安全监测自动化系统在乌江沙沱水电站的应用

刘元强

摘  要：目前沙沱水电站安全监测系统全部采用人工观测，监测仪器分布面广，每次取测值时间较长，监测效率较低，难以做到及时采集、计算并分析监测数据，无法实现快速评估大坝运行性态。安全监测自动化系统运行稳定可靠，为工程安全监测提供了有力的保障。基于此，沙沱水电站建设了大坝安全监测自动化系统，自动化系统改造后，实现了系统及时自动观测和数据处理，可以自动生成报告，为及时评估大坝运行性态，尤其可以为暴雨、高水位、地震等特殊工况分析提供可靠的数据支撑。

关键词：安全监测;自动化;系统应用;沙沱水电站

中图分类号：TV664.3      文献标志码：A         文章编号：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 项目概况

沙沱水电站位于贵州省沿河县城上游约7km处，距贵阳市421km，距遵义市266km，距重庆市230km，至乌江口河道里程为250.5km，下游有彭水水电站，上游是思林水电站。目前，沿河县已形成通往遵义、铜仁、重庆（秀山县）等地区的交通干线，建筑主材的陆地运输和水路运输条件便利。

沙沱水电站水库正常蓄水位365.00m，相应库容7.70亿m3，总库容9.21亿m3，其中，防洪库容2.04亿m3，调节库容0.77亿m3，属日调节水库。电站装机1120MW，多年平均发电量45.52亿kW·h。通航建筑物按四级航道设计，过坝船舶吨位500t级，年过坝能力为330万t，大坝防洪标准按500年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核，枢纽由碾压混凝土重力坝、坝身溢流表孔、左岸引水坝段、坝后厂房及右岸垂直升船机等建筑物组成。

拦河大坝为全断面碾压混凝土重力坝，坝顶高程371.00m，河床最低建基面高程270m，最大坝高101m。

2 自动化监测系统建设目标

从沙沱水电站的实际情况出发，系统布置以不损坏建筑物结构安全和现有设施的正常使用，在满足观测的要求的前提下，力求经济、合理、美观。采用具有国内现代先进技术水平的大坝自动化监测系统，选用被国内大中型水电站广泛采用的仪器设备及系统，测值精度满足规范要求。改造后的自动化监测系统能够长期适应现场的恶劣环境，保证测量数据的准确性、及时性，与原有监测数据衔接，以保持监测资料的连续性，并对监测数据进行统一管理。

大坝安全监测信息自动化系统，能够任意时刻测量连接到系统的各种传感器，并跟据所测得信息对大坝的安全性质作出智能分析和判斷，可任意设定时间对坝内埋设仪器自动采集。通过自动化采集系统降低人工采集造成的人为误差，快速显示和查询各采集单元的数据，实时查询每支仪器的运行状况，监测数据超限及时报警。对监测的数据进行实时存储备份，数据库可人工备份。自动化采集单元具备自动采集和人工比测功能，人工比测和自动采集数据对比功能。实施数据远程传输，对大坝安全监测仪器数据及资料上传到国家能源局大坝安全监测中心和乌江公司。系统可查询与大坝安全监测相关的规程、规范、定检、安全鉴定、注册、详查、巡视检查逐年年报等情况。

3 沙沱水电站现有监测仪器情况

沙沱水电站枢纽工程安全监测工程于2007年12月开始实施，目前共计安装埋设监测仪器1068支（套），观测项目主要有：水平位移监测网、垂直位移监测网、正垂线、倒垂线、静力水准、真空激光、表面水平位移测点、精密水准标点、多点位移计、测缝计、测斜孔、渗压计、测压管、量水堰、应变计组、无应力计、温度计、钢筋计、钢板计、锚索测力计、锚杆应力计、倾角计、压应力计等23个观测项目，测点分布在大坝各层廊道、引水发电系统、枢纽边坡、通航建筑物等枢纽工程部位。

大坝主体共计18个观测站，观测站主要位于4号坝段高程310.0m、高程371.0m，5号坝段高程 283.5m，8号坝段高程328.0m、高程280.5m，10号坝段高程328.0m、高程280.5m，13号坝段高程290.5m、高程328.0m、高程371.0m，7号坝段高程280.5m，9号坝段高程280.5m，10号坝段高程280.5m，通航建筑物左边墙高程316.5m、高程377.0m，通航建筑物右边墙高程316.5m、高程377.0m，发电厂房电缆层。以上部位安全监测主要是常规监测项目，包括变形、渗流、应力应变、水力学等监测项目。这些监测项目中，以变形和渗流作为沙沱水电站安全监测的重点。

