水电站大坝安全监测及自动化发展方向探析

文/刘晖 国网新源水电有限公司富春江水力发电厂 浙江杭州 310000

在自动化技术革新过程中，水电站大坝的安全监测也在实现自动化发展，有了更加广泛的应用范围。在此环境下，水电站大坝建设运行中，将安全监测工作与自动化技术有机结合，可以使水电站的竞争力有效提升，为其创造更多利益。但当前我国水电站大坝还未全面实现自动化安全监测，其监测工作的全面性和精细化不足，往往得到比较粗放的结果，难以充分利用相关数据，还需进一步把握其发展趋势，实现高效应用。

1、水电站大坝安全监测重要性

在水电站运行中，其工作就是将大自然中水能转换为电能，为社会生产生活提供电力需求。在水电站中应用自动化技术，可以实现自动监控和远程控制，有助于水电站工作安全性的提升。因此，在水电站中，自动化技术的应用是相当重要的。在应用自动化技术下，大坝监测人员可以实时掌握其运行状态、安全状况，有效保障供电水平。具体在监测中，要监测大坝的环境量、变形、渗流、应力应变及温度监测等，对其进行科学的安全评估。

2、水电站大坝安全监测自动化应用和发展现状分析

2.1 水电站大坝监测现状

在我国水电站大坝建设中，当前其安全监测工作中，部分新建电站基本实现了全程安全监测，一些工程却只是针对某环节开展了自动化安全监测。具体在水电站大坝安全监测中其重点内容主要是以下几方面：（巨型电站实现了全程安全监测有疑义，新建电站基本都实现了全程安全监测。）

（1）环境量监测。主要是水位、气温、降水量等监测，与之相应的是效应量，只有准确掌握各环境量的变化情况，才能对相应效应量变化实现准确掌握，妥善开展安全管理工作。

（2）变形监测。主要有水平变形和垂直变形两种情况，通常监测单位会在坝顶、坝后坡设置好传感器来监测垂直变形情况，监测水平和沉降变形，则是在其内部设置传感器实现的。

（3）渗流监测。该部分监测的主要内容是两项参数，即渗透压力和渗流量，通常在设置传感器的过程中，是每隔一个坝段设置一个的，用来对相关数据进行采集，然后中央控制系统对其进行分析，得到大坝的渗流情况；

（4）应力应变及温度监测。主要监测内容有钢筋和钢板应力监测、土压应力监测和温度监测，常使用差动电阻式观测仪器等，其监测结果可为变形和渗流监测提供依据，获得早期预警信息。（应力应变及温度监测基本混凝土坝都在使用，这段内容有疑义）

2.2 大坝监测设备应用现状

我国水电站大坝的安全监测主要应用的自动化设备有以下几项：

（1）传感器。我国已将智能传感器应用于水电站大坝安全监测中，这种传感器兼具了数据收集、信息技术处理，对获得的数据可以由传感器来分析。具体在监测中，该传感器可以监测到较广范围内的数据，包括水平位移、垂直位移、渗流量和扬压力等。

（2）量测控制设备。也被称之为MCU，该设备的应用主要是负责水电站大坝安全监测工作流程，因此可以对安全监测中传感器、通信设备和存储设备等作业进行控制，紧密联系起各个监测环节，实现程序化作业。在MUC中会设置的装置包括了数据存储芯片、自动电源及蓄电设备、防雷装置等。因此，在MUC中兼容的通信协议种类较多，其数据传输可以通过有线方式、无线方式进行，既可以自设人工比测模块接口，也可选择使用外界读数设备。

（3）其它外界设备。包含打印机、采集计算机和UPS设备等，可以有效拓展安全监测系统的作用，进而优化其实际运行效能。

2.3 大坝监测系统组成和构建

在水电站大坝安全监测系统中，主要的构成就是硬件设备、软件系统和通讯系统这三部分内容。

（1）硬件设备。其中的中央处理器发挥着很大作用，需要处理大量数据并进行分析，因此需采用先进的计算机主机，服务器的运行速度较快，具备的功能有集成控制、数据分析和数据管理等。

（2）软件系统。当前在安全监测系统中央处理器中，其主要使用的应用软件就是windows系列，这种软件是一种系统平台标准，可支持中央处理器良好运行。并应用MCU自带软件作为安全监测控制软件，数据管理系统应用的是EXCEL软件，这两种软件之间具有良好兼容性，因此其应用是比较广泛的。

（3）通讯系统。在水电站大坝安全监测中，其监测系统在数据传输方面有着较高的稳定性要求。当前大坝主要采油的通讯设备为光纤设备，传输方面则应用数据传输方式，无线数据传输应用为辅，并利用IP/TCP协议和较强稳定性的局域网络，从而保证实际工作中通讯质量。

3、水电站大坝安全监测及自动化发展方向

3.1 监测范围发展

在我国水电站大坝安全监测中，其范围问题就是局限性问题，也就是安全检测中需要检查的数据。在成本因素影响下，一些不重要的监测数据会放弃，而仅仅对重要的数据进行监测。在此情况下，会不可避免将一些细节漏掉，使得水电站大坝安全隐患加大。在未来水电站建设中，要紧密结合监测，在其建设中就要考虑全程监测，因此会在其建设体系中将安全监测纳入。在其顺利实现的情况下，水电站大坝安全监测可以突破当前局部监测不足，实现全程化监测。且对一些重点位置，则可进行精细化监测，使安全监测工作实现重点化。以及实现动态化监测，对数据监测充分应用，以此为科学依据优化大坝建设。

3.2 监测设备发展

在未来应用和发展中，监测系统硬件设施的变化，主要是实现标准化方式发展，其中需大量电气自动化产品，统一其型号、性能和参数等。同时，监测设备还将实现数字化发展，全面实现水电站大坝安全监测集成监控，需要配备相应的数字化设备。未来也将向智能化方向发展，以在安全监测中实现良好的智能判断、智能控制。

3.3 监测系统发展

监测系统则向着集成化、智能化和精细化方向发展，集成化方面其中央处理系统，可以集成各项设备运作，横向联系监测作业。数据通讯纵向监测方面，则可集成数据采集、数据分析和数据存储，实现全面的监测管理。因此，其作业过程中几乎不需人工干预。

结语：

水电站是我国重要的基础产业，在其与新技术结合的过程中，要根据当前其安全监测中存在不足以及未来发展趋势，不断改善其安全监测自动化技术，保障供电水平，满足经济社会发展需要。