要进行200多次拔插，造成光纤插头和采集仪插口的磨损，且经常拔插带入的灰尘不易清理，降低了测量精度，每次采集需要40 min，同时还需要人工导入数据，耗时15 min，工作效率低下。

3 系统的更新改造

3.1 更新改造内容

此次改造主要内容主要是完善观测项目，提高观测精度和观测速度，主要包括对真空激光准直测坝变形系统进行改造；对倒垂线及双金属标观测设备进行更换；分布式光纤测温系统实现自动化。

3.2 更新改造要点

1）真空激光准直测坝系统改造：对现有的2条真空激光共计26个测点盒进行升级，波带板量程进行调整；对2条真空激光采集系统进行升级，更换新的接收端设备，使其支持Windows 7及以上操作系统；对激光管道进行检漏及除锈处理；更换现有的真空泵组，改用大功率的罗茨真空泵组，以减少测量观测时间，增加枢纽在汛期等关键时期的观测反应速度。

2）垂线、双标系统整治：目前倒垂线由于线体质量问题，出现了锈蚀及断裂，需要进行更换，设计决定在垂线孔底部锚固端处将垂线剪断，采用新的锚头及垂线对其进行重新锚固。原有的垂线、双标自动采集装置是步进电机式，存在采集时间长、精度低等问题。针对上述问题，选用中水东北公司生产的DB1220A型智能CCD垂线坐标仪、DB2220A型智能CCD双金属标仪，提高采集精度及采集时间。

3）光纤测温自动化的实现：在光纤测温监测站内安装1台机柜，机柜内安装UPS稳压电源及工控机1台；在机柜内加装装光纤端口自动切换设备，配合原采集设备实现在工控机上软件切换光端口，完成现有的4条测温光缆的数据采集；通过加装以太网光端机，实现测温工控机接入自动化采集网络；用户可通过远程桌面控制，实现远程光纤测温系统的远程控制采集，并通过人工观测数据输入程序完成观测数据的整编计算及数据库的提交。

4 结语

尼尔基水利枢纽大坝安全监测自动化系统从2007年投运以来运行近10年，设备功能老化，工作效率低。改造后的尼尔基水利枢纽安全监测系统，提高了工作效率和观测精度，减轻了劳动强度，除外部测量外，监测系统全部实现自动化。改造后的系统设计布局合理，能够满足大坝安全监测的要求。