4 系统总体改造方案

沙沱水电站安全监测自动化系统实施包含硬件设备、软件以及相应辅助材料和设备的采购、运输、保管、检验率定、安装、配置等工作，传感器电缆接长，增设部分传感器及相关土建，部分设施拆除，监测房建设及美化，自动化采集装置安装，传感器接入系统，安全监测自动化系统的整体安装与调试，历史监测数据整编入库及数据衔接等。

沙沱水电站安全监测自动化系统组成分三层，底层为安装于现场的数据采集装置，中间层是通讯系统及监测计算机，上层是监测中心站的计算机系统。底层数据采集装置完成现场传感器的数据采集，将物理量转为数字量并存储。中间层实现对数据采集装置的管理、原始测值数据的获取与存储。上层计算机系统实现对整个电站建筑物安全信息的存储、管理，监测数据的处理、计算、初步分析，输出图形报表等监测成果并发布。

系统结构图如下：

监测管理站设在坝顶集控室，配置一台标准屏柜、工控机、RS485-HUB、光端机、交换机等设备。监测管理站对整个安全监测系统自动巡检，诊断各监测设备运行状态。监测中心站设在沙沱水电站营地办公区，监测中心站通过以太网与坝顶监测管理站相连。

5 监测自动化系统平台功能

5.1 数据采集

对传感器的参数数据进行设置和修改，设置各传感器的采集频率和方式，按设计要求的模式采集测量数据，并将测量数据放在数据库内。各传感器安装系统后采集的观测数据与安装前的观测数据具有一致的基准值和基准时间，可以保证观测数据的连续性。

各种测量、采集等通信操作均可在向导的引导下顺利完成。系统提供采集命令向导来引导用户配置要发送的命令，所有的采集命令都可以在向导上找到。完成后系统立即执行配置好的采集命令，并将结果显示出来。

监控监测中心站特定端口的机器通过C/S模式能远程控制现场采集机，实现命令修改、采集、数据传输等。

5.2 数据管理

监测数据入库和导出功能：具有人工录入功能，即对每支监测仪器均能进行人工录入;也能对系统安装前已有的历史电子表格数据进行转换并批量录入本系统的数据库;对于第三方数据库也可提供数据导入功能;监测数据能够导出到指定格式的数据源中。

监测数据检验功能：提供原始观测数据的粗差检验、与原因量的相关性检验等检验方法，并对选定的粗差进行显示、隐藏或剔出等，能对监测成果进行误差处理及整编规划。

数据计算及转换功能：能将各传感器原始数据进行计算，并转换为观测的位移、应力应变、开度、渗压等物理量，并将成果存放在成果数据库内，同一测点计算支持多套不同时段应用公式，相关点计算提供多测点物理量关联计算。

监测数据管理功能：提供对监测数据的浏览、增加、修改、删除、数据备份等操作，以及实时更新数据的过程线、表格查询，所有上述操作需管理员级别权限。

5.3 报表功能

报表定制：可以定制并生成各种特定格式与数据的报表，包括监测结果的年、季、月、旬、周、日等各种周期报表及全系列统计分析结果报表。表格中的数据包括指定时间的测值、条件测值和各种统计特征值等，特征值覆盖取值所有方面，如最大、最小值、变幅、平均等。

报表输出：除定制报表外系统还支持根据每次运行时选项进行动态展示的通用报表，所有报表均支持输出、第三方数据导出（导出至excel、pdf等格式）、打印等。

5.4 文档管理功能

对大坝安全监测的日常工作进行人工记录和管理，能对与监测相关的设计、施工、图纸、报告及其他图文声像资料等进行管理。

6 结束语

通过监测自动化系统项目的实施，沙沱水电站将现有的渗流、渗压监测、应力应变监测、温度监测以及变形监测等监测内容通过电测传感器接入自动化监测系统，实现联机数据自动采集。除此之外，将垂线、静力水准等监测项目监测数据和资料通过人工输入到自动化监测系统的数据库，并纳入整个工程的监测资料分析系统。结合2018年9月大坝监测系统运行性态分析诊断成果审查，本次自动化系统实施共计接入监测点数827个，接入的监测仪器能够满足大坝运行期监测及现行规范要求，目前运行情況良好。考虑到后期仪器失效后的增补，本次按照目前实际可接入仪器数量的3%至5%预留了接入端口。

参考文献：

